предыдущая главасодержаниеследующая глава

Физика цвета

Монохроматические излучения и спектральные цвета. Если поток солнечного света падает на грань зеркала, то в отраженном блике мы видим множество разноцветных полос - это спектр солнечного света. С помощью узкой щели можно выделить из спектра одноцветные, т. е. монохроматические излучения. Цвета монохроматических излучений, выделенных при разложении света в спектр, называются спектральными.

Сам факт разложения пучка солнечного света на ряд монохроматических излучений указывает на то, что свет, исходящий от источника, и свет, отраженный от какого-либо не светящегося предмета, обладает сложным спектральным составом.

Монохроматические излучения, согласно волновой теории света, являются электромагнитными волнами, такими, как радиоволны и телевизионные волны, но со значительно меньшей длиной волны (от 400 до 720 нм).

В табл. 1 приведены длины волн монохроматических излучений для ряда спектральных цветов и границы спектральных зон, которые примерно соответствуют длинам волн.

Таблица 1. Длины волн монохроматических излучений
Таблица 1. Длины волн монохроматических излучений

Измерения спектрального состава лучистого потока сводятся к определению энергии составляющих его монохроматических излучений. Эти измерения производят через 10 нм, а в некоторых случаях для большей точности - через 5 нм. Чаще измеряют не абсолютные значения энергии, а относительный спектральный состав излучений, отражаемых непрозрачными и пропускаемых прозрачными предметами, например светофильтрами.

Зональные излучения и цветная денситометрия. В спектре солнечного света, так же как в радуге, мы отчетливо видим сине-фиолетовую, зеленую и красную полосы и между ними сравнительно небольшие по ширине переходные участки сине-голубых и желто-красных цветов. Эти узкие участки позволяют разделять весь спектр на три зоны: синюю, зеленую и красную. Таким образом, спектральный состав излучений можно представить приближенно тремя зональными излучениями, которые имеют равномерное распределение энергии во всей зоне, составляющей треть спектра. Для количественного определения относительного спектрального состава излучения гремя числами, соответствующими синему, зеленому и красному излучениям, применяют цветные денситометры.

В цветных денситометрах последовательно измеряют лучистые потоки, отраженные или прошедшие через измеряемые участки изображения, а затем через синий, зеленый и красный светофильтры. Чтобы результат измерений был прямо пропорциональным изменению концен-грации красящего вещества, результаты измерений выражают оптическими плотностями.

Величина оптической плотности определяется десятичным логарифмом обратного значения коэффициента отражения (или пропускания).

Коэффициент отражения-отношение лучистого потока, отраженного от цветной детали, к потоку, отраженному от эталона абсолютно белого тела (например, баритовой пластинки).

Коэффициент пропускания прозрачного объекта - отношение лучистого потока, прошедшего через цветной участок, к потоку, не ослабленному этим участком.

При уменьшении количества отраженного света в два раза оптическая плотность уменьшается на 0,3 единицы. Одна единица оптической плотности соответствует 1/10 отраженного света. Коэффициент отражения зеленых и красных излучений кожи лица составляет примерно 25%, что соответствует оптической плотности 0,6. Поглощение синего света кожей лица примерно в два раза больше, поэтому значение оптической плотности в синей зоне достигает 0,9.

Преимущество использования логарифмированных значений состоит в том, что реакция зрительного анализатора прямо пропорциональна именно логарифмированным значениям коэффициента отражения (или пропускания). Если значение оптической плотности возрастает в два раза, светлота уменьшается тоже приблизительно в два раза. Следовательно, денситометрические измерения за тремя светофильтрами соответствуют процессу зрительного восприятия, а величина оптической плотности - изменению светлоты.

Основные цвета аддитивного синтеза. Существует много способов создания цветных изображений, но все они подразделяются на две группы: к первой относятся способы, основанные на аддитивном синтезе цвета (цветное телевидение, линзо-растровые фотопленки), ко второй-способы, основанные на субтрактивном синтезе (цветная фотография на многослойных цветных пленках).

Аддитивный синтез цвета-процесс получения множества цветов смешением разноцветных излучений. На ил. 4 показаны примеры аддитивного синтеза.

Экспериментально установлено, что почти все реальные цвета можно получить смешением трех излучений: синего, зеленого и красного.

Цвета трех излучений, смешением (сложением) которых можно получить все другие, называются основными цветами аддитивного синтеза. Такими основными цветами являются синий, зеленый и красный. Каждый из них не может быть получен смешением двух других, поэтому их называют линейно независимыми. Чтобы в изображении получить возможно большее количество цветов, основные излучения синего, зеленого и красного цветов должны быть возможно более насыщенными. Наибольший цветовой охват получается при использовании в качестве основных излучений трех монохроматических. Однако практически не требуется воспроизводить цвета, близкие по насыщенности к спектральным, так как они в обычных объектах не встречаются. А для более точного воспроизведения часто встречающихся не сильно насыщенных цветов удобнее в качестве основных излучений аддитивного синтеза использовать менее насыщенные по цвету излучения, чем монохроматические.

Ил. 4. Аддитивный синтез цвета: а-смешением излучений, прошедших через цветные светофильтры; б-смешением излучений при быстром вращении раскрашенного диска; в-на экране цветного телевизора
Ил. 4. Аддитивный синтез цвета: а-смешением излучений, прошедших через цветные светофильтры; б-смешением излучений при быстром вращении раскрашенного диска; в-на экране цветного телевизора

Основные цвета аддитивного синтеза иногда называют первичными.

Важно запомнить, что все три основных излучения, смешанные в некоторых максимальных количествах, дают излучение белого цвета, а смешанные в пропорционально уменьшенных количествах - серые цвета основного теневого ряда.

При смешении синих излучений с красными получаются излучения пурпурных цветов. Красные излучения в смеси с зелеными образуют желтые цвета, которые соответствуют переходному спектральному участку между зелеными и красными излучениями. Зеленые излучения в смеси с синим дают голубые (сине-зеленые) цвета, которые располагаются в переходном участке между зелеными и синими зональными излучениями.

В заключение заметим, что аддитивный синтез может быть одновременным, когда все три основных излучения одновременно накладываются одно на другое; такой синтез используют при измерениях цвета.

Одновременный цветовойсинтез может быть осуществлен (как показано на ил. 4,а) с помощью трех диапроекторов, перед которыми установлены светофильтры: синий, зеленый, красный. Последовательный аддитивный синтез осуществляют с помощью вертушки (см. ил. 4,6), различные по площади секторы которой окрашены в основные цвета. При быстром вращении такой вертушки мы видим цвет "суммы" трех основных излучений, смешанных в пропорции, определенной площадью разноокрашенных секторов. На ил. 4,в показан третий тип аддитивного синтеза, который осуществляется в цветном телевидении. Этот тип цветового синтеза называется пространственно-последовательным, так как синий, зеленый и красный люминофоры на экране телевизора зажигаются не одновременно, а последовательно со скоростью движения электронного пучка по строке растровой сетки экрана. Причем размеры разноцветных элементов экрана настолько малы, что мы их пространственно не различаем.

Основные цвета субтрактивного синтеза. Субтрактивный способ получения цветов известен каждому. Смешивая краски в разных пропорциях и разводя их водой, можно получить всевозможные цвета.

Субтрактивный синтез - способ получения цветов смешением красок или наложением красочных слоев один на другой.

На ил. 5, а и б показано, как с помощью разноцветных светофильтров желтого, пурпурного и голубого цвета можно субтрактивным синтезом получить основные - синий, зеленый и красный цвета, а при наложении красного светофильтра на синий и зеленый получается черный цвет. На ил. 5, в показано, как с изменением концентрации желтой, пурпурной и голубой красок осуществляется переход основных цветов субтрактивного синтеза к основным цветам аддитивного синтеза.

Субтрактивный синтез подразумевает получение цветов "вычитанием" излучений, в то время как аддитивный синтез - это сложение основных излучений.

Субтрактивный синтез получается по способу сложения трех однокрасочных изображений из желтого, пурпурного и голубого красителей (см. ил. 5, в). Поэтому цвета этих красителей называют основными цветами субтрактивного синтеза. При прохождении "белого" света через сложенные вместе однокрасочные изображения ими поочередно ослабляются синие, зеленые и красные излучения.

Желтый краситель поглощает синие излучения. Поэтому, чем больше концентрация желтого красителя, тем сильнее ослабляется синий свет. Желтый цвет максимальной насыщенности получается при наибольшем поглощении синих излучений. Можно сказать, что желтый - это "белый минус синий".

Пурпурный краситель поглощает зеленые излучения. Чем больше пурпурного красителя, тем больше вычитается из падающего света зеленых излучений. Пурпурный - это "белый минус зеленый". Если концентрация пурпурного красителя в слое невелика, то зеленого вычитается немного и цвет выглядит малонасыщенным, т. е. бледно-розовым.

Голубой краситель поглощает красные излучения. Чем больше голубого красителя на однокрасочном изображении, тем сильнее поглощаются красные излучения. Голубой - это "белый минус красный".

Многообразие цветов, получаемых при разных сочетаниях трех основных цветов субтрактивного синтеза, иллюстрируется шкалами цветового охвата.

На ил. 6 показаны шкалы цветового охвата, сделанные на фотопленке, обработанной с обращением, путем поочередной печати на нее серых шкал (а) через зеленый, красный и синий светофильтры. Соответственно в светочувствительных слоях получаются пурпурное, голубое и желтое окрашенные изображения (б). В результате сложения этих однокрасочных изображений получается множество цветов (в).

Ил. 5. Субтрактивный синтез цвета: а-образование цветов при сложении светофильтров: б-схемы образования цвета при наложении окрашенных слоев на фотобумагу (слева) и светофильтры (справа): в-шкала плавноизменяющихся цветовых тонов
Ил. 5. Субтрактивный синтез цвета: а-образование цветов при сложении светофильтров: б-схемы образования цвета при наложении окрашенных слоев на фотобумагу (слева) и светофильтры (справа): в-шкала плавноизменяющихся цветовых тонов

Субтрактивный синтез в большинстве случаев таков, как на ил. 6,- трехкрасочный. В то же время существуют двухкрасочные и четырехкрасочные варианты. Например, в двухкрасочных процессах субтрактивный синтез осуществляется двумя красками: сине-голубой и оранжевой.

В полиграфии чаще используют четыре краски: желтую, пурпурную, голубую и черную. Существуют и более многокрасочные способы, но все они в конце концов сводятся к преимущественному вычитанию из белого синего, зеленого и красного излучений, т. е. трех основных излучений аддитивного синтеза.

Ил. 6. Шкалы цветного обхвата
Ил. 6. Шкалы цветного обхвата

Для характеристики разноцветных образцов используют , показывающие поглощение синего, зеленого и красного света этими образцами. Оптические плотности, полученные в результате этих излучений за синим, зеленым и красным светофильтрами, называют цветоделенными. Эти величины пропорциональны концентрациям красок субтрактивного синтеза. Например, увеличение оптической плотности в синей зоне спектра обусловлено увеличением концентрации желтого красителя.

Используя значения цветоделенных оптических плотностей, цвет каждого измеренного участка можно обозначить на цветовых графиках субтрактивного синтеза. В вершинах цветового треугольника субтрактивного синтеза располагаются желтый, пурпурный и голубой цвета, которые соответствуют максимальному поглощению синего, зеленого и красного излучений. Используя такие графики, можно предвидеть те искажения, которые характерны для субтрактивного синтеза, осуществляемого в фотографическом процессе.

Цветоделительные искажения субтрактивного синтеза. Идеальными красителями субтрактивного синтеза считаются те, которые имеют спектральное поглощение только в одной зоне спектра: желтый - в синей, пурпурный - в зеленой, голубой - в красной. Реальные красители значительно отличаются от идеальных тем, что имеют побочные поглощения в других зонах спектра.

В табл. 2 приведены полезные и вредные спектральные поглощения для типичных красителей цветных фотографических пленок.

Таблица 2. Воспроизведение цвета однокрасочных составляющих оригиналов
Таблица 2. Воспроизведение цвета однокрасочных составляющих оригиналов

По данным таблицы можно видеть, что желтый краситель близок к идеальному, так как он имеет наибольшие оптические плотности в основной, синей зоне спектра и сравнительно маленькие плотности в двух других зонах.

Пурпурный краситель имеет весьма большие вредные поглощения в красной и особенно в синей зонах спектра. По сравнению с идеальным он загрязнен желтым и голубым красителями.

Голубой краситель имеет вредные поглощения в зеленой зоне спектра, поэтому выглядит не чисто голубым, а сине-голубым.

Чем больше значения вредных спектральных поглощений, тем хуже красители субтрактивного синтеза и, следовательно, больше цветоделительные искажения цветов оригинала в изображении. Вследствие побочных (вредных) спектральных поглощений (которые являются основной причиной появления цветоделительных искажений) цвета в фотографических изображениях получаются по сравнению с оригиналом более загрязненными и снижается их насыщенность. Так, пурпурные цвета воспроизводятся с недостатком пурпурного красителя, но с избытком желтого, поэтому они получаются на снимках искаженными - красно-пурпурными с пониженными насыщенностью и светлотой.

В дальнейшем мы более подробно остановимся на средствах уменьшения цветоделительных искажений. Здесь же отметим, что они неизбежны. Поэтому в фотографии возможно лишь воспроизведение определенных цветовых соотношений, а не самих цветов объектов съемки.

Приведенные в табл. 2 данные позволяют предвидеть, насколько будут искажены основные цвета субтрактивного синтеза в позитивах и диапозитивах, изготовленных на пленках с обращением. Так, желтые цвета теряют в насыщенности до 40% и при этом загрязняются пурпурным красителем на 10-15%, из-за чего приобретают оранжевый оттенок.

Сопоставляя шкалы цветового охвата и фотокопии, сделанные с них, можно увидеть, насколько изменяются цветовые соотношения в фотоснимке по сравнению с оригиналом.

Цветовая температура и спектральная характеристика источников освещения. Освещение, создаваемое несколькими источниками, так же как и цветность света любого из них могут быть характеризованы двумя способами: цветовой температурой или соотношением цветоделенных лучистых потоков (зональных излучений).

Цветовой температурой называется температура накала некоторого эталона, принятого за идеально черное тело. Она выражается в кельвинах (К). Хотя цветовая температура как показатель цветности освещения применима только к температурным источникам света, имеющим непрерывный спектр, у которого спектральный состав меняется от температуры накала светящейся поверхности, тем не менее этот показатель наиболее широко распространен.

Спектральное распределение энергии измеряемого излучения обозначается такой цветовой температурой, до которой требуется раскалить эталонное черное тело, чтобы достичь такой же цветности излучения, как и у измеряемого.

Практически цветовая температура определяется отношением цветоделейных лучистых потоков, измеренных в синей и красной зонах спектра. Заранее установленные для различных цветовых температур соотношения интенсивности синего и красного излучений дают возможность по измеренному соотношению для любого источника света определить его цветовую температуру. Измеритель цветовой температуры построен и откалиброван по этому принципу.

Измерители цветовой температуры используют в некоторых случаях для правильного выбора так называемых компенсационных светофильтров, с помощью которых меняется спектральный состав освещения. Такие светофильтры применяют, например, в тех случаях, когда в распоряжении фотографа имеется пленка, рассчитанная на освещение, создаваемое лампами накаливания, а приходится ее использовать для съемки при естественном дневном освещении или, наоборот, когда в наличии имеется пленка, предназначенная для съемки на натуре при дневном свете, а приходится ее использовать при освещении, создаваемом лампами накаливания, или на натуре в вечерние часы, когда в освещении преобладают красные излучения.

Цветные фотографические пленки выпускают в настоящее время двух типов. Первые предназначены для съемок при естественном солнечном освещении с цветовой температурой, близкой к 5500 К. Такие цветные фотопленки называют по первым буквам используемого освещения: пленками типа ДС (см. с. 169). На упаковке пленки этого типа иногда символически изображено солнце. Ко второму типу относятся пленки, предназначенные для съемок при свете ламп накаливания с цветовой температурой, близкой к 2850 К. Их называют пленками типа ЛН.

В светотехнике стандартизован ряд источников света с различной цветовой температурой. В том числе: Л-лампа накаливания 2850 К; В-средний солнечный свет 5500 К; D650 - дневной свет 6500; D750 - дневной свет 7500 К.

Свет электронной импульсной лампы близок по цветности к среднему естественному дневному освещению. Люминесцентные лампы делят на "теплые", которые создают освещение, близкое по цветности к солнечному свету, и "холодные" - те, которые создают свет, близкий к голубоватому дневному освещению.

Обычно при любительских фотосъемках нет необходимости применять компенсационные светофильтры, даже когда пленка рассчитана на средний солнечный свет с цветовой температурой 5500 К, а приходится фотографировать при другом освещении, например в пасмурные или туманные дни. Желтые или голубые компенсационные светофильтры применяют только в тех случаях, когда требуется получить технически правильное изображение, в котором не воспроизводятся цветовые сочетания, характерные для данного освещения.

В некоторых случаях при репродуцировании живописных произведений применяют также зеленые и пурпурные светофильтры. Для выбора этих светофильтров используют трехзональные фотометры, которые позволяют определить соотношение лучистых потоков во всех трех зонах спектра: синей, зеленой и красной. Однако в практике любительской фотографии трех зональные фотометры, так же как зеленые и пурпурные корректирующие светофильтры, не применяют. Это объясняется прежде всего тем, что для точной коррекции необходимо знать фактическое значение светочувствительности для каждого из трех слоев используемой цветной пленки.

предыдущая главасодержаниеследующая глава












© Istoriya-Foto.ru 2010-2019
При копировании материалов проекта обязательно ставить активную ссылку на страницу источник:
http://istoriya-foto.ru/ 'Фотоискусство'

Рейтинг@Mail.ru

Поможем с курсовой, контрольной, дипломной
1500+ квалифицированных специалистов готовы вам помочь