Теория цвета и цветовоспроизведения была включена в учеб­ный план специальности «Технология полиграфического производ­ства» в 1975 г.

Учебник в соответствии с программой курса разделен на четы­ре части. В первых двух — «Цвет и его свойства» и «Измерение цвета» — излагаются основы цветового зрения, психология цвета, сложение цветов и принципы колориметрии. Две другие части — «Воспроизведение цветных объектов» и «Воспроизведение цветных оригиналов в полиграфии» — дают представление об идеальном процессе цветовоспроизведения, о дубликационной теории, процес­сах цветокорректиручрщего маскирования, а также о свойствах од­нокрасочного и многокрасочного растровых изображений, в частно­сти о растровом синтезе цветного изображения. Теория Н. Д. Ню-берга предварена изложением идеального процесса с тем, чтобы учащийся получил сведения, позволяющие легче и глубже понять сущность этой теории.

Книга предназначена для студентов технологических факульте­тов полиграфических институтов.

Автор благодарит преподавателей Московского полиграфическо­го института канд. хим. наук, доцента Б. Т. Ложкина, ст. препода­вателя Р. М. Уарову и канд. техн. наук, доцента В. В. Лихачева за полезные замечания.

Рецензенты: д-р техн. наук Л. Ф. Артюшин,

канд. техн. наук Д. X. Ганиев (ОПИ)

Часть I

ЦВЕТ И ЕГО СВОЙСТВА

Глава 1

ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О ЦВЕТЕ

1.1. Цвет и объекты, изучаемые теорией цвета

 Действие на органы зрения излучений, длины волн ко­торых находятся в диапазоне 400—700 нм, приводит к воз­никновению зрительных ощущений. Эти ощущения различа­ются, количественно и качественно. Их количественная ха­рактеристика называется светлотой, качественная -цветностью. Физические свойства излучения — мощ­ность и длина волны — тесно связаны со свойствами воз­буждаемого им ощущения. С изменением мощности изменя­ется светлота, а с изменением длины волны — цветность. }

Первоначальное представление о светлоте и цветности можно проиллюстрировать, поместив окрашенную поверх­ность частично на прямой солнечный свет, а частично — в тень. Обе части ее имеют одинаковую цветность, но раз­ную светлоту.

Совокупность этих характеристик обозначается термином «цвет». Строгое определение термина можно дать только пос­ле излучения свойств цветового ощущения (см. раздел 6.3). Однако целесообразно в начале курса дать определение, по­нимание которого не требует предварительной подготовки. Оно предложено известным физиком Шредингером (1920 г.). По Шредингеру, цвет есть свойство спектральных составов излучений, не различаемых человеком визуально.

В связи с ролью цветовых ощущений в жизни и деятель­ности человека возникла наука о цвете — теория цвета, или цветоведение. Она изучает круг вопросов, связанных с оп­тикой и физиологией зрения, психологией восприятия цве­та, а также теоретические основы и технику измерения к воспроизведения цветов.

Так как причиной возникновения цветового ощущения является действие света, то один из разделов теории цвета— физика цвета — рассматривает свойства света, главным образом распределение светового потока по спектрам ис­пускания и отражения, а также способы получения этих спектров, аппаратуру и приемники излучения.

Действие излучений на глаз, причины возникновения светового ощущения, зрительный аппарат и его работа -содержание части, называемой физиологией цвета.

Соотношения между физическими характеристиками из­лучения и ощущениями, вызываемыми действием излуче­ний, — предмет психологии цвета.

Метрология цвета — раздел теории цвета, изучающий методы измерения цвета. Метрология устанавливает способы численного выражения цветов, основы их классификации, методы установления цветовых допусков.

Закономерности, найденные физикой, физиологией, пси­хологией и метрологией цвета, используются в теории вос­произведения цветного объекта. Она служит основой тех­ники получения цветных изображений в полиграфии, кине­матографии и телевидении.

Хотя теория цвета широко применяет достижения смеж­ных областей знания, она пользуется собственными метода­ми исследования, оригинальными и специфичными и поэто­му является самостоятельной наукой.

1.2. Природа цветового ощущения

Характер цветового ощущения связан со спектральным составом действующего на глаз света и со свойствами зри­тельного аппарата человека.

Влияние спектрального состава следует из таблицы, в ко­торой цвета излучений сопоставлены с занимаемыми ими спектральными интервалами.

Фиолетовый 400—450 нм Синий 450—480 нм Голубой 480—510 нм Зеленый 510—565 нм Желтый 565—580 нм Оранжевый 580—620 нм Красный 620—700 нм

Вместе с тем задача оценки цвета не решается простым измерением распределения энергии излучения по спектру, как можно предположить на основании таблицы. По интер­валу, занимаемому излучением, цвет можно указать вполне однозначно: если тело излучает или отражает в пределах 565—580 нм, то цвет его всегда желтый. Однако обратное заключение верно не всегда: по известному цвету излучения невозможно уверенно указать его спектральный состав или длину волны. Например, если излучение желтое, то это не значит, что оно занимает названный интервал или его часть. Желтой выглядит и смесь монохроматических излучений, на­ходящихся вне этого интервала: зеленого (λ₁ = 546 нм) с красным (λ₂ = 700 нм) при определенных соотношениях их мощностей. В общем случае видимое тождество световых пуч­ков не гарантирует их тождества по спектральному составу. Неразличимые же по цвету пучки могут иметь как одинако­вый состав, так и разный. В первом случае их цвета назы­ваются изомерными, во втором — метамерными.

Практика воспроизведения цветных объектов требует получения цвета, зрительно неотличимого от воспроизво­димого. При этом не имеет значения, метамерны или изомер­ны оригинальный цвет и цвет-копия. Отсюда возникает по­требность воспроизводить и измерять цвет, независимо от спектрального состава излучения, вызывающего данное цветовое ощущение. Для специалиста, использующего или воспроизводящего цвет, безразличен спектральный состав света, отражаемого образцом. Для него существенно, чтобы копия была действительно, например, желтой, как образец, а не желто-зеленой или желто-оранжевой.

Теория цветового зрения объясняет, почему участок спектра, находящийся в пределах 400—700 нм, оказывает световое действие и по какой причине мы видим излучения в диапазоне 400—450 нм фиолетовыми, 450—480 — синими и т. д. Сущность теории состоит в том, что светочувствитель­ные нервные окончания, находящиеся в одной из оболочек глаза и называемые фоторецеторами, реагируют только на излучения видимой части спектра. Глаз содержит три группы рецепторов, из которых одна наиболее чувствительна к интервалу 400—500 нм, другая — 500—600 нм, третья — 600—700 нм. Рецепторы реагируют на излучения в соответствии с их спектральной чувствительностью, и ощуще­ния всех цветов возникают в результате комбинации трех реакций.

На рис. 1.1 дана схема восприятия цвета отражающей поверхности.

Пусть световой поток, испускаемый источником I, на­пример солнцем, распределен по спектру так, как это ука­зано кривой 1, а поверхность II наблюдаемого предмета от­ражает свет в соответствии с распределением ее коэффици-

Рис. 1.1. Схема формирования цветового ощущения

ента отражения 2. Тогда спектральный состав излучения, направленного в глаз наблюдателя III, находится перемно­жением ординат Ф_0λ и рх (кривая 3). Попав на светочув­ствительную оболочку глаза (сетчатку), излучение вызыва­ет реакции рецепторов IV. Они ответственны за возникнове­ние ощущений красного, зеленого и синего и в соответствии с этим обозначены буквами к, з и с, а характеристики их спектральной чувствительности — цифрами 4, 5 и 6. Пол­ные (интегральные) реакции рецепторов зависят не только от их спектральной чувствительности, но и от мощностей, при­ходящихся на соответствующие участки спектра. Зависи­мость между указанными факторами линейна, и поэтому ре­акции рецепторов (графики 7, 8 и 9) на данное излучение связаны произведением кривой 3 на кривые 4, 5 и 6. Пол­ные реакции рецепторов пропорциональны заштрихован­ным площадкам, т. е. интегральным значениям функций 7, 8 и 9. В нашем примере излучение вызвало наибольшую реакцию рецепторов 3, а наименьшую — С. Сигналы о величи­нах каждой из них передаются в мозг V, вызывая соответст­венно ощущения красного, зеленого и синего цветов. Эти элементарные ощущения называются основными. Они складываются в единое, зависящее от соотношения основных. Например, при преобладании реакций рецепторов, ответст­венных за возникновение «зеленых» сигналов, появляется ощущение зеленого цвета. Если перевес на стороне «зеле­ных» и «красных» одновременно, возникает ощущение жел­того. Соотношение интенсивностей основных сигналов оп­ределяется спектральным составом излучения и формой ха­рактеристик 4, 5 и 6. Если бы они были узкими и не пере­крывались, то для описания цвета достаточно было бы знать спектральный состав излучения. Вследствие взаимного пере­крывания кривых излучения разных спектральных соста­вов могут давать одинаковые соотношения интенсивностей сигналов и, следовательно, вызывать ощущения одинаковых цветов.

Процесс формирования цветового ощущения осложняет­ся психологическими факторами, которые будут рассмот­рены в главе 3.