3.1.3. Восприятие цветности

Цветовой тон и насыщенность, так же как и светлоту, можно выразить через световые величины. Такой способ их выражения основан на том, что спектр содержит все цвета природы (кроме пурпурных). Поэтому к любому световому пучку, кроме пурпурного, можно подобрать тождественный ему по цвету монохроматический. Если насыщенности дан­ного и спектрального цветов одинаковы (их нетрудно урав­нять, см. ниже), то цветовой тон данного можно задать через цветовой тон тождественного ему по цвету спектрального (т.е. монохроматического). Длина волны соответствующего монохроматического излучения называется домини­рующей длиной волны данного цвета — λ_d. Она — физическая характеристика цветового тона.

Цветности пурпурных цветов, которых нет в спектре, так­же выражают доминирующей длиной волны. Находят цвет, дополнительный данному пурпурному, и определяют для него λ_d,. Штрихом указывают, что эта величина относится к пурпурному. Иначе говоря, λ₅₀₀ — доминирующая длина волны некоторого голубого, a λ_5oo — дополнительного ему пурпурного.

Физической характеристикой насыщенности служит ве­личина, называемая колориметрической чистотой цвета р:

(3.4)

где В_λ, — яркость монохроматического излучения, тождест­венного по цветовому тону данному; В₆ — яркость белого излучения.

Принцип измерения колориметрической чистоты показан на рис. 3.4. На одну половину фотометрического поля нужно направить излучение Ц, колориметрическая чистота цвета которого измеряется, а на другую — смесь монохромати­ческого М, тождественного по цветовому тону определяемо­му, и белого Б. Монохроматическое излучение вырезает­ся щелью из спектра Сп. При этом соотношение компонентов смеси можно изменять. Установив тождество обеих половин поля и зная S_λ, и В_б на поле сравнения, находят отношение

при котором устанавливается колориметрическое тождество.

Физический смысл понятия станет более ясным, если при­нять В_λ, = 1 и выразить В_б как долю В_λ. Тогда

откуда следует, что чистота цвета обратна относительному содержанию белого в смеси В_λ + В_б, при котором эта смесь имеет заданный цвет.

Таким образом, колориметрическая чистота данного цве­та устанавливает относительное содержание монохромати­ческого и белого В излучении, зрительно тождественном дан-

Рис. 3.4. Принцип измере­ния колориметрической чи­стоты

Рис. 3,5. Значения порогов цветоразличения по цвето­вому тону.

/ — по Райту и Питту; 2 — по Бедфорду и Вышецки

ному. В дальнейшем (с. 91) будем различать собственно ко­лориметрическую чистоту и условную чистоту цвета.

Пороги цветоразличения по цветовому тону. С увеличе­нием длины волны цветовые тона участков спектра, а следо­вательно, и доминирующие длины волн изменяются плавно. При небольшом приращении длины волны глаз не ощущает разницы цветовых тонов. Только тогда, когда приращение возрастает сверх порогового, она становится заметной. Раз­ностный порог Δλ, = λ₁ — λ называется порогом цве­торазличения по цветовому тону.

Пороги цветоразличения были исследованы многими ав­торами. На рис. 3.5 представлены данные Райта и Питта (1934 г.) (кривая 1) и Бедфорда и Вышецки (1958 г.) (кривая 2). Из рисунка видно, что участки спектра, где порог имеет наименьшее значение, расположены вблизи λ = 500 нм (голубые тона) и около 550—600 нм (от зеленых до оранже­вых тонов). Это — области спектра, в которых глаз облада­ет наибольшей чувствительностью к изменению цветового тона. Здесь разница цветовых тонов отмечается зрительно, если длины волн излучений различаются на 1—2 нм. Хуже всего цветовые тона различаются на концах спектра (т. е. в его сине-фиолетовой и красной областях). Здесь порог цветоразличения по цветовому тону составляет 4—6 нм и более.

В опытах Райта и Питта, а также других исследователей яркость во всех участках спектра сохранялась постоянной. Поэтому ее влияние на пороги было исключено.

В некоторых работах приводятся несколько иные значе­ния порогов цветоразличения по цветовому тону, чем най­денные этими исследователями. Однако характер кривой, связывающей порог Δλ, с длиной волны λ, во всех случаях сохраняется. Поэтому положение областей максимальной и минимальной чувствительности глаза к цветовому тону, по­казанное на рис. 3.5, следует считать достаточно достовер­ным.

Приняв среднее значение Δλ = 2 нм и длину видимой части спектра равной 700—400 = 300 нм, найдем, что число цветовых тонов, различимых глазом при постоянной яркости всех участков спектра, составляет 300:2 = 150. Их подсчет с учетом точных значений порогов цветоразличения по цве­товому тону, производившийся разными авторами, дает чис­ло, близкое к этому. Однако это еще не полное число цвето­вых тонов, различимых глазом при постоянной яркости. Чтобы найти его, к указанному числу прибавляют еще 30 тонов, различимых в области пурпурных цветов, которые в спектре не содержатся.

Насыщенность. При исследовании чувствительности гла­за к насыщенности ставят две задачи: определение порога хроматичности и порогов цветоразличения по этой же харак­теристике. В обоих случаях о насыщенности п судят по ко­лориметрической чистоте p_λ Правомерность этого следует из соотношения, полученного Джонсом и Лаури, показав­ших, что связь между указанными величинами линейна: п = кр_λ.

Коэффициент к колеблется в пределах 0,1—0,9 в зависи­мости от λ.

Пороги хроматичности. Пороги хроматичности спект­ральных цветов изучались Мартином. Были определены ми­нимальные количества монохроматического, которые нуж­но прибавить к белому, чтобы хроматичность ощущалась. Обратные значения этих количеств были приняты за показа­тель насыщенности. Из рис. 3.6 видно, что число порогов хроматичности падает от шести в начале спектра до одного в середине, а затем вновь возрастает.

Пороги цветоразличения по насыщенности. Смешивая ах­роматические излучения с монохроматическими в пропор­циях от 0:1 до 1:0, можно постепенно изменять колориметри­ческую чистоту монохроматических излучений. Когда она возрастает или уменьшается плавно, изменение качества цвета наступает не сразу, а только после того, как прираще­ние Δp — p₁ — p достигнет некоторой величины. Наимень-

Рис. 3.6. Значения порогов хроматичности (по Мартину)

Рис. 3.7. Значения порогов цветоразличения по насыщен­ности

ший прирост чистоты, который можно наблюдать зрительно, называется порчогом цветоразличения по насыщенности.

За чувствительность глаза к насыщенности принимается величина, обратная Δр. Она, как и чувствительность глаза к цветовому тону, неравномерно распределена по спектру. На рис. 3.7 показаны кривые изменения порога цветораз­личения по насыщенности, построенные при постоянной яр­кости на основании данных двух наблюдателей. Кривые по­лучены Мартином с сотрудниками. Из кривых видно, что на­ибольшая чувствительность глаза к изменению насыщенно­сти находится в желтой области спектра (550—580 нм). В этой области спектра число порогов цветоразличения по насыщенности составляет около шести, тогда как на краях спектра оно достигает 18.

При непрерывном изменении излучения по мощности и длине волны ощущение цвета изменяется дискретно. Следо­вательно, число цветов, различаемых глазом, ограничено.

Пользуясь данными, приведенными на рис. 3.5 и 3.7, можно подсчитать число порогов цветоразличения по цвето­вому тону и насыщенности. Уравнение (3.3) дает возмож­ность определить число яркостных порогов в пределах воспринимаемого диапазона яркостей. Однако общее число цветов нельзя определить путем простого перемножения по­рогов. Это связано с тем, что с изменением яркости изменя­ется число порогов цветоразличения, а при очень малых яр­костях цветовое зрение вообще выключается.

Ограниченность числа различаемых глазом цветов послу­жила основанием для создания системы оценки цвета, осно­ванной не на колориметрических измерениях, а на сравне­нии объектов с цветными образцами — эталонами цвета (см. главу 10). При создании систем эталонов общее число цветов должно быть учтено. Определение такого числа цве­тов имеет не только познавательное, но и практическое зна­чение. Исследователи оценивают цветоразличительную спо­собность глаза в пределах от 10 до 100 тыс. цветов, число цве­тов несветящихся тел значительно меньше.