Объективные и субъективные характеристики цвета

Яркость и светлота. Свойство зрительного ощущения, соглас­но которому предметы кажутся испускающими больше или мень­ше света, называется светлотой. На сетчатку попадают только определенные доли всей световой энергии, ис­пускаемой предметами в окружающее пространство. Они выра­жаются величинами яркостей. Таким образом, интенсивность светового раздражения определяется величинами яркостей, а ин­тенсивность светового ощущения – величинами светлот. Чем больше яркость, тем больше светлота, поэтому можно сказать, что светлота есть мера ощущения яркости.

В обыденной речи между понятиями яркости и светлоты ча­сто нет отчетливого различия. Но при изучении зрительного восприятия света им придаются вполне определенные различные значения, которые отражают реально существующие различные явления. Яркость – объективная величина. Это значит, что ее можно измерить соответствующим прибором («яркомером»), ко­торый при одних и тех же яркостях, независимо от их величины и принадлежности, всегда будет давать одни и те же показания. Светлота – величина субъективная. Интенсивность светового ощущения, т.е. светлоту, непосредственно измерить каким-либо прибором нельзя. Это объясняется не техническими трудностя­ми, а самой природой субъективных величин. Например, мы не можем измерить ощущение тяжести. Но вес и массу тел, вызы­вающих это ощущение, мы измеряем и выражаем числами. Дру­гой пример: лист белой бумаги на солнечном свету летом имеет яркость порядка 30 000 нит, а при свете настольной лампы – порядка 10…30 нит. Однако никто не скажет, что один и тот же лист бумаги в одном случае более светлый, чем в другом. В чи­сле ряда особенностей зрительного восприятия здесь проявляет­ся его способность отделять характеристику освещения от ха­рактеристики освещаемого предмета. Это явление относится к разряду психологических, связанных с высшей нервной деятель­ностью, в частности, с таким явлением, как память.

Из сказанного следует, что светлота не может быть непосред­ственно измерена и выражена абсолютными числами. Однако возможна количественная оценка, выражаемая словами: больше, меньше, равно, намного больше или меньше, едва разли­чается. Причем такие выражения, как «равно» и «едва разли­чается» имеют совершенно точное количественное значение. Эти выражения можно сопоставлять с соответствующими измерен­ными величинами яркостей и выражать градации световых ощу­щений относительными яркостями. Между раздражением и ощу­щением в таком количественном выражении существует опре­деленная зависимость. Экспериментально показано, что рост светлоты про­исходит медленнее роста яркости (в среднем тысячекратному изме­нению яркости соответствует лишь (3,5…8)-кратное увеличение свет­лоты) и контраст между двумя деталями определяется не отноше­нием яркостей этих деталей, а разностью их светлот.

Цветовой тон и доминирующая длина волны. Цветовым тоном называют то характерное свойство, которое отличает данный цвет от белого и серого. Названия цве­тов: красный, голубой, зеленый, оранжевый и пр. – являются приблизительными обозначениями цветового тона. Допустимость применения цветового тона в качестве характеристики цветности любого излучения, (в том числе и излучений со сложным спектром) основана на экспериментально установленной возможности то­ждественного воспроизведения любого цвета смесью белого с одно­родным.

В соответствии с этим цветовой тон любого излучения численно принято характеризовать доминирующей длиной волны, т. е. длиной волны того однородного (спектрального) цвета, который, будучи смешан с белым в опре­деленной пропорции, обеспечивает зрительное тождество цвета смеси с цветом исследуемого излучения. Эксперименты, проведен­ные рядом исследователей, показали, что глаз неодинаково чув­ствителен к изменению цветового тона по всему спектру. По полу­ченным данным, пороговое изменение цветового тона колеблется в пределах от Dl=1 нм до Dl=22 нм, причем глаз наименее чувствителен к изменению цветового тона по краям спектра, осо­бенно в длинноволновой его части.

Насыщенность и чистота. Насыщенность определяется степенью различия ощу­щения цветности заданного излучения от ощущения цветности белого. Опыт показывает, что насыщенность различных спектраль­ных цветов неодинакова. Так, например, красный или синий спектральные цвета воспринимаются нами как цвета с высокой степенью насыщенности. Мы с уверенностью можем сказать, что в этих цветах нет примеси белого. По сравнению с этими цветами желтый спектральный цвет, в котором примесь белого также пол­ностью отсутствует, кажется нам гораздо менее насыщенным.

Если к спектральному цвету добавить примесь белого, то насы­щенность его уменьшится. Уменьшение насыщенности для различ­ных спектральных цветов происходит неравномерно: в то время как при некотором количестве белого в смеси со спектральным желтый цвет уже становится не отличимым от белого, синий и красный мы еще отличаем. Наиболее распространенным количественным критерием насыщенности является число порогов цветоразличения на участке изменения цветности от спектрального цвета до белого в условиях постоянства цветового тона и свет­лоты сравниваемых излучений. Насыщенность, выраженная числом порогов цветоразличения, как следует из экспериментов, резко снижается в желтой зоне спектра.

Степень выраженности цветового тона коли­чественно можно представить отношением яркости спектрально­го в смеси B_λ к яркости смеси (B_λ + B_w):

Величина Р называется чистотой цвета. Она количественно характеризует долю чистого спектрального в смеси его с белым при постоянной яркости смеси. Если B_λ = 0, то Р= 0 (белый цвет), если B_w = 0, то Р = 1 (чистый спектральный цвет), т.е. цветами, обладающими максимальной чистотой, являются цвета однородных излучений, а цветами с «нулевой» чистотой – бе­лый, серый, черный. Степень выраженности цветового тона у этих последних цветов равна нулю, поэтому их называют ахро­матическими, т. е. бесцветными.

Нетрудно видеть, что между чистотой цвета излучения и цве­товой насыщенностью вызванного им ощущения, так же как между яркостью и светлотой или между доминирующей длиной волны и цветовым тоном, имеется качественное соответствие. Это соот­ветствие заключается в том, что возрастание чистоты цвета со­провождается ростом насыщенности, увеличение яркости – по­вышением светлоты, а изменение доминирующей длины волны – изменением цветового тона.

Итак, мы установили три объективные характери­стики цвета: яркость, доминирующая длина волны и чистоту цвета, а также три субъективные характеристики: светлоту, цветовой тон и насыщенность цвета.