1.3. Понятие о колориметрии
Koлopuмeтpuя - это наука об измерении цвета, базирующаяся на законах смешения цветов. Сущность этих законов следующая.
При смешении двух одинаковых цветов образуется смесь того же цвета. При смешении двух разных спектральных цветов (не являющихся дополнительными) образуется новый цвет, лежащий на шкале спектральных цветов (см. § 1.1) между смешиваемыми цветами. Например, при смешении красного и зеленого цветов образуется желтый цвет, при смешении зеленого и синего — голубой. При смешении двух дополнительных цветов образуется белый цвет. Кроме того, белый цвет, а также все остальные цвета можно получить в результате смешения трех взаимонезависимых основных цветов, т. е. таких, каждый из которых нельзя получить путем смешения двух других. Эта закономерность определяет возможность передавать по каналу связи информацию об основных цветах и восстанавливать на приемной стороне всю гамму цветов изображения передаваемого объекта, что и положено в основу цветного телевидения.
В качестве основных цветов в колориметрии и цветном телевидении приняты цвета: красный R, зеленый С и синий В. Любой цвет (включая белый) может быть представлен в виде суммы трех основных цветов, взятых в определенных количествах: F = rR + gG +bВ, где коэффициенты r, g, b определяют относительные количества основных цветов (r+g+b=1). Экспериментально установлено, что белый цвет получается при r = 0,3; g = 0,59; b = 0,11.
1.4. Цветовой график (локус)
Рис. 1.1. Цветовой график
Для изучения законов смешения цветов в колориметрии используется цветовой график XYZ (рис. 1.1.). Он представляет собой прямоугольный треугольник, плоскость которого покрыта координатной сеткой. Внутри треугольника размещена подковообразная фигура, получившая название локус. По периметру локуса отмечены длины волн в нанометрах, соответствующие насыщенным спектральным цветам. Насыщенные пурпурные цвета размещены на отрезке прямой линии в нижней части локуса. Внутри локуса (в центре тяжести треугольника XYZ) расположена область белого цвета С. Вся остальная площадь локуса условно разделена на участки различного цвета, насыщенность которых убывает по мере приближения от границ локуса к области белого. Взаимное расположение цветовых участков подчинено рассмотренному выше закону смешения двух цветов. При этом каждые два цвета, являющиеся дополнительными, расположены диаметрально противоположно относительно области белого цвета. Если внутри локуса построить треугольник, то он ограничит область цветов, которые можно получить в результате смешения трех, лежащих в его вершинах цветов. На рис. 1.1 обозначен треугольник основных цветов RGB, внутри которого содержатся все цвета, включая белый. На цветовом графике каждый цветовой оттенок однозначно характеризуется координатами Х и Y. Для белого цвета Х = Y = ,33. Для измерения цвета применяют специальные приборы, называемые колориметрами.
1.5. Строение глаза
С помощью зрительной системы человек получает информацию о внешнем мире, форме вещей, их пространственном расположении, цвете, движении и т. д. Зрительная система состоит из внешнего органа зрения - глаза, нервной системы и зрительной коры головного мозга.
Глаз представляет собой тело примерно шарообразной формы (глазное яблоко), заключенное в плотную непрозрачную оболочку—склеру (рис. 1.2). Передняя часть склеры прозрачна и имеет несколько более выпуклую форму. Она называется роговицей. За роговицей находится радужная оболочка, имеющая в середине отверстие — зрачок. За зрачком расположен хрусталик, представляющий собой прозрачное тело двояковыпуклой формы. Пространство между роговицей и хрусталиком, называемое передней камерой, заполнено водянистой влагой, а внутренность глазного яблока — студенистым прозрачным веществом (стекловидным телом). Роговица, передняя камера и хрусталик образуют оптическую систему глаза.
С внутренней стороны в глазное яблоко входит зрительный нерв, состоящий из большого количества (порядка миллиона) нервных волокон, связанных со зрительным центром головного мозга. Разветвляясь, нервные волокна покрывают изнутри глазное яблоко оболочкой, называемой сетчаткой. Окончания нервных волокон образуют узелки двух типов, которые в соответствии с их формой называют палочками и колбочками. Глазные мышцы, переводя глаз с одного предмета на другой, могут изменять выпуклость хрусталика и этим резко фокусировать на сетчатке изображения любых предметов. Сетчатка каждого глаза имеет около 130 млн. палочек и 7 млн. колбочек. Палочки присоединяются к волокнам зрительного нерва большими группами (по 100 шт. на одно волокно). Поэтому они обладают большой светочувствительностью (т. е. обеспечивают так называемое «сумеречное» зрение), но не дают возможности различать мелкие детали и цвет рассматриваемых предметов. Палочки преимущественно расположены по периферии сетчатки глаза, а в ее центральной части (против зрачка) сосредоточены колбочки. Каждая колбочка присоединяется, как правило, к отдельному волокну зрительного нерва. Поэтому колбочки обладают малой светочувствительностью (обеспечивают так называемое «дневное» зрение), но зато дают возможность различать очень мелкие детали и цвет рассматриваемых объектов. Установлено, что по признаку восприятия цвета колбочки делятся на три вида.
Рис. 1.2. Строение глаза
Возбуждение одного вида колбочек создает ощущение насыщенного красного цвета, другого — насыщенного зеленого, третьего — насыщенного синего. Одинаковое возбуждение всех трех видов колбочек вызывает ощущение белого цвета. Восприятие других цветов определяется степенью возбуждения каждого вида колбочек.