Как появляются цвета и почему мы их видим? Цветовые модели и способы их описания

Зная, какую существенную роль играют цвета в жизни потребителя и производителя, мы подготовили солидную порцию информации на эту тему.

Свет как источник цвета

Говоря о цветах, нельзя не упомянуть о свете. Это один из самых важных вопросов, и знание его позволит понять механизмы появления цвета, а также найти ответ на вопрос, каким образом мы видим.  Начнём же с самого начала.

Природа света на протяжении многих лет была тайной, которую трудно было понять. Сегодня мы уже знаем, что свет ведёт себя одновременно как волна и как поток частиц. Это явление называется корпускулярно-волновым дуализмом.

Электромагнитные волны длинной в диапазоне 380-780 нанометров называются видимым светом. Белый свет образуется после смешения отдельных семи простых цветов, которые называются основными цветами. После расщепления можно их увидеть в виде всем известных семи цветов радуги. Данное явление появляется на небе в солнечные дни во время дождя.  Падающие капли воды действуют как призма и расщепляют белый свет на его составляющие, то есть цвета. Каждый из семи цветов отвечает определенному диапазону длины волны. Самая длинная электромагнитная волна (635-770 нм) красного цвета, а самая короткая — длинной 380-450 нм — отвечает за восприятие фиолетового цвета.

Ниже представлены основные цвета, которые мы видим. Если волна имеет длину на границе двух соседних диапазонов, тогда появляются переходные цвета.

Почему мы видим цвета?

Уже зная, что определенные длины электромагнитных волн имеют установленный цвет, давайте обсудим, почему мы видим цветные предметы.

Чувствительность к длинам световых волн соответствующих рецепторов глаза непосредственно отвечает за цветовое восприятие. Мы можем видеть цвета разных предметов (например карандашей или цветов), потому что они отражают и поглощают падающие на них лучи. Эти предметы не светят собственным светом, а поглощают электромагнитные волны определённой длины из диапазона видимого света, отражая остальные. Мы видим определенный цвет, так как наших глаз достигает часть излучения отражённая от поверхности предмета.

 

Для лучшего понимания этого механизма, удобнее всего объяснить его на примере. Красные маки поглощают электромагнитные лучи всех длин волн, кроме тех, которые соответствуют красному цвету. Волны именно этой длины отражаются, приводя к тому, что после достижения ими глаза, мы видим красный цвет. Если предмет имеет белый цвет, это обозначает, что весь белый цвет был от него отражён. В то же время черные предметы поглощают все длины волн из видимого диапазона.

Физиология восприятия цветов — почему мы видим?

Явление поглощения и отражения электромагнитных волн, благодаря которому мы видим цвета окружающего нас мира, не было бы возможным, если бы не наши глаза. Они являются необычайно чувствительными органами зрения, которые принимают участие в создании изображений, называемых обычно видением.

Чтобы узнать, почему мы видим электромагнитную волну в виде цвета, следует ознакомиться со строением глаза. Орган зрения оснащён светочувствительными рецепторами, то есть палочками и колбочками. Светочувствительные клетки находятся в задней части глазного яблока, которая называется сетчаткой. Палочки отвечают за восприятие формы и движения. Они настолько чувствительны, что способны уловить даже отдельный фотон. В то время как колбочки обеспечивают цветовое зрение. В глазу человека различают три вида колбочек, которые воспринимают разные длины волн и в результате обеспечивают видение красного, синего и зелёного цвета. Если рецепторы улавливают волны переходной длины, в таком случае все три группы колбочек реагируют на раздражитель, вызывая в мозгу изображение переходного цвета состоящего из трёх основных цветов.

Механизм создания изображения

Видимый свет — это ни что другое, как электромагнитные волны длинной в диапазоне 380-780 нм. Свет, попадающий на предмет, будет либо частично им поглощён, либо отражён. Затем электромагнитная волна, отражённая от предмета, попадает на рецепторы, находящиеся в глазу, то есть на палочки и колбочки в сетчатке, где создаётся уменьшенное и перевёрнутое изображение. Следующий этап заключается в том, что рецепторы передают импульс в мозг, в котором обрабатываются данные и на их основе создаётся изображение данного предмета. Все это происходит чрезвычайно быстро, о чем Вы можете убедиться оглядываясь вокруг. Цвета, которые мы видим, в невероятном темпе регистрируются и обрабатываются, создавая изображение.

Глаз является удивительным органом зрения, который различает огромное количество цветов. Согласно литературным данным их насчитывается даже несколько миллионов. Стоит заметить, что цвет не является свойством света, а всего лишь впечатлением, которое производит в мозгу электромагнитная волна определенной длины.

Восприятие цвета мгновенно и не записывается в нашей памяти. Поэтому повторно распознать тот же цвет очень трудно, так как у нас нет образца, с которым можно сравнить цвет. Зная, что видение цветов является субъективным восприятием, следует помнить, что восприятие цвета разными наблюдателями может быть неоднозначным и неточным.

Способы описания и оценки цвета

Глаз человека не способен объективно оценить цвет, однако существуют приборы, которые точно измеряют цвет. Инструментальные методы позволяют определить цвет в виде числа на основании стандартной системы измерения с помощью колориметров и спектрофотометров.  Математическая запись цвета была разработана Международной комиссией по освещению (CIE) и соответствует зрительному восприятию.

Цвет можно описать с помощью трех координат, таких как оттенок, светлота и насыщенность измеряемого цвета.

• Оттенок является свойством цвета зависимым от излучения определенной длины волны, которая различается рецепторами, находящимися в глазу. Тогда мы видим определённый цвет, например зелёный, красный или синий. Цвета, которые имеют оттенки, называются хроматическими.
• Светлота или, другими словами, яркость является чувствительностью к интенсивности излучения, отвечающего за появление цвета. Мерой светлоты цвета является яркость, которая при дневном свете характеризуется наивысшей величиной для жёлто-зелёного цвета длиной волны 555 нм, а в ночное время при длине волны 510 нм, соответствующей сине-зелёному цвету.
• Насыщенность – это смешение хроматического цвета с белым, серым или черным цветом. Пастельные цвета называют ненасыщенными, так как они содержат много белого цвета.

Представленные атрибуты цветов также стандартизированы системой CIE, благодаря которой можно в полной степени описать цвет этими тремя переменными.

Толерантность цвета

Учитывая факт, что модели идеального совпадения цветов в промышленных масштабах достичь невозможно, общепринятой практикой является установление диапазонов цветовых допусков. Отсутствие стопроцентного соответствия цвета может иметь место по многим причинам, в частности из-за различий в поставляемом сырье для производства, которое подвергалось окрашиванию. Другой причиной является изменение цвета во время последующих производственных процессов. Откровенно говоря, каждая партия изделий имеет некоторое цветовое отклонение. Рамки данного отклонения являются диапазоном, в котором цвет считается допустимым и почти соответствующим установленному эталону. Определение допустимости цвета обычно согласовывается индивидуально между деловыми партнёрами.

Модель RGB (КЗС)

Следующим способом описания цветов является модель RGB или КЗС. Это способ выражения цветового пространства в системе координат, описанных с помощью аббревиатуры RGB от названий цветов на английском языке: R – red (красный), G – green (зеленый), B – blue (синий). Модель обоснована восприятием видения человеческим глазом любого цвета, который появляется в результате смешения трёх лучей света данных цветов в определенных пропорциях. Только эта модель объясняет, каким образом изображение цвета появляется в мозгу человека. К сожалению, эта модель имеет несколько недостатков — в частности она не объясняет, почему после смешения светлых цветов не появляется цвет более светлый или чисто белый. Следует учитывать факт, что модель RGB является исключительно теоретической, а ее воспроизведение зависит от прибора.

Модель CMY или CMYK

Существующая цветовая модель CMY на практике является недостаточной основой для получения всех цветов, различаемых человеческим глазом. Смешение составляющих модели, то есть синего (cyjan), красного (magenta) и жёлтого цвета (yellow), никогда не даст черного цвета. По этой причине часто говориться о модели CMYK, которая дополнена черным цветом, называемым K – key colour (ключевой цвет — черный). Эта модель цветов чаще всего применяется в полиграфии для создания цветных печатей и компьютерных график. Отдельные цвета модели CMYK можно получить путём смешения четырёх основных цветов, применяя их соответствующие пропорции.

Теория против практики — описание и оценка цвета

Зная уже самые популярные модели оценки цвета, можно предположить, что достаточно всего лишь смешать цвета из модели RGB с цветами CMYK и теоретически мы должны получить всевозможные цвета. Однако это не происходит. Почему? Потому что человеческий глаз не реагирует линейно, а красители и цветные материалы не идеальны. По этой причине на практике применяются разные методы скрытия недостатков. Способы уравновешивания этих дефектов определяются как производство цвета, и ими в частности являются полиграфия, промышленная окраска или производство карандашей, красок и лаков.

Оказывается, что проблемой не является изготовление определенного цвета, а его выражение — каким конкретно он должен быть. Как определить и назвать цвет так, чтобы это название все понимали одинаково? На этот вопрос пока нет ответа, но может быть в будущем будет разработана универсальная система наименования цветов, которая решит эту проблему.

Видеть цвета — это удивительно. Человеческий глаз в состоянии различить миллионы оттенков цветов. Изображение, появляющееся в нашей голове, возникает за доли секунды, а чтобы это произошло достаточно источника света. Удивительной также является точность глаза и способность человека анализировать цвета. Математическое описание, инструментальный анализ и теоретические модели чрезвычайно полезны при обсуждении цветов. Благодаря им можно воспроизводить цветные предметы в промышленных масштабах, различать бракованные партии изделий и определять проблемы, когда полученный цвет не является ожидаемым оттенком. Возможно с сегодняшнего дня Вы по другому посмотрите на свои глаза, которые ведь позволяют вам осознать красоту без лишних осложнений.