Реферат: Субъективность в ощущении цвета

С биологической точки зрения ощущение цвета возникает в мозге привозбуждении цветочувствительных клеток – рецепторов глазной сетчаткичеловека или другого животного, колбочках. У человека и приматов существуеттри вида колбочек – «красные», «зелёные» и «синие», соответственно.

Светочувствительность колбочек невысока, поэтому для хорошего восприятияцвета необходима достаточная освещённость или яркость. Наиболее богатыцветовыми рецепторами центральные части сетчатки. Физиологами и оптикамидавно установлен факт избирательной чувствительности человеческого зрения кволнам различной длины (рис. 2). В упрощенном изложении, без привлеченияграфиков чувствительности палочек и колбочек, это значит, что в обычныхобстоятельствах человек хорошо воспринимает зеленый цвет, несколько хуже –красный и хуже всего – синий цвет. Каждое цветовое ощущение у человека можетбыть представлено в виде суммы ощущений этих трех цветов (т. н.трёхкомпонентная теория цветового зрения). Заметим, что у птиц и рептилийзрение четырёхкомпонентно и включает рецепторы ближнего ультрафиолета,выше 300 нм. При восприятии цвета наиболее высокочувствительные рецепторысумеречного зрения – палочки – автоматически отключаются.

Рис. 2 Средние нормализованные спектральные характеристикичувствительности цветовых рецепторов человека – колбочек. Пунктиром показаначувствительность палочек – рецепторов сумеречного зрения.

Диапазон длины волны зрительных ощущений (цвета) находится в пределах380–760 мкм. Физические свойства света тесно связаны со свойствамивызываемого ими ощущения: с изменением мощности света меняется яркостьцвета излучателя или светлота цвета окрашенных поверхностей и сред. Сизменением длины волны меняется цветность, которая идентична с понятиемцвета, ее мы определяем словами «синий», «желтый», «красный», «оранжевый» ипр. Что представлено видимым спектром света (рис 3).

Рис. 3 Непрерывный оптический спектр

Таблица 1 – Соответствие цвета различным диапазонам длин волн

Цвет	Диапазон длинволн, нм	Диапазон частот, ГГц	Диапазон энергиифотонов, эВ
Красный	625–740	480–405	1,68–1,98
Оранжевый	590–625	510–480	1,98–2,10
Жёлтый	565–590	530–510	2,10–2,19
Зелёный	500–565	600–530	2,19–2,48
Голубой	485–500	620–600	2,48–2,56
Синий	440–485	680–620	2,56–2,82
Фиолетовый	380–440	790–680	2,82–3,26

Характер ощущения цвета зависит как от суммарной реакциичувствительных к цвету рецепторов глаза человека, так и от соотношения реакцийкаждого из трех типов рецепторов. Суммарная реакция чувствительных к цветурецепторов глаза определяет светлоту, а соотношение ее долей – цветность(цветовой тон и насыщенность). Характеристиками цвета являются цветовой тон,насыщенность и яркость или светлота которые являются количественноизмеряемыми физическими характеристиками.

Как уже было отмечено выше, наличие света является непременнымусловием визуального восприятия всего цветового пространства окружающегомира. С точки зрения физики свет представляет собой электромагнитноеизлучение, связанное с флуктуацией электрического и магнитного полей. Инымисловами, свет представляет собой энергию, а цвет есть продукт взаимодействияэтой энергии с веществом.

Свет имеет двойственную природу, обладая свойствами волны и частицы.Корпускулы света, называемые фотонами, излучаются источником света в видеволн, распространяющихся с постоянной скоростью порядка 300 000 км/с.

Аналогично морским волнам световые волны имеют гребни и впадины. Поэтому в качестве характеристики световых волниспользуют длину волны, представляющую собой расстояние между двумягребнями (единица измерения – метры или ангстремы, равные 10–8), иамплитуду, определяемую как расстояние между гребнем и впадиной.

Разные длины волны воспринимаются нами как разные цвета: свет с большойдлиной волны будет красным, а с маленькой – синим или фиолетовым. В случаеесли свет состоит из волн разной длины (например, белый цвет содержит вседлины волн), то наш глаз смешивает разные длины волн в одну, получая, такимобразом, один результирующий цвет.

Альтернативными характеристиками электромагнитного излучения являются частота (измеряемая в герцах или циклах/с) и энергия (измеряемая вэлектрон-вольтах). Чем короче длина волны, тем больше ее частота и вышеэнергия. И наоборот, чем больше длина волны, тем меньше частота и нижеэнергия.

Излученный и отраженный свет

Все, что мы видим в окружающем пространстве, либо излучает свет, либоего отражает.

Излученный цвет – это свет, испускаемый активным источником.Примерами таких источников могут служить солнце, лампочка или экранмонитора. В основе их действия обычно лежит нагревание металлических теллибо химические или термоядерные реакции. Цвет любого излучателя зависит отспектрального состава излучения. Если источник излучает световые волны вовсем видимом диапазоне, то его цвет будет восприниматься нашим глазом какбелый. Преобладание в его спектральном составе длин волн определенногодиапазона (например, 400 – 450 нм) даст нам ощущение доминирующего в немцвета (в данном случае сине-фиолетового). И наконец, присутствие в излучаемомсвете световых компонент из разных областей видимого спектра (например,красной и зеленой) дает восприятие нами результирующего цвета (в данномслучае желтого). Но при этом в любом случае попадающий в наш глазизлучаемый цвет сохраняет в себе все цвета, из которых он был создан.

Отраженный свет возникает при отражении некоторым предметом(вернее, его поверхностью) световых волн, падающих на него от источника света.Механизм отражения цвета зависит от цветового типа поверхности, которыеможно условно разделить на две группы:

· ахроматические;

· хроматические.

Первую группу составляют ахроматические (иначе бесцветные) цвета: черный,белый и все серые (от самого темного до самого светлого) (рис. 4). Их частоназывают нейтральными. В предельном случае такие поверхности либо отражаютвсе падающие на них лучи, ничего не поглощая (идеально белая поверхность),либо полностью лучи поглощают, ничего не отражая (идеальная чернаяповерхность). Все остальные варианты (серые поверхности) равномернопоглощают световые волны разной длины. Отраженный от них цвет не меняетсвоего спектрального состава, изменяется только его интенсивность.

Вторую группу образуют поверхности, окрашенные в хроматические цвета,которые по-разному отражают свет с разной длиной волны. Так, если вы осветите белым цветом листок зеленой бумаги, то бумага будетвыглядеть зеленой, потому что ее поверхность поглощает все световые волны,кроме зеленой составляющей белого цвета. Что же произойдет, еслиосветить зеленую бумагу красным или синим цветом? Бумага будетвосприниматься черной, потому что падающие на нее красный и синий цвета онане отражает. Если же осветить зеленый предмет зеленым светом, это позволитвыделить его на фоне окружающих его предметов другого цвета.

Процесс отражения света сопровождается не только связанным с нимпроцессом поглощения в приповерхностном слое. При наличии полупрозрачныхпредметов часть падающего света проходит через них (см. рис. 4). На этомсвойстве основано действие фильтров фотоаппаратов, вырезающих из областивидимого спектра нужный цветовой диапазон (иначе – отсекающихнежелательный цветовой спектр).

Рис. 4 Механизмы отражения поверхностями: а – зеленой, б – желтой в-белой, г – черной поверхностями

Чтобы лучше понять этот эффект, прижмите к поверхности лампочкипластину цветного оргстекла. В результате наш глаз «увидит» цвет, непоглощенный пластиком.

Каждый объект имеет спектральные характеристики отражения ипропускания. Эти характеристики определяют, как объект отражает и пропускаетсвет с определенными длинами волн (рис. 5).