Закономірності сприйняття кольору – кольорового тону та насиченості

Колірний тон і насиченість, так само як і світлоту, можна виразити через світлові величини. Такий спосіб їх вираження заснований на тому, що спектр містить всі кольори природи (окрім пурпурних). Тому до будь-якого світлового пучка, окрім пурпурного, можна підібрати тотожний йому монохроматичний за кольором. Якщо насиченості даного та спектрального кольорів однакові (їх неважко порівняти), то колірний тон даного можна задати через колірний тон тотожного йому за кольором спектрального (тобто монохроматичного). Довжина хвилі відповідного монохроматичного випромінювання називається домінуючою довжиною хвилі даного кольору (l_d). Вона – фізична характеристика колірного тону.

Колірності пурпурних кольорів, яких немає в спектрі, також виражають домінуючою довжиною хвилі. Знаходять колір, додатковий даному пурпурному, і визначають для нього l_d. Штрихом вказують, що ця величина належить до пурпурного.

Наприклад. l₅₀₀ – домінуюча довжина хвилі деякого блакитного, а l¹₅₀₀ – додаткового йому пурпурного.

Фізичною характеристикою насиченості є колориметрична чистота кольору (р)

(2.2)

де В_l – яскравість монохроматичного випромінювання, тотожного даному за колірним тоном;

В_б – яскравість білого випромінювання.

Принцип вимірювання колориметричної чистоти наведений на рис. 2.5. На одну половину фотометричного поля необхідно направити випромінювання Ц, колориметрична чистота кольору якого вимірюється, а на іншу – суміш монохроматичного М, тотожного визначаємому білому Б за колірним тоном. Монохроматичне випромінювання вирізається щілиною спектра Сп. При цьому співвідношення компонентів суміші можна змінювати. Встановивши тотожність обох половин поля та знаючи В_l, і В_б на полі порівняння, можна визначити колориметричну чистоту, при якій встановлюється колориметрична тотожність.

Рис. 2.5. Принцип вимірювання колориметричної чистоти

Фізична суть поняття стане яснішим, якщо приняти В_l=1 і виразити В_б як долю В_l. Тоді

(2.3)

Можна зробити висновок, що чистота кольору зворотна відносному вмісту білого в суміші , при якій ця суміш має заданий колір.

Таким чином, колориметрична чистота даного колору встановлює відносний вміст монохроматичного та білого у випромінюванні, зорово тотожному даному.

Пороги кольоророзрізнення за колірним тоном. Зі збільшенням довжини хвилі колірні тони ділянок спектру, а отже, і домінуючі довжини хвиль змінюються плавно. При невеликому прирості довжини хвилі око не відчуває різниці колірних тонів. Тільки тоді, коли приріст зростає понад пороговий, вона стає помітною. Поріг Dl=l₁–l називається порогом кольоророзрізнення за колірним тоном.

Пороги кольоророзрізнення були досліджені багатьма авторами. На рис. 2.6 наведені дані Райта та Пітта (крива 1), Бедфорда, Вишецьки (крива 2). З рисунка видно, що ділянки спектру, де поріг має найменше значення, розташовані поблизу l=500 нм (блакитні тони) і 550–600 нм (від зелених до помаранчевих тонів). Це – області спектру, в яких око має найбільшу чутливість до зміни колірного тону. Різниця колірних тонів визначається зорово при різниці довжин хвиль випромінювань 1–2 нм. Найгірше колірні тони розрізняються в синьо-фіолетовій і червоній областях спектру. У цих областях поріг кольоророзрізнення за колірним тоном складає 4–6 нм і більше.

Рис. 2.6. Значення порогів хроматичності за Мартіном

У дослідах Райта та Пітта та інших дослідників яскравість в усіх ділянках спектру зберігалася постійною. Тому її вплив на пороги був виключений. У деяких роботах наведено інші значеннч порогів кольоророзрізнення за колірним тоном. Проте характер кривої, що пов'язує поріг Dl, з довжиною хвилі l, в усіх випадках зберігається. Тому положення областей максимальної і мінімальної чутливості ока до колірного тону, на рис. 2.6 необхідно важати достовірним.

При середньому значенні Dl=2 нм і довжині видимої частини спектру рівної 700–400=300 нм, знайдемо, що число колірних тонів, помітних оком при постійній яскравості усіх ділянок спектру, складає 300:2=150. Їх підрахунок з урахуванням точних значень порогів кольоророзрізнення за колірним тоном, що вироблявся різними авторами, приблизна складає 150. Проте це ще не повне число колірних тонів, помітних оком при постійній яскравості. Щоб знайти його, до вказаного числа додають ще 30 тонів, помітних в області пурпурних кольорів, які в спектрі не містяться.

Насиченість. При дослідженні чутливості ока до насиченості ставлять два завдання: визначення порогу хроматичності та порогів кольоророзрізнення за цією ж характеристикою. В обох випадках про насиченість nсудять за колориметричною чистотою р_l. Джонс і Лаурі показали, що зв'язок між вказаними величинами лінійний:

. (2.4)

Коефіцієнт k коливається в межах 0,1–0,9 залежно від l.

Пороги хроматичності. Пороги хроматичності спектральних кольорів вивчалися Мартіном. Були визначені мінімальні кількості монохроматичного, які необхідно додати до білого, щоб відчувалася хроматичність. Зворотні значення цих кількостей прийнято за показник насиченості. З рис. 2.7 видно, що число порогів хроматичності падає від шести на початку спектру до одного в середині, а потім знову зростає.

Рис. 2.7. Значення порогів кольоророзрізнення за насиченістю

Пороги кольоророзрізнення за насиченістю. Змішуючи ахроматичні випромінювання з монохроматичними у пропорціях від 0:1 до 1:0, можна поступово змінювати колориметричну чистоту монохроматичних випромінювань. Коли вона зростає або зменшується плавно, зміна якості кольору відбувається після досягнення приросту Dр=р₁–р деякої величини. Найменший приріст чистоти, який можна спостерігати зорово, називається порогом кольоророзрізнення за насиченістю.

За чутливість ока до насиченості приймається величина зворотна Dр. Чутливість ока до насиченості, як і чутливість ока до колірного тону, нерівномірно розподілена за спектром. Рис. 2.7 показано криві зміни порогу кольоророзрізнення за насиченістю при постійній яскравості на підставі даних отриманих Мартіном із співробітниками. З кривих видно, що найбільша чутливість ока до зміни насиченості знаходиться в жовтої області спектру (550–580 нм). У цій області спектру 6 порогів кольоророзрізнення за насиченістю складає близько шести, а на краях спектру воно досягає 18.

При безперервній зміні випромінювання за потужністю та довжиною хвилі відчуття кольору змінюється дискретно. Отже, число кольорів, що розрізняються оком, обмежене.

Обмеженість числа розрізняних оком кольорів є підставою для створення системи оцінки кольору не на підставі колориметричних вимірювань, а на порівнянні об'єктів з кольоровими зразками – еталонами кольору. При створенні систем еталонів повинно бути враховане загальне число кольорів. Визначення такого числа кольорів має практичне значення. Дослідники оцінюють кольорозрізнювальну здатність очей в межах від 10 до 100000 кольорів, число кольорів тіл, що не світяться, значно менше.