Цвет ( американский английский ) или цвет ( британский и английский Содружества ) — это визуальное восприятие, основанное на электромагнитном спектре . Хотя цвет не является неотъемлемым свойством материи , восприятие цвета связано с поглощением света объектом , отражением , спектрами излучения и интерференцией . Для большинства людей цвета воспринимаются в видимом спектре света тремя типами колбочек ( трихроматия ). Другие животные могут иметь другое количество типов колбочек или иметь глаза, чувствительные к разным длинам волн, например, пчелы, которые могут различать ультрафиолет , и, таким образом, иметь другой диапазон цветовой чувствительности. Восприятие цвета животными происходит из-за разной длины волны света или спектральной чувствительности в типах колбочек, которая затем обрабатывается мозгом .
Цвета имеют воспринимаемые свойства, такие как оттенок , красочность (насыщенность) и яркость . Цвета также могут быть смешаны аддитивно (обычно используется для фактического света) или субтрактивно (обычно используется для материалов). Если цвета смешаны в правильных пропорциях, из-за метамерии они могут выглядеть так же, как свет с одной длиной волны. Для удобства цвета могут быть организованы в цветовое пространство , которое при абстрагировании в качестве математической цветовой модели может назначить каждой области цвета соответствующий набор чисел. Таким образом, цветовые пространства являются важным инструментом для воспроизведения цвета в печати , фотографии , компьютерных мониторах и телевидении . Наиболее известными цветовыми моделями являются RGB , CMYK , YUV , HSL и HSV .
Поскольку восприятие цвета является важным аспектом человеческой жизни, различные цвета были связаны с эмоциями , деятельностью и национальностью . Названия цветовых регионов в разных культурах могут иметь разные, иногда перекрывающиеся области. В изобразительном искусстве теория цвета используется для управления использованием цветов эстетически приятным и гармоничным образом. Теория цвета включает в себя цветовые дополнения ; цветовой баланс ; и классификацию основных цветов (традиционно красный , желтый , синий ), вторичных цветов (традиционно оранжевый , зеленый , фиолетовый ) и третичных цветов . Изучение цветов в целом называется наукой о цвете .
Электромагнитное излучение характеризуется длиной волны (или частотой ) и интенсивностью . Когда длина волны находится в пределах видимого спектра (диапазон длин волн, которые может воспринимать человек, приблизительно от 390 нм до 700 нм), она известна как «видимый свет ». [1]
Большинство источников света излучают свет на многих различных длинах волн; спектр источника представляет собой распределение, дающее его интенсивность на каждой длине волны. Хотя спектр света, поступающего в глаз с заданного направления, определяет цветовое ощущение в этом направлении, существует гораздо больше возможных спектральных комбинаций, чем цветовых ощущений. Фактически, можно формально определить цвет как класс спектров, которые вызывают одно и то же цветовое ощущение, хотя такие классы будут сильно различаться среди разных видов и в меньшей степени среди особей внутри одного вида. В каждом таком классе члены называются метамерами рассматриваемого цвета. Этот эффект можно визуализировать, сравнивая спектральные распределения мощности источников света и полученные цвета.
Знакомые цвета радуги в спектре — названные с использованием латинского слова для обозначения появления или явления Исааком Ньютоном в 1671 году — включают все те цвета, которые могут быть получены видимым светом только одной длины волны, чистые спектральные или монохроматические цвета . Спектр выше показывает приблизительные длины волн (в нм ) для спектральных цветов в видимом диапазоне. Спектральные цвета имеют 100% чистоту и полностью насыщены . Сложная смесь спектральных цветов может быть использована для описания любого цвета, что является определением спектра мощности света .
Спектральные цвета образуют непрерывный спектр, и то, как он делится на отдельные цвета лингвистически, является вопросом культуры и исторической случайности. [2] Несмотря на повсеместную мнемонику ROYGBIV , используемую для запоминания спектральных цветов в английском языке, включение или исключение цветов является спорным, причем разногласия часто сосредоточены на индиго и циане. [3] Даже если подмножество цветовых обозначений согласовано, их диапазоны длин волн и границы между ними могут быть разными.
Интенсивность спектрального цвета относительно контекста, в котором он рассматривается, может значительно изменить его восприятие. Например, слабоинтенсивный оранжево-желтый — это коричневый , а слабоинтенсивный желто-зеленый — это оливково-зеленый . Кроме того, сдвиги оттенка в сторону желтого или синего происходят , если интенсивность спектрального света увеличивается; это называется сдвигом Безольда–Брюкке . В цветовых моделях, способных представлять спектральные цвета, [4] таких как CIELUV , спектральный цвет имеет максимальную насыщенность. В координатах Гельмгольца это описывается как 100% чистота .
Физический цвет объекта зависит от того, как он поглощает и рассеивает свет. Большинство объектов рассеивают свет в некоторой степени и не отражают и не пропускают свет зеркально, как стекла или зеркала . Прозрачный объект позволяет почти всему свету проходить или проходить сквозь него, поэтому прозрачные объекты воспринимаются как бесцветные. И наоборот, непрозрачный объект не пропускает свет, а вместо этого поглощает или отражает получаемый им свет. Подобно прозрачным объектам, полупрозрачные объекты пропускают свет, но полупрозрачные объекты кажутся окрашенными, потому что они рассеивают или поглощают определенные длины волн света посредством внутреннего рассеяния. Поглощенный свет часто рассеивается в виде тепла . [5]
Хотя Аристотель и другие древние ученые уже писали о природе света и цветового зрения , только Ньютон определил свет как источник цветового ощущения. В 1810 году Гете опубликовал свою всеобъемлющую Теорию цветов , в которой он дал рациональное описание цветового восприятия, которое «рассказывает нам, как оно возникает, а не что оно есть». (Шопенгауэр)
В 1801 году Томас Юнг предложил свою трихроматическую теорию , основанную на наблюдении, что любой цвет может быть сопоставлен с комбинацией трех источников света. Эта теория была позже уточнена Джеймсом Клерком Максвеллом и Германом фон Гельмгольцем . Как выразился Гельмгольц, «принципы закона смешения Ньютона были экспериментально подтверждены Максвеллом в 1856 году. Теория цветовых ощущений Юнга, как и многое другое, чего этот замечательный исследователь достиг раньше своего времени, оставалась незамеченной, пока Максвелл не обратил на нее внимание». [6]
В то же время, что и Гельмгольц, Эвальд Геринг разработал теорию оппонентного процесса цвета, отметив, что цветовая слепота и остаточные изображения обычно появляются в оппозиционных парах (красный-зеленый, синий-оранжевый, желтый-фиолетовый и черный-белый). В конечном итоге эти две теории были синтезированы в 1957 году Гурвичем и Джеймсоном, которые показали, что ретинальная обработка соответствует трихроматической теории, в то время как обработка на уровне латерального коленчатого ядра соответствует оппонентной теории. [7]
В 1931 году международная группа экспертов, известная как Международная комиссия по освещению ( CIE ), разработала математическую цветовую модель, которая отображала пространство наблюдаемых цветов и присваивала каждому из них набор из трех чисел.
Способность человеческого глаза различать цвета основана на различной чувствительности различных клеток сетчатки к свету с различной длиной волны . Люди трихроматичны — сетчатка содержит три типа цветовых рецепторных клеток, или колбочек . Один тип, относительно отличный от двух других, наиболее чувствителен к свету, который воспринимается как синий или сине-фиолетовый, с длиной волны около 450 нм ; колбочки этого типа иногда называют коротковолновыми колбочками или S-колбочками (или, что ошибочно, синими колбочками ). Два других типа тесно связаны генетически и химически: колбочки средней длины волны , M-колбочки , или зеленые колбочки , наиболее чувствительны к свету, воспринимаемому как зеленый, с длиной волны около 540 нм, в то время как длинноволновые колбочки , L-колбочки , или красные колбочки , наиболее чувствительны к свету, воспринимаемому как зеленовато-желтый, с длиной волны около 570 нм.
Свет, независимо от того, насколько сложен его состав длин волн, сводится глазом к трем цветовым компонентам. Каждый тип колбочек придерживается принципа унивариантности , который заключается в том, что выход каждой колбочки определяется количеством света, которое падает на нее на всех длинах волн. Для каждого местоположения в поле зрения три типа колбочек выдают три сигнала в зависимости от степени стимуляции каждого из них. Эти величины стимуляции иногда называют трехстимульными значениями . [8]
Кривая отклика как функция длины волны различается для каждого типа колбочек. Поскольку кривые перекрываются, некоторые трехцветные значения не возникают ни для одной комбинации входящего света. Например, невозможно стимулировать только средневолновые (так называемые «зеленые») колбочки; другие колбочки неизбежно будут стимулироваться в той или иной степени в то же время. Набор всех возможных трехцветных значений определяет цветовое пространство человека . Было подсчитано, что люди могут различать примерно 10 миллионов различных цветов. [9]
Другой тип светочувствительных клеток в глазу, палочка , имеет другую кривую реакции. В обычных ситуациях, когда свет достаточно яркий, чтобы сильно стимулировать колбочки, палочки практически не играют никакой роли в зрении. [10] С другой стороны, при тусклом свете колбочки недостаточно стимулируются, оставляя только сигнал от палочек, что приводит к бесцветной реакции (более того, палочки едва чувствительны к свету в «красном» диапазоне). В определенных условиях промежуточного освещения реакция палочек и слабая реакция колбочек могут вместе приводить к цветовым различиям, не объясняемым только реакциями колбочек. Эти эффекты, объединенные, также суммируются в кривой Круитгофа , которая описывает изменение восприятия цвета и приятности света в зависимости от температуры и интенсивности.
В то время как механизмы цветового зрения на уровне сетчатки хорошо описаны в терминах трехстимульных значений, обработка цвета после этой точки организована по-другому. Доминирующая теория цветового зрения предполагает, что цветовая информация передается из глаза тремя оппонентными процессами , или оппонентными каналами, каждый из которых построен из необработанного выхода колбочек: красно-зеленый канал, сине-желтый канал и черно-белый канал «яркости». Эта теория была поддержана нейробиологией и учитывает структуру нашего субъективного цветового опыта. В частности, она объясняет, почему люди не могут воспринимать «красновато-зеленый» или «желтовато-синий», и предсказывает цветовой круг : это набор цветов, для которых по крайней мере один из двух цветовых каналов измеряет значение на одном из своих крайних значений.
Точная природа восприятия цвета за пределами уже описанной обработки, и, в действительности, статус цвета как свойства воспринимаемого мира или, скорее, как свойства нашего восприятия мира — типа квалиа — является предметом сложного и продолжающегося философского спора. [ необходима цитата ]
Из пятен V1 цветовая информация отправляется в клетки второй зрительной области, V2. Клетки в V2, которые наиболее сильно настроены на цвет, сгруппированы в «тонкие полоски», которые, как и пятна в V1, окрашиваются ферментом цитохромоксидазой (тонкие полоски разделяются промежуточными и толстыми полосками, которые, по-видимому, связаны с другой визуальной информацией, такой как движение и форма с высоким разрешением). Затем нейроны в V2 синапсируют с клетками в расширенной V4. Эта область включает не только V4, но и две другие области в задней нижней височной коре, кпереди от области V3, дорсальную заднюю нижнюю височную кору и заднюю TEO. [11] [12] Первоначально Семир Зеки предположил, что область V4 предназначена исключительно для цвета, [13] и позже он показал, что V4 можно подразделить на подобласти с очень высокой концентрацией цветных клеток, отделенных друг от друга зонами с более низкой концентрацией таких клеток, хотя даже последние клетки лучше реагируют на некоторые длины волн, чем на другие, [14] открытие, подтвержденное последующими исследованиями. [11] [15] [16] Наличие в V4 ориентационно-избирательных клеток привело к мнению, что V4 участвует в обработке как цвета, так и формы, связанной с цветом [17] , но стоит отметить, что ориентационно-избирательные клетки в V4 настроены более широко, чем их аналоги в V1, V2 и V3. [14] Обработка цвета в расширенной V4 происходит в цветовых модулях размером с миллиметр, называемых шарами . [11] [12] Это часть мозга, в которой цвет сначала обрабатывается в полный спектр оттенков, обнаруженных в цветовом пространстве . [18] [11] [12]
Дефицит цветового зрения приводит к тому, что человек воспринимает меньшую гамму цветов, чем стандартный наблюдатель с нормальным цветовым зрением. Эффект может быть легким, имея более низкое «цветовое разрешение» (т. е. аномальная трихромазия ), умеренным, отсутствующим целое измерение или канал цвета (т. е. дихромазия ), или полным, отсутствующим все цветовое восприятие (т. е. монохромазия ). Большинство форм дальтонизма возникают из-за того, что один или несколько из трех классов колбочек либо отсутствуют, либо имеют смещенную спектральную чувствительность , либо имеют более низкую чувствительность к входящему свету. Кроме того, церебральная ахроматопсия вызвана нейронными аномалиями в тех частях мозга, где происходит визуальная обработка.
Некоторые цвета, которые кажутся различимыми человеку с нормальным цветовым зрением, будут казаться метамерными дальтонику. Наиболее распространенной формой дальтонизма является врожденная красно-зеленая цветовая слепота , поражающая ~8% мужчин. Люди с самой сильной формой этого состояния ( дихроматией ) будут воспринимать синий и фиолетовый, зеленый и желтый, бирюзовый и серый как цвета путаницы, т. е. метамеры. [19]
За исключением людей, которые в основном трихроматичны (имеют три типа колбочек), большинство млекопитающих являются дихроматичными, обладающими только двумя колбочками. Однако, за исключением млекопитающих, большинство позвоночных являются тетрахроматичными , имеющими четыре типа колбочек. Это включает в себя большинство птиц , [20] [21] [22] рептилий , амфибий и костистых рыб . [23] [24] Дополнительное измерение цветового зрения означает, что эти позвоночные могут видеть два различных цвета, которые нормальный человек воспринял бы как метамеры . Некоторые беспозвоночные, такие как рак-богомол , имеют еще большее количество колбочек (12), что может привести к более богатой цветовой гамме , чем даже может себе представить человек.
Существование человеческих тетрахроматов является спорным понятием. Примерно половина всех женщин имеют 4 различных класса колбочек , которые могут обеспечивать тетрахроматию. [25] Однако следует провести различие между ретинальными (или слабыми ) тетрахроматами , которые выражают четыре класса колбочек в сетчатке, и функциональными (или сильными ) тетрахроматами , которые способны к улучшенному различению цветов, ожидаемому от тетрахроматов. Фактически, существует только один рецензируемый отчет о функциональном тетрахромате. [26] Подсчитано, что в то время как среднестатистический человек способен видеть один миллион цветов, кто-то с функциональной тетрахроматией может видеть сто миллионов цветов. [27]
В некоторых формах синестезии восприятие букв и цифр ( графемно-цветовая синестезия ) или прослушивание звуков ( хроместезия ) вызывает восприятие цвета. Поведенческие и функциональные эксперименты по нейровизуализации продемонстрировали, что эти цветовые ощущения приводят к изменениям в поведенческих задачах и приводят к повышенной активации областей мозга, участвующих в восприятии цвета, тем самым демонстрируя их реальность и сходство с реальными цветовыми восприятиями, хотя и вызванными нестандартным путем. Синестезия может возникать генетически, при этом у 4% населения есть варианты, связанные с этим состоянием. Известно также, что синестезия возникает при повреждении мозга, приеме наркотиков и сенсорной депривации. [28]
Философ Пифагор испытал синестезию и предоставил одно из первых письменных описаний этого состояния примерно в 550 году до нашей эры. Он создал математические уравнения для музыкальных нот, которые могли составлять часть шкалы, например, октавы. [29]
После воздействия сильного света в диапазоне их чувствительности фоторецепторы данного типа становятся десенсибилизированными. [30] [31] В течение нескольких секунд после прекращения света они будут продолжать сигнализировать менее сильно, чем в противном случае. Цвета, наблюдаемые в течение этого периода, будут казаться лишенными цветового компонента, обнаруженного десенсибилизированными фоторецепторами. Этот эффект отвечает за явление остаточных изображений , при котором глаз может продолжать видеть яркую фигуру после того, как отвел от нее взгляд, но в дополнительном цвете . Эффекты остаточных изображений также использовались художниками, включая Винсента Ван Гога .
Когда художник использует ограниченную цветовую палитру , человеческая зрительная система имеет тенденцию компенсировать это, воспринимая любой серый или нейтральный цвет как цвет, отсутствующий в цветовом круге. Например, в ограниченной палитре, состоящей из красного, желтого, черного и белого, смесь желтого и черного будет выглядеть как разновидность зеленого, смесь красного и черного будет выглядеть как разновидность фиолетового, а чистый серый будет выглядеть как голубоватый. [32]
Трихроматическая теория строго верна, когда зрительная система находится в фиксированном состоянии адаптации. [33] В действительности зрительная система постоянно адаптируется к изменениям в окружающей среде и сравнивает различные цвета в сцене, чтобы уменьшить эффекты освещения. Если сцена освещена одним светом, а затем другим, то до тех пор, пока разница между источниками света остается в разумных пределах, цвета в сцене кажутся нам относительно постоянными. Это было изучено Эдвином Х. Лэндом в 1970-х годах и привело к его теории постоянства цвета ретинекса . [34] [35]
Оба явления легко объясняются и математически моделируются с помощью современных теорий хроматической адаптации и цветового восприятия (например, CIECAM02 , iCAM). [36] Нет необходимости отвергать трихроматическую теорию зрения, но ее можно улучшить, поняв, как зрительная система адаптируется к изменениям в среде просмотра.
Цветопередача — это наука о создании цветов для человеческого глаза, которые точно представляют желаемый цвет. Она фокусируется на том, как построить спектр длин волн, который наилучшим образом вызовет определенный цвет у наблюдателя. Большинство цветов не являются спектральными цветами, то есть они являются смесями различных длин волн света. Однако эти неспектральные цвета часто описываются их доминирующей длиной волны , которая определяет единственную длину волны света, которая производит ощущение, наиболее похожее на неспектральный цвет. Доминирующая длина волны примерно похожа на оттенок .
Существует множество цветовых восприятий, которые по определению не могут быть чистыми спектральными цветами из-за ненасыщенности или потому, что они являются пурпурными (смесями красного и фиолетового света с противоположных концов спектра). Некоторые примеры обязательно неспектральных цветов — это ахроматические цвета ( черный , серый и белый ) и такие цвета, как розовый , желтовато-коричневый и пурпурный .
Два разных спектра света, которые оказывают одинаковое воздействие на три цветовых рецептора человеческого глаза, будут восприниматься как один и тот же цвет. Они являются метамерами этого цвета. Это иллюстрируется белым светом, излучаемым люминесцентными лампами, который обычно имеет спектр из нескольких узких полос, в то время как дневной свет имеет непрерывный спектр. Человеческий глаз не может различить такие спектры света, просто глядя на источник света, хотя индекс цветопередачи каждого источника света может влиять на цвет объектов, освещенных этими метамерными источниками света.
Аналогично, большинство человеческих цветовых восприятий может быть создано смесью трех цветов, называемых основными . Это используется для воспроизведения цветовых сцен в фотографии, печати, телевидении и других средствах массовой информации. Существует ряд методов или цветовых пространств для указания цвета в терминах трех конкретных основных цветов . Каждый метод имеет свои преимущества и недостатки в зависимости от конкретного применения.
Однако ни одна смесь цветов не может дать ответ, действительно идентичный спектральному цвету, хотя можно приблизиться к нему, особенно для более длинных волн, где диаграмма цветности цветового пространства CIE 1931 имеет почти прямой край. Например, смешивание зеленого света (530 нм) и синего света (460 нм) дает голубой свет, который слегка ненасыщен, потому что реакция рецептора красного цвета будет больше на зеленый и синий свет в смеси, чем на чистый голубой свет на 485 нм, который имеет ту же интенсивность, что и смесь синего и зеленого.
Из-за этого, а также из-за того, что основные цвета в системах цветной печати обычно не являются чистыми, воспроизводимые цвета никогда не являются идеально насыщенными спектральными цветами, и поэтому спектральные цвета не могут быть точно сопоставлены. Однако естественные сцены редко содержат полностью насыщенные цвета, поэтому такие сцены обычно могут быть хорошо аппроксимированы этими системами. Диапазон цветов, которые могут быть воспроизведены с помощью данной системы воспроизведения цвета, называется гаммой . Диаграмма цветности CIE может использоваться для описания гаммы.
Другая проблема систем цветопередачи связана с первоначальным измерением цвета, или колориметрией . Характеристики цветовых датчиков в измерительных приборах (например, камерах, сканерах) часто очень далеки от характеристик рецепторов человеческого глаза.
Система цветовоспроизведения, «настроенная» на человека с нормальным цветовым зрением, может давать очень неточные результаты для других наблюдателей, в зависимости от отклонений цветового зрения у стандартного наблюдателя.
Различная цветовая реакция различных устройств может быть проблематичной, если ею не управлять должным образом. Для цветовой информации, хранящейся и передаваемой в цифровой форме, методы управления цветом , такие как основанные на профилях ICC , могут помочь избежать искажений воспроизводимых цветов. Управление цветом не обходит ограничения гаммы конкретных выходных устройств, но может помочь в поиске хорошего сопоставления входных цветов с гаммой, которую можно воспроизвести.
Аддитивный цвет — это свет, созданный путем смешивания света двух или более разных цветов. [37] [38] Красный , зеленый и синий — это аддитивные основные цвета, обычно используемые в аддитивных цветовых системах, таких как проекторы, телевизоры и компьютерные терминалы.
Субтрактивное окрашивание использует красители, чернила, пигменты или фильтры для поглощения некоторых длин волн света и не поглощает другие. [39] Цвет, который отображает поверхность, исходит из частей видимого спектра, которые не поглощаются и, следовательно, остаются видимыми. Без пигментов или красителей волокна ткани, основа краски и бумага обычно состоят из частиц, которые хорошо рассеивают белый свет (все цвета) во всех направлениях. Когда добавляется пигмент или чернила, длины волн поглощаются или «вычитаются» из белого света, поэтому свет другого цвета достигает глаза.
Если свет не является чисто белым источником (случай почти всех форм искусственного освещения), результирующий спектр будет казаться немного другим цветом. Красная краска, рассматриваемая под синим светом, может казаться черной . Красная краска красная, потому что она рассеивает только красные компоненты спектра. Если красная краска освещается синим светом, она будет поглощена красной краской, создавая видимость черного объекта.
Субтрактивная модель также предсказывает цвет, полученный в результате смешивания красок или аналогичной среды, такой как краситель для ткани, нанесенный слоями или смешанный перед нанесением. В случае краски, смешанной перед нанесением, падающий свет взаимодействует со многими различными частицами пигмента на разных глубинах внутри слоя краски, прежде чем появиться. [40]
Структурные цвета — это цвета, вызванные эффектами интерференции, а не пигментами. Цветовые эффекты возникают, когда материал покрывается тонкими параллельными линиями, формируется из одного или нескольких параллельных тонких слоев или иным образом состоит из микроструктур в масштабе длины волны цвета . Если микроструктуры расположены случайным образом, свет с более короткими длинами волн будет рассеиваться преимущественно, создавая цвета эффекта Тиндаля : синева неба (рэлеевское рассеяние, вызванное структурами, намного меньшими, чем длина волны света, в данном случае молекулами воздуха), блеск опалов и синева радужной оболочки глаз человека. Если микроструктуры выровнены в массивы, например, массив ямок в компакт-диске, они ведут себя как дифракционная решетка : решетка отражает разные длины волн в разных направлениях из-за явлений интерференции , разделяя смешанный «белый» свет на свет с разными длинами волн. Если структура представляет собой один или несколько тонких слоев, то она будет отражать одни длины волн и пропускать другие, в зависимости от толщины слоев.
Структурный цвет изучается в области тонкопленочной оптики . Наиболее упорядоченными или наиболее изменчивыми структурными цветами являются радужные . Структурный цвет отвечает за синие и зеленые оттенки перьев многих птиц (например, голубой сойки), а также крыльев некоторых бабочек и панцирей жуков. Изменения в расстоянии между узорами часто приводят к радужному эффекту, как это видно на перьях павлина , мыльных пузырях , пленках масла и перламутре , поскольку отраженный цвет зависит от угла обзора. Многочисленные ученые проводили исследования крыльев бабочек и панцирей жуков, включая Исаака Ньютона и Роберта Гука. С 1942 года использовалась электронная микроскопия , продвигая разработку продуктов, которые используют структурный цвет, таких как « фотонная » косметика. [41]
Гамма цветового зрения человека ограничена оптимальными цветами. Это наиболее хроматические цвета, которые способен видеть человек .
Спектр излучения или отражения цвета — это количество света каждой длины волны, которое он испускает или отражает, пропорционально заданному максимуму, который имеет значение 1 (100%). Если спектр излучения или отражения цвета равен 0 (0%) или 1 (100%) по всему видимому спектру, и он имеет не более двух переходов между 0 и 1 или 1 и 0, то это оптимальный цвет. При текущем состоянии технологий мы не можем производить какой-либо материал или пигмент с этими свойствами. [42]
Таким образом, возможны четыре типа спектров «оптимального цвета»: в первом случае переход идет от 0 на обоих концах спектра к 1 в середине, как показано на изображении справа. Во втором случае он идет от 1 на концах к 0 в середине. В третьем случае он начинается с 1 на красном конце спектра и меняется на 0 на заданной длине волны. В четвертом случае он начинается с 0 на красном конце спектра и меняется на 1 на заданной длине волны. Первый тип создает цвета, которые похожи на спектральные цвета и примерно соответствуют подковообразной части диаграммы цветности CIE xy ( спектральное место ), но, как правило, более хроматичны , хотя и менее спектрально чисты. Второй тип создает цвета, которые похожи (но, как правило, более хроматичны и менее спектрально чисты, чем) на цвета на прямой линии диаграммы цветности CIE xy (« линия пурпурных цветов »), что приводит к цветам, похожим на пурпурный или пурпурный . Третий тип производит цвета, расположенные в «теплом» остром крае оптимального цветового тела (это будет объяснено далее в статье). Четвертый тип производит цвета, расположенные в «холодном» остром крае оптимального цветового тела.
Оптимальная цветовая масса , цветовая масса Рёша– МакАдама или просто видимая гамма — это тип цветовой массы, которая содержит все цвета, которые способен видеть человек . Оптимальная цветовая масса ограничена набором всех оптимальных цветов. [44]
В оптимальных цветовых сплошных цветах цвета видимого спектра теоретически являются черными, потому что их спектр излучения или отражения равен 1 (100%) только в одной длине волны и 0 во всех других бесконечных видимых длинах волн, которые существуют, что означает, что они имеют светлоту 0 по отношению к белому, а также будут иметь 0 цветности, но, конечно, 100% спектральной чистоты. Короче говоря: в оптимальных цветовых сплошных цветах спектральные цвета эквивалентны черному (0% светлоты, 0 цветности), но имеют полную спектральную чистоту (они расположены в подковообразном спектральном локусе хроматической диаграммы). [43]
В линейных цветовых пространствах, содержащих все цвета, видимые человеком, таких как LMS или CIE 1931 XYZ , набор полупрямых, начинающихся в начале координат (черный, (0, 0, 0)) и проходящих через все точки, представляющие цвета видимого спектра, и часть плоскости, проходящей через фиолетовую полупрямую и красную полупрямую (оба конца видимого спектра), образуют «конус спектра». Черная точка (координаты (0, 0, 0)) оптимального цветового тела (и только черная точка) касается «конуса спектра», а белая точка (1, 1, 1) (только белая точка) касается «конуса перевернутого спектра», при этом «конус перевернутого спектра» симметричен « конусу спектра» относительно средней серой точки (0,5, 0,5, 0,5). Это означает, что в линейных цветовых пространствах оптимальное цветовое тело центрально симметрично. [43]
В большинстве цветовых пространств поверхность оптимального цветового тела гладкая, за исключением двух точек (черного и белого); и двух резких краев: « теплый » край, который идет от черного к красному , оранжевому , желтому , белому; и « холодный » край, который идет от черного к темно- фиолетовому , синему , голубому , белому . Это происходит из-за следующего: если часть спектра излучения или отражения цвета является спектрально-красным (который находится на одном конце спектра), он будет виден как черный. Если размер части общего излучения или отражения увеличивается, теперь охватывая от красного конца спектра до длин волн желтого цвета, он будет виден как красный или оранжевый. Если часть расширяется больше, охватывая длины волн зеленого цвета, он будет виден как желтый. Если он расширяется еще больше, он будет охватывать больше длин волн, чем желтый полухром , приближаясь к белому, пока не будет достигнут, когда будет испущен или отражен полный спектр. Описанный процесс называется «кумуляция». Кумуляция может начаться на любом конце видимого спектра (мы только что описали кумуляцию, начинающуюся с красного конца спектра, создающую «теплый» острый край), кумуляция, начинающаяся с фиолетового конца спектра, создаст «холодный» острый край. [43]
Каждый оттенок имеет максимальный цвет насыщенности, также известный как точка максимальной насыщенности, полухром или полный цвет; нет цветов этого оттенка с более высокой насыщенностью. Это самые хроматические, яркие оптимальные цвета (и, следовательно, самые яркие цвета, которые мы можем видеть). Хотя мы, на данный момент, не можем их воспроизвести, это цвета, которые были бы расположены в идеальном цветовом круге. Они были названы полухромами или полными цветами немецким химиком и философом Вильгельмом Оствальдом в начале 20-го века. [43] [45]
Если B — это дополнительная длина волны длины волны A, то прямая линия, соединяющая A и B, проходит через ахроматическую ось в линейном цветовом пространстве, таком как LMS или CIE 1931 XYZ. Если спектр излучения или отражения цвета равен 1 (100%) для всех длин волн между A и B и 0 для всех длин волн в другой половине цветового пространства, то этот цвет является цветом максимальной цветности, полухромом или полным цветом (это объяснение того, почему их назвали полухромами ). Таким образом, цвета максимальной цветности являются типом оптимальных цветов. [43] [45]
Как объяснялось, полные цвета физически (не перцептивно) далеки от спектральных цветов. Если спектральная чистота максимального цвета цветности увеличивается, его цветность уменьшается, поскольку он приближается к видимому спектру, следовательно, он приближается к черному. [43]
В перцептуально однородных цветовых пространствах светлота полных цветов варьируется от примерно 30% в фиолетово- синих оттенках до примерно 90% в желтоватых оттенках. Цветность каждой максимальной точки цветности также варьируется в зависимости от оттенка; в оптимальных цветовых сплошных тонах, нанесенных на график в перцептуально однородных цветовых пространствах, полухромы, такие как красный , зеленый , синий , фиолетовый и пурпурный , имеют высокую цветность, в то время как полухромы, такие как желтый , оранжевый и голубой , имеют немного более низкую цветность.
В цветовых пространствах, таких как цветовое пространство HSL , максимальные цвета цветности расположены вокруг экватора на периферии цветового тела . Это делает цветовые тела сферической формы по своей сути неперцептуально однородными , поскольку они подразумевают, что все полные цвета имеют светлоту 50%, когда, как их воспринимают люди, существуют полные цвета со светлотой от около 30% до около 90%. Перцептуально однородное цветовое тело имеет неправильную форму. [46] [47]
Значения и ассоциации цветов могут играть важную роль в произведениях искусства, включая литературу. [48]
Отдельные цвета имеют множество культурных ассоциаций, таких как национальные цвета (в целом описанные в статьях об отдельных цветах и цветовой символике ). Область психологии цвета пытается определить влияние цвета на эмоции и деятельность человека. Хромотерапия — это форма альтернативной медицины, приписываемая различным восточным традициям. Цвета имеют разные ассоциации в разных странах и культурах. [49]
Было показано, что различные цвета оказывают влияние на когнитивные функции. Например, исследователи из Университета Линца в Австрии продемонстрировали, что красный цвет значительно снижает когнитивные функции у мужчин. [50] Сочетание красного и желтого цветов может вызывать голод, на чем и наживаются многие сетевые рестораны. [51]
Цвет также играет роль в развитии памяти. Черно-белая фотография немного менее запоминаема, чем цветная. [52] Исследования также показывают, что ношение одежды ярких цветов делает вас более запоминаемым для людей, с которыми вы встречаетесь.
Цвета различаются несколькими способами, включая оттенок (оттенки красного , оранжевого , желтого , зеленого , синего и фиолетового и т. д.), насыщенность , яркость . Некоторые цветовые слова происходят от названия объекта этого цвета, например, « оранжевый » или « лососевый », в то время как другие являются абстрактными, например, «красный».
В исследовании 1969 года « Основные цветовые термины : их универсальность и эволюция » Брент Берлин и Пол Кей описывают закономерность в наименовании «основных» цветов (например, «красный», но не «красно-оранжевый», «темно-красный» или «кроваво-красный», которые являются «оттенками» красного). Все языки, имеющие два «основных» названия цветов, различают темные/холодные цвета от ярких/теплых. Следующими цветами, которые следует различать, обычно являются красный, а затем желтый или зеленый. Все языки с шестью «основными» цветами включают черный, белый, красный, зеленый, синий и желтый. Закономерность охватывает набор из двенадцати цветов: черный, серый, белый, розовый, красный, оранжевый, желтый, зеленый, синий, фиолетовый, коричневый и лазурный (отличается от синего в русском и итальянском языках , но не в английском).
Некоторые цвета объективно необычны или особенны. Например, аурипигмент был пигментом, который использовали художники в 16 веке, но теперь он считается опасным из-за мышьяка. Сонолюминесценция — это сине-фиолетовый цвет, создаваемый энергией звуковых волн от крошечных пузырьков в экстремальных экспериментальных условиях, и была открыта в 1934 году. [53]
{{cite web}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )Таким образом, законы субтрактивного смешения цветов, которые успешно описывают, как свет изменяется неспектральными фильтрами, также описывают, как свет изменяется пигментами.
