Л3_13-cam / Cam / Цветоведение

Элементы цветоведения

Цвет – характеристика зрительного ощущения, позволяющая наблюдателю распознавать качественные различия излучений, обусловленные разным спектральным составом света.

Цветом источника света или предмета является характеристика светового стимула, создающая упомянутое зрительное ощущение.

Цветовой тон – свойство зрительного ощущения, определяемое словами: «зеленый», «желтый» и т. п. Психофизиологически это свойство близко соответствует колориметрической величине – доминирующая длина волны.

Свет сложного спектрального состава имеет цветовой тон, зависящий от преобладания энергии тех или иных длин волн в излучении. Ориентировочно цветовой тон сложного излучения определяется доминирующей длиной волны, т. е. той длиной волны, которая расположена в центре тяжести кривой спектрального распределения энергии.

Насыщенность – свойство зрительного восприятия, позволяющее оценивать пропорцию чистого хроматического (спектрального или пурпурного) цвета, заключающуюся в полном цветовом ощущении.

Психофизиологически это свойство близко соответствует колориметрической величине – чистота цвета. В своей совокупности цветовой тон и чистота составляют качественную характеристику цвета, называемую цветностью. Цвета, обладающие цветностью, называются хроматическими, а лишенные цветности (чистота равна нулю) – ахроматическими или так называемыми серыми.

Светлота – свойство зрительного ощущения, вследствие которого тело кажется пропускающим или рассеивающим более или менее значительную часть падающего на него света. Психофизиологически это свойство близко соответствует фотометрической величине — ко-

эффициент яркости.

Цвет полностью характеризуется цветовым тоном, чистотой и яркостью. Почти все видимые цвета можно получить искусственно, смешивая в различных количествах и пропорциях три одних и тех же основных цвета. В качестве основных берутся три любых независимых цвета, т.е. таких, ни один из которых не может быть получен смешением двух остальных.

В Международной системе колориметрии выбраны цвета: красный (R) с длиной волны 700 нм, зеленый

(G) с длиной волны 546,1 нм и синий (В) с длиной волны 435,8 нм. Эти три цвета, взятые в определенных пропорциях с учетом спектральной чувствительности

глаза, позволяют получить белый цвет. Можно построить цветовой равносторонний треугольник, в вершинах которого располагаются основные цвета R, G, В, а в центре – белый цвет. При этом цвета, получаемые смешением двух основных без участия третьего цвета, расположатся по сторонам треугольника. Любой цвет, получаемый сочетанием всех трех основных цветов, изобразится на диаграмме точкой, лежащей внутри треугольника. Но такой треугольник не охватывает все реальные цвета, и для некоторых из них, в том числе чистых спектральных, пришлось бы использовать отрицательные коэффициенты для величин R, G или В.

Поэтому Международная комиссия по освещению (МКО) ввела систему связанных с R, G, В цветов X, Y, Z, у которой системы все коэффициенты положительны, и соответствующую ей диаграмму цветности, так называемый локус. Координаты белых цветов расположены в центральной части локуса, вдоль линии спектральных цветов указаны длины волн в нанометрах. На прямых, соединяющих белый цвет Е с спектральными цветами, располагаются цвета, получаемые смешением спектральных цветов с белым, т. е. цвета с разной чистотой.

Колориметрические приборы позволяют определить координаты цветности х, у и z, которые в сумме равны единице: x + y + z = 1. От-

кладывая на диаграмме значения х и у, находят соответствующую им точку цветности.

Классическим белым излучателем является не су-

ществующий в природе идеальный тепловой излучатель – абсолютно черное тело, цветность излучения которого напрямую связана с его температурой. Линия, вдоль которой смещаются координаты цветности черного тела, носит название линии белых цветов (иногда ее называют линией черного тела). Используя черное тело в качестве эталона, удобно создать систему оценки оттенков белого света, содержащую всего лишь один параметр – температуру черного тела.

Закон Планка

Интенсивность излучения абсолютно чёрного тела в зависимости от температуры и частоты определяется законом Планка:

,

где I(ν)dν — мощность излучения на единицу площади излучающей поверхности в диапазоне от ν до ν+dν.

Эквивалентная формула

где u(λ)dλ — мощность излучения на единицу площади излучающей поверхности в диапазоне длин волн от λ до λ+dλ.

Зависимость мощности излучения абсолютно чёрного тела от длины волны

Закон Стефана-Больцмана

Общая энергия теплового излучения определяется законом Стефана — Больцмана, который гласит: Мощность излучения абсолютно чёрного тела (интегральная мощность по всему спектру), приходящаяся на единицу площади поверхности, прямо пропорциональна четвёртой степени абсолютной температуры тела: ,

где j — мощность на единицу площади излучающей поверхности, а

Вт/(м²·К4) —

постоянная Стефана — Больцмана.

Таким образом, абсолютно чёрное тело при T = 100 K излучает 5,67 ватт с квадратного метра своей поверхности. При температуре 1000 К мощность излучения увеличивается до 56,7 киловатт с квадратного метра.

Закон смещения Вина

Длина волны, при которой энергия излучения абсолютно чёрного тела максимальна, определяется законом смещения Вина:

где T — температура в кельвинах, а λmax — длина волны с максимальной интенсивностью в метрах.

Так как в первом приближении кожа человека близка по свойствам к абсолютно чёрному телу, максимум спектра излучения кожи при температуре 36 °C (309 К) лежит на длине волны 9400 нм (в инфракрасной области спектра).

Чернотельное излучение

Электромагнитное излучение, находящееся в термодинамическом равновесии с абсолютно чёрным телом при данной температуре (например, излучение внутри полости в абсолютно чёрном теле), называется чернотельным (или тепловым равновесным) излучением. Равновесное тепловое излучение однородно, изотроп-

но и неполяризовано, перенос энергии в нём отсутствует, все его характеристики зависят только от температуры абсолютно чёрного тела – излучателя. Объёмная плотность энергии черно-тельного излучения рав-

на .

Цветность чернотельного излучения

Цвета даны в сравнении с рассеянным дневным светом (D65). Реально воспринимаемый цвет может быть искажён адаптацией глаза к условиям освещения.

В Международной системе колориметрии выбраны цвета: красный (R) с длиной волны 700 нм, зеленый

(G) с длиной волны 546,1 нм и синий (В) с длиной волны 435,8 нм. Эти три цвета, взятые в определенных пропорциях с учетом спектральной чувствительности

глаза, позволяют получить белый цвет. Можно построить цветовой равносторонний треугольник, в вершинах которого располагаются основные цвета R, G, В, а в центре – белый цвет. При этом цвета, получаемые смешением двух основных без участия третьего цвета, расположатся по сторонам треугольника. Любой цвет, получаемый сочетанием всех трех основных цветов, изобразится на диаграмме точкой, лежащей внутри треугольника. Но такой треугольник не охватывает все реальные цвета, и для некоторых из них, в том числе чистых спектральных, пришлось бы использовать отрицательные коэффициенты для величин R, G или В.

Поэтому Международная комиссия по освещению (МКО) ввела систему связанных с R, G, В цветов X, Y, Z с положительными коэффициентами. Этой системе соответствует диаграмма цветности, так называемый локус. Координаты белых цветов расположены в цен-

тральной части локуса, вдоль линии спектральных цветов указаны длины волн в нанометрах. На прямых, соединяющих белый цвет Е с спектральными цветами, располагаются цвета, получаемые смешением спек-

тральных цветов с белым, то-есть цвета с разной чистотой.

Колориметрические приборы позволяют определить координаты цветности х, у и z, которые в сумме равны единице: x + y + z = 1.

Классическим белым излучателем является не существующий в природе идеальный тепловой излучатель – абсолютно черное тело, цветность излучения которого напрямую связана с его абсолютной температурой. Линия, вдоль которой смещаются координаты цветности черного тела, носит название линии белых цветов или линии черного тела. Используя черное тело в качестве эталона, создана система оценки оттенков белого света, содержащую лишь один параметр – температуру черного тела.