Про природу світла й кольору

Світло як фізичне явище являє собою потік електромагнітних хвиль різної довжини й амплітуди. Око людини, будучи складною оптичною системою, сприймає ці хвилі в діапазоні довжин приблизно від 350 до 780 нм. Світло сприймається або безпосередньо від джерела, наприклад, від освітлювальних приладів, або як відбитий від поверхонь об'єктів або переломлений при проходженні крізь прозорі й напівпрозорі об'єкти. Колір - це характеристика сприйняття оком електромагнітних хвиль різної довжини, оскільки саме довжина хвилі визначає для ока видимий колір. Амплітуда, що визначає енергію хвилі (пропорційну квадрату амплітуди), відповідає за яскравість кольору. Таким чином, саме поняття кольору є особливістю людського "бачення" навколишнього середовища.

Рис. 3.1. Око людини

На мал. 3.1 схематично зображене око людини. Фоторецептори, розташовані на поверхні сітківки, відіграють роль приймачів світла. Кришталик - це своєрідна лінза, що формує зображення, а райдужна оболонка виконує роль діафрагми, регулюючи кількість світла, що пропускається усередину ока. Чутливі клітки ока неоднаково реагують на хвилі різної довжини. Інтенсивність світла є міра енергії світла, що впливає на око, а яскравість - це міра сприйняття оком цього впливу. Інтегральна крива спектральної чутливості ока наведена на мал. 3.2; це стандартна крива Міжнародної комісії з висвітлення (МКО, або CIE - Comission International de l'Eclairage).

Фоторецептори підрозділяються на два види: палички й колбочки. Палички є високочутливими елементами й працюють в умовах слабкого висвітлення. Вони нечутливі до довжини хвилі й тому не "розрізняють" кольору. Колбочки ж, навпаки, мають вузьку спектральну криву й "розрізняють" кольору. Паличок існує тільки один тип, а колбочки підрозділяються на три види, кожний з яких чутливий до певного діапазону довжин хвиль (довгі, середні або короткі.) Чутливість їх також різна.

На рис. 3.3 представлено криві чутливості колбочек для всіх трьох видів. Видно, що найбільшою чутливістю володіють колбочки, що сприймають кольори зеленого спектра, небагато слабкіше - "червоні" колбочки й істотно слабкіше - "сині".

Рис. 3.2. Інтегральна крива спектральної чутливості ока

Рис. 3.3. Криві чутливості різних рецепторів

Таким чином, якщо функція характеризує спектральне розкладання світлового випромінювання від деякого джерела (рис. 3.4),т. е. розподіл інтенсивності по довжинах хвиль, те три типи колбочок будуть посилати в мозок сигнали (червоний, зелений, синій), потужність яких визначається інтегральними співвідношеннями

де - функції чутливості відповідних типів колбочок.

Рис. 3.4. Характерна спектральна крива

Якщо сприймане світло містить всі видимі довжини хвиль у приблизно рівних кількостях, то він називається ахроматичним і при максимальній інтенсивності сприймається як білий, а при більше низьких інтенсивностях - як відтінки сірого кольору. Інтенсивність відбитого світла зручно розглядати в діапазоні від 0 до 1, і тоді нульове значення буде відповідати чорному кольору. Якщо ж світло містить довжини хвиль у нерівних пропорціях, то він є хроматичним. Об'єкт, що відбиває світло, сприймається як кольоровий, якщо він відбиває або пропускає світло у вузькому діапазоні довжин хвиль. Точно так само й джерело світла сприймається як кольоровий, якщо він випускає хвилі у вузькому діапазоні довжин. При висвітленні кольорової поверхні кольоровим джерелом світла можуть виходити досить різноманітні колірні ефекти.