Главная - Литература

0 1 2 [3] 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

В результате изучения оптического смешения цветов немецким математиком Грассманом в середине XIX в. сформулированы следующие три закона.

Первый закон. Любые четыре цвета находятся в линейной зависимости, хотя существует неограниченное число линейно независимых совокупностей из трех цветов. Иначе говоря, каждый цвет может быть выражен через три линейно независимых цвета, а количество триад линейно независимых цветов бесконечно велико.

Линейно независимыми цветами называются такие три цвета, каждый из которых не может быть получен смешением двух других. К числу таких цветов относятся красный, зеленый, снннй; желтый, голубой и пурпурный. Существует бесконечное множество и других трнад линейно независимых цветов.

Если принять в качестве линейно независимых цветов красный, зеленый и синий, первый закон оптического смешения можно записать в виде следующего цветового уравнения:

F = kk*33* сС,

где F - произвольный цвет; К, 3, С - излучения красного, зеленого и синего цветов; к,з,с- множители, показывающие количества смешиваемых излучений К, 3, С, обеспечивающие получение цвета, тождественного по визуальному восприятию цвету F.

Следует отметить, что знак равенства в приведенном выше уравнении означает только тождественность впечатлений, вызываемых цветом F и смесью излучений К, 3, С, но не говорит о равенстве их спектральных составов или равенстве лучистых потоков.

Чтобы лучше уяснить смысл первого закона и цветового уравнения, рассмотрим оптическое смешение трех цветов: красного, зеленого и синего. Определим результирующий цвет при смешении этих цветов в соотношении К :3 :С = ~ 3 :3 : 1. От смешения равных количеств красного н зеленого будет получаться цвет, лежащий на середине прямой КЗ (рис. 9, б, точка /). Если к полученному цвету добавить теперь синий, то для нахождения точки результирующего цвета надо соединить точку С с точкой 1 и полученную прямую разделить на 7 частей. Как видно из рис. 9, б, точка результирующего цвета (точка 2) лежит внутри треугольника КЗС. При смешении цветов К, 3, С в других соотношениях результирующий цвет также всегда будет представлен точкой, находящейся внутри треугольника. Следовательно, от смешения цветов К, 3. С в любых соотношениях будут получаться цвета, местонахождение которых на цветовом круге определяется площадью треугольника.

А при каких же условиях может быть получен, например,

цвет, соответствующий точке F? При смешении цветов красного и синего можно получить такой же по цветовому тону цвет, но чистота его будет ниже, чем у цвета F. Если же к цвету F добавить некоторое количество зеленого цвета, то можно получить цвет, которому соответствует точка 4. Этот новый цвет будет иметь меньшую чистоту; такой цвет может быть получек в результате смешения определенных количеств цветов Л" и С. Для данного случаи можно записать следующее цветовое уравнение:

р+з~3=кК + сС или F=-33 * кК + с С,

где К и С - количества цветов К и С, в результате оптического смешения которых получается такой же цвет, который образуется при добавлении к цвету г зеленого цвета в количестве, равном 3 .

Таким образом, хотя цвет F невозможно получить в результате смешения цветов К, 3. С. он, однако, может быть выражен определенными количествами этих цветов, причем количества цветов Л" и С будут положительными, а количество цветов 3 - отрицательной величиной.

Аналогично цвету F и все остальные цвета, лежащие вне треугольника КЗС, могут быть выражены определенными количествами линейно независимых цветов К, 3, С, причем цвета, лежащие вне треугольника, за стороной КЗ, будут иметь отрицательные значения коэффициента с расположенные за стороной КС - отрицательные значения з, находящиеся за стороной ЗС - отрицательные значения к.

Второй закон. Непрерывному изменению излучения соответствует также непрерывное изменение цвета.

Этот закон устраняет возможность существования какого-то отдельного цвета, не примыкающего непосредственно к цветам смешиваемых излучений. Так, в случае смешения излучений красного и зеленого цвета при постепенном изменении соотношения их мощностей будет наблюдаться непрерывное изменение цвета.

Третий закон. Цвет смеси зависит только от цвета смешиваемых компонентов и не зависит от их спектральных составов.

Из этого закона следует, что если каждый из двух визуально одинаковых цветов смешивается с третьим, то независимо от того, каков спектральный состав этих двух цветов, результирующий цвет в обоих случаях будет одинаковым.

Законы оптического смешения цветов являются основой колориметрии. Благодаря установлению первого закона смешения стало возможным создание системы, позволяющей выражать все цвета через количества трех линейно независимых цветов. Такая система характеристики цвета рассматривается в гл. 3.



Второй закон оптического смешения служит основой для проведения математических расчетов по определению результирующего цвета при сложении нескольких цветов. Методика таких расчетов приводится на с. 54-56.

2. СУБТРАКТИВНЫЙ МЕТОД

Субтрактивный метод образования цвета - метод, при котором образование цвета происходит вследствие избирательного поглощения части излучений из потока падающего на тело света.

Примером цвета, образованного по субтрактивному методу, является цвет, получающийся при прохождении светового потока через несколько различно окрашенных сред (например, цветных пленок) или при прохождении через раствор, содержащий несколько красителей. Каждое красящее вещество обладает определенными светопоглощающими свойствами и поэтому при прохождении через них светового потока из него частично или полностью поглощается часть излучений.

Субтрактивный метод синтеза цвета лежит в основе современных способов цветной фотографии и кинематографии, трехцветной печати. По этому методу образуется цвет материалов, окрашенных несколькими красителями. За счет использования трех красящих веществ желтого, голубого и пурпурного цвета субтрактивным методом можно получить большое число различных цветов. Особенно широкая гамма цветов получилась бы в том случае, если эти красители были бы идеальными (спектры пропускания растворов таких красителей показаны на рис. 11). В отличие от реальных такие красители характеризуются не плавным изменением коэффициента пропускания т, а скачкообразным, при этом излучения каждой из трех зон спектра или полностью поглощаются (г = 0), или полностью пропускаются (т - = 100%). Например, желтый краситель целиком поглощает лучи синей зоны спектра и полностью пропускает лучи красной и зеленой зон. Красители, обладающие такими спектрами пропускания, являются идеальными для различных процессов воспроизведения цвета и обеспечивают получение при смешении практически любого цвета.

Рассмотрим несколько вариантов, когда через цветные пленки окрашенные идеальными красителями, пропускается пучок белого света (рис. 12).

При прохождении белого света, содержащего в равных количествах излучения всех трех зон спектра, через желтую пленку синяя зона спектра будет поглощена, на голубую пленку попадут лучи только двух зон - зеленой и красной (рис. 12, а). В свою очередь голубая пленка поглотит лучи

,100

•и *

& о

J80 480 560

380 180 560


380. , W

Длина йвлны, нм

т~ ~

380 780

Длина дплны, нм

Рис 11 Кривые пропускания идеальных красителей: а -желтого; б - голубого; в - пурпурного; г - красного; о - зеленого; е " синего

Велый

V И V

Желтый

белый

Желтый

Белый

\" V \

Пурпурный

Белый

Желтый

тгтт

Голубой

Зеленый

Пурпурный

Нрасный

Голубой

\Пурпурный

Синий

Голубой

Чбрный

Рис. 12. Схема образования цвета субтрактивным методом при использовании идеальных красителей

красной зоны спектра. В результате прошедший через обе пленки пучок света будет содержать лучи лишь зеленой зоны. При последовательном прохождении белого света через желтую и пурпурную пленки (рис. 12, б) будет получаться красный цвет, а при прохождении через пурпурную и голубую - синий (рис. 12, в). При прохождении белого света последовательно через желтую, голубую и пурпурную пленки (рис. 12, г) происходит поглощение лучей всех трех зон и результирующий цвет будет черным. Использование этих красителей в меньших концентрациях, при которых свет не поглощается полностью в соответствующих зонах, обеспечит при их попарном применении получение оранжевых, желто-зеленых, зелено-голубых и прочих цветов.



Если же белый свет пропускать через красную и зеленую пленки, в результате будет наблюдаться полное поглощение света - результирующий цвет будет черным. Аналогичный результат наблюдается при попарном использовании красной и синей, а также зеленой и синей пленок.

Таким образом, широкая гамма цветов при субтрактив-ном синтезе может быть получена в случае использования желтого, голубого и пурпурного цветов, вследствие чего эти цвета принято считать основными цветами субтрактив-ного синтеза.

При использовании не идеальных, а реальных красителей, спектры пропускания которых характеризуются отсутствием полного поглощения и пропускания в любой из зон спектра, палитра получаемых цветов сужается. Попарное смешение желтого, голубого и пурпурного красителей приводит к получению не столь чистых и ярких цветов, а смесь этих трех красителей не обеспечивает получения ахроматического цвета, При попарном же смешении реальных красителей красного, зеленого и синего цвета получаются не ахроматические, а цвета желтых, голубых и пурпурных цветовых тонов. Однако образующиеся цвета будут темными, и чем ближе исходные красители к идеальным, тем темнее будут получаться цвета от их смешения.

Для определения результирующего цвета субтрактивного синтеза при использовании прозрачных сред определяется спектральный состав его светового потока, который находится перемножением значений мощности монохроматических лучей в спектре источника света на коэффициенты пропускания этих лучей цветными телами, участвующими в образовании цвета (рис. 13).

На основании спектрального состава результирующий цвет может быть выражен через цветовой тон, чистоту и светлоту (см. с. 49-54),


Рис. 13. Определение спектрального состава результирующего излучения при субтрактинном синтезе:

а - спектральный состав источника света; о, в - кривые пропускания цветных тел; г - спектральный состав результирующего излучения

. цвет поверхностей непрозрачных тел и материалов определяется спектральным составом отраженного от них светового потока, попадающего в глаз. Окраска таких тел достигается или за счет нанесения на их поверхность слоя краски, представляющей собой композицию одного или нескольких пигментов и связующего вещества, или за счет окрашивания, в результате которого краситель распределяется в окрашиваемом субстрате.

.- Цвет поверхностей непрозрачных тел и материалов в большинстве случаев не является результатом субтрактивного метода в чистом виде, как это наблюдается для прозрачных сред (например, светофильтров). Падая на окрашенную поверхность, световой поток частично отражается от верхнего слоя без изменения цвета, остальная же часть потока света входит в слой красящего вещества и, пройдя его полностью или частично, отражается в обратном направлении. Цвет окрашенной поверхности, таким образом, образуется в результате оптического смешения светового потока, отраженного от поверхностного слоя и потока, вышедшего после прохождения красочного слоя.

Наряду с главными факторами, определяющими цвет поверхностей непрозрачных предметов и материалов, к числу которых относятся характер избирательного поглощения световых лучей и спектральный состав света источника освещения, их цвет зависит также от характера освещения, степени ровноты поверхности, оптической однородности слоя краски или окрашенного материала, толщины и прозрачности красящего слоя, а также от условий наблюдения.

Если слой краски достаточно прозрачен и небольшой толщины, свет проходит через него и, отразившись от непрозрачного материала, выходит б сторону источника освещения. В этом случае спектральный состав вышедшего светового потока, а следовательно, и его цвет зависят как от свойств краски, так и от свойств неокрашенного материала.

Если же слой краски толстый, а сама краска малопроэрач-ная (кроющая), отражение светового потока в обратную сторону будет происходить в основном в слое краски и, следовательно, цвет такой поверхности будет зависеть только от свойств самой краски.

Если освещение рассеянное, а поверхность шероховатая, поверхностно отраженный свет равномерно распределяется по всем направлениям и в каком бы направлении мы ни Рассматривали поверхность, поверхностно отраженный свет будет равномерно примешиваться к световому потоку, отраженному из глубинных слоев поверхности.

Если свет направленный, а поверхность гладкая, поверхностно отраженный свет имеет вполне определенное направ-



0 1 2 [3] 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20



0.001