Зрительное восприятие цвета

Яркость. В повседневной жизни мы говорим о яркости различных по цвету деталей, а также о яркости самого освещения, оцениваемой по белым эталонам. Во всех случаях яркость-мера количества излучения, воздействующего на глаз. Монохроматические излучения, составляющие видимый спектр от 400 до 720 нм, воздействуют на глаз не одинаково. Их зрительное воздействие определяют пороговыми методами, например методом пороговых мельканий двух полей, освещенных различными измеряемыми излучениями. Этим методом было установлено, что глаз обладает наибольшей чувствительностью к зеленым излучениям, для которых требуется более быстрая смена освещенного и неосвещенного полей (чтобы не замечать мельканий), чем при освещении другими монохроматическими излучениями (красными и синими). Именно поэтому считается, что зеленые излучения обладают большей яркостью, а синие и красные меньшей.

Пороговыми методами всех монохроматических излучений определена спектральная характеристика глаза, которая называется кривой эффективной чувствительности. Эта кривая, ранее называемая кривой видности, характеризует действие монохроматических излучений на совокупность всех колбочковых и палочковых рецепторов глаза. При высокой освещенности эффективная чувствительность глаза в основном определяется колбочковыми рецепторами. С понижением освещенности доля участия палочковых рецепторов увеличивается, и кривая эффективной чувствительности меняется, а именно: максимум чувствительности смещается из зеленой в синюю зону спектра.

В светотехнике кривая эффективной чувствительности стандартизована для дневного освещения. По этой кривой осуществляется переход от энергетических величин к световым, от лучистого потока к световому.

Величина светового потока определяется мощностью всех монохроматических излучений заданного лучистого потока, уменьшенной для каждого из слагаемых в соответствии с кривой эффективной чувствительности глаза.

К световым величинам относятся кроме светового потока освещенность, яркость, количество освещения.

Освещенность определяется отношением величины светового потока к площади, на которую он падает.

Количество освещения, падающего на какую-либо поверхность, определяется произведением освещенности на время освещения.

Величина количества освещения называется также экспозицией.

Яркость характеризует плотность светового потока, попадающего в глаз от рассматриваемого участка. Величина яркости определяется отношением лучистого потока, исходящего от освещенной поверхности, к площади этой поверхности, видимой со стороны наблюдателя.

При равномерном рассеянии света во все стороны яркость участка остается неизменной при его рассматривании под любым углом.

Яркость - это объективная инструментально измеряемая характеристика излучения. Эта величина прямо пропорциональна мощности излучений. Зрительное же восприятие яркости меняется от мощности непропорционально.

Светлота. Для характеристики визуального восприятия яркости рассматриваемого участка используется субъективная характеристика цвета-светлота. Это визуальный эквивалент объективной величины - яркости. Светлота представляет собой реакцию зрительного анализатора на мощность излучения. С увеличением яркости, естественно, увеличивается и светлота, но не прямо пропорционально. Приблизительно можно считать, что светлота зависит от яркости логарифмически. Эта закономерность известна под названием закона Вебера - Фехнера, согласно которому приращение реакции зрительного анализатора прямо пропорционально относительному приращению яркости. Если яркость возрастает в геометрической прогрессии, например в два раза: 1, 2, 4, 8, 16, 32, то светлота возрастает лишь в арифметической прогрессии, т. е. на некоторую постоянную величину: 1, 2, 3, 4, 5, 6... При дневном освещении двукратному увеличению яркости соответствует увеличение светлоты примерно на восемь пороговых единиц:8, 16, 24, 32, 40, 48... Всего при дневном освещении глаз может различать до 64 пороговых приращений яркости.

Для художественного изображения исключительно важно, что логарифмический закон Вебера - Фехнера справедлив лишь в ограниченном интервале изменения яркости. Для более точного выражения светлоты через яркость используют специальные формулы или составленные по ним пересчетные таблицы. Светлоту принято выражать в процентах, так что максимальное значение светлоты, определяемой по этим формулам, соответствует 100 единицам, независимо от освещенности объекта. Однако и этот пересчет в светлоту точен лишь для одной стандартизованной освещенности объекта. При понижении освещенности вследствие неполной адаптации глаза количество зрительно различимых пороговых значений яркости меняется и, соответственно, меняется вся зависимость светлоты от яркости.

Адаптация зрения. Зрительная система обладает способностью приспосабливаться к условиям освещения - адаптироваться. Выражается это в том, что при изменении освещенности в некоторых пределах зрительное восприятие окраски предметов остается постоянным. Например, в дневное время увеличение облачности приводит к уменьшению яркости рассматриваемых деталей, а также цветности освещения. Однако изменения цветовых различий между предметами мы, как правило, не замечаем. Иначе говоря, изменение условий освещения в некоторых пределах не нарушает привычного соотношения цветов разноокрашенных предметов.

При сильном же изменении освещения, например при переходе от естественного дневного к вечернему электрическому освещению, зрительная система не полностью адаптируется, т. е. зрительно воспринимаемое соотношение цветов меняется. Чем сильнее изменяется освещение, тем труднее узнается окраска предметов. Например, в предвечернее время, а тем более в сумерках.

Адаптацию глаза к условиям освещения можно сопоставить с автоматическим изменением экспозиции. Когда экспозиция установлена не точно, возникает недодержка, т. е. уменьшение контраста и даже полное исчезновение деталей в тенях изображения.

Точно так же неполная адаптация при низкой освещенности выражается уменьшением воспринимаемых глазом градаций яркости в тенях объекта. Вместе с тем адаптация глаза не совсем совпадает с автоматической установкой экспозиции.

Первое отличие заключается в том, что при уменьшении освещенности мы видим мелкие детали и контуры предметов менее резкими. Это объясняется тем, что при пониженной освещенности светочувствительность сетчатки повышается за счет объединения рецепторов в более крупные "зоны суммации". Причем рецепторы объединяются на такой площади, что их соединение оказывается достаточно чувствительным к свету, падающему на данный участок сетчатки. Естественно, что расширение зон суммации приводит к снижению резкости, и поэтому в темноте мы не видим мелких деталей, а различаем лишь очертания крупных предметов.

Второе отличие состоит в том, что в рассматриваемом объекте мы всегда видим черные и белые участки. Только при очень сильном снижении освещенности, например в сумерках, белые объекты мы видим не совсем белыми, а серыми.

В фотографических же процессах вследствие изменения экспозиции воспроизведение этих цветов нарушается; черные цвета не всегда воспроизводятся черными, а белые - белыми. Чтобы на фотоотпечатках получались черные и темно-серые тона, а в светах достаточно белые участки, требуется мастерство и накопление опыта печати цветных снимков.

Контрастность и тональность. Для печати черно-белых позитивов выпускаются различные по контрастности фотобумаги: мягкая, нормальная, контрастная, высококонтрастная. На всех типах фотобумаг максимальный контраст от самого белого до самого черного может быть получен примерно одинаковым, но градация яркости на каждом типе фотобумаги получается различной. Так, на мягкой бумаге градация тонов негатива передается с меньшим контрастом, чем на более контрастной фотобумаге. Примерно так же и в зрительной системе глаза меняется восприятие градации яркостей рассматриваемого объекта при изменении освещенности. А именно: при уменьшении освещенности градация тонов, особенно в тенях, воспринимается менее контрастной. Понижение освещенности приводит не только к уменьшению контраста деталей, но и к уменьшению интервала различимых глазом градаций яркости. Поэтому при малой освещенности все объекты мы видим в темной тональности, а при высокой освещенности - в светлой. Именно в этом проявляется отклонение от закона Вебера - Фехнера, т. е. от логарифмической зависимости светлоты от яркости.

Чтобы в фотографическом снимке достичь темной тональности, необходимо в тенях и средних яркостях объекта изображать детали с пониженным контрастом, а контраст деталей в светах, напротив, должен быть увеличен. В черно-белой фотографии это достигается съемкой негатива с недодержкой, при высококонтрастном его проявлении и последующей печати на высококонтрастной фотобумаге. В цветной фотографии такая технология трудно осуществима, поэтому приходится добиваться темной или светлой тональности не только выбором соответствующей экспозиции, но и композицией кадра.

Для выделения сюжетно важных деталей при печати позитивов применяют светорассеивающие сетки с вырезом в центральной части и фигурные затенители. С помощью таких приспособлений удается основные участки снимка сделать более резкими и светлыми, а остальные - менее резкими и более темными. Таким образом не только получают изображения в светлой и темной тональности, но и акцентируют внимание на сюжетно важных деталях.

Цветовые соотношения при изменении цвета освещения.Зрительную систему можно рассматривать как совокупность трех светочувствительных приемников, таких, как светочувствительные слои цветофотографического материала. Эта схема позволяет представить, что соотношения цветов при изменении освещения изменяются так же, как и при недодержке одного или двух светочувствительных слоев.

При дневном солнечном освещении все цветовые соотношения мы видим в привычной обстановке, и поэтому они воспринимаются нормальными. Если освещенность дневного света сильно снижается, то вследствие недостаточной освещенности красночувствительных рецепторов уменьшается многообразие красных, пурпурных и оранжевых тонов и увеличивается количество сине-зеленых оттенков. Поэтому колорит всего объекта становится сине-зеленым. При вечернем же красноватом освещении происходит обратное изменение восприятия цветов-с недодержкой работают сине-чувствительные приемники глаза: наиболее контрастными и яркими мы видим оранжевые, пурпурные и красные цвета, и все синие и зеленые цвета воспринимаются темными, слабо различающимися по цветовому тону.

При переходе от дневного к электрическому освещению наблюдаются аналогичные явления: сине-зеленые тона оказываются малоконтрастными, плохо различимыми, а также зачерненными.

Заметим, что при съемке с электрическим освещением на пленку, предназначенную для дневного света, когда происходит сильная недодержка зеленого и особенно синечувствительного слоя, тени на позитиве получаются сине-фиолетовыми. Это происходит потому, что в процессе печати мы стремимся сделать весь снимок более реалистичным и стараемся, чтобы белые участки получались по возможности белыми при каком бы освещении ни фотографировался объект. Поэтому недодержка синечувствительного слоя приводит к тому, что в тенях оказывается недостаточно желтого красителя и тени получаются сине-фиолетовыми.

Для достижения оптимального цветовоспроизведения, соответствующего зрительному восприятию оригинала, необходимо не только белые детали воспроизводить в изображении белыми, но и повышать контраст фотографического изображения так, чтобы черные детали получались возможно более черными. Практически это достигается при печати позитивных изображений путем применения цветных корректировочных светофильтров.

Явления одновременного, пограничного и последовательного контрастов. Каждый из этих контрастов подразделяют на яркостной и цветовой. Одновременный яркостной контраст выражается в том, что на темном фоне светлая деталь воспринимается более светлой, а на светлом фоне - более темной. Темная же деталь на светлом фоне, наоборот, кажется нам более темной, а на темном фоне - более светлой.

Одновременный цветовой контрастзаключается в том, что при рассматривании какой-либо детали на цветном фоне она зрительно воспринимается с оттенком дополнительного цвета к цвету фона. Так, зеленые детали на красном фоне воспринимаются более насыщенными по цвету, а на сине-голубом фоне эти зеленые детали кажутся менее насыщенными. Красные детали, наоборот, более насыщенными выглядят на сине-зеленом фоне и менее насыщенными на желтом и оранжевом.

Если цветные детали, расположенные на цветном фоне, очертить черным контуром, одновременный контраст усилится, если же их разделить белым контуром, одновременный контраст уменьшится.

Пограничный яркостной контраст выражается в том, что близ границы соприкосновения двух разноцветных деталей мы видим взаимное усиление контраста, хотя сравниваем участки равномерно окрашенные.

Пограничный яркостной контраст отчетливо виден при рассматривании черно-белой шкалы. Участок светлого поля, примыкающий непосредственно к темному полю, выглядит более светлым, чем все светлое поле. Участок темного поля, примыкающий к светлому, напротив, выглядит более темным, чем все темное поле. Достаточно прикрыть одно из полей листом бумаги, как это явление исчезает - все поле будет выглядеть равномерно окрашенным.

Пограничный цветовой контраст обнаруживается при сопоставлении цветных деталей. В этом случае, как и при одновременном цветовом контрасте, близ границы разноокрашенных участков появляется кайма дополнительных цветов. Если, например, посмотреть на границу ярко- желтого и белого полей, то на белом поле у границы с желтым полем можно увидеть весьма насыщенную по цвету сине-фиолетовую кайму.

В цветных изображениях для усиления цветовых контрастов пользуются цветной подсветкой деталей в тенях, а также контровым светом.

Последовательный контраст выражается в том, что после перемещения взгляда с какого-либо длительно рассматриваемого объекта мы продолжаем некоторое время наблюдать этот объект в негативном виде. Причем остаточный зрительный образ мы видим негативным не только по яркости, но и по цвету, т. е. в дополнительных цветах к рассматриваемому объекту, так же как в цветном негативе. Наиболее сильно последовательный цветовой контраст проявляется, когда взгляд переводится на равномерно освещенную поверхность и глаза прикрываются только веками.

Визуально допустимые цветовые искажения. При снижении освещенности все цвета мы видим менее насыщенными и более зачерненными, так как начинает работать четвертый ахроматический приемник глаза. Поскольку такие изменения восприятия цветов для нас привычны в жизни, то мы их обычно не замечаем и в изображении. Именно по этой причине одинаковое снижение насыщенности всех цветов, так же как и увеличение зачерненности цветов, можно отнести к допустимым цветовым искажениям. К ним относятся также и те изменения цветового тона, которые соответствуют изменению цветности натурного освещения.

Следует заметить, что наиболее сильные цветовые искажения в фотографиях возникают из-за несовершенства красителей. Но так как эти цветоделительные цветовые искажения постоянны, то они становятся привычны, и поэтому мы их не всегда замечаем. В то же время экспозиционные ошибки, поскольку они меняются, могут вызывать весьма заметные градационные искажения цветов, особенно в тенях объекта.

Например, при сильной недодержке зеленоцветного слоя возникают неестественные зеленоватые тени, которые мы не наблюдаем в обычных естественных условиях. Появление же цветного оттенка в светах изображения оказывается не столь заметным, потому что глаз адаптируется к светлым деталям рассматриваемого объекта.

Зрительные эффекты иррадиации. Чтобы получить изобразительно выразительные снимки, при регулировании освещения необходимо учитывать явление иррадиации.

Иррадиация - эффект визуального восприятия, который проявляется в том, что вокруг яркоосвещенных деталей мы видим ореолы и даже блики. Возникновение ореолов, как и цветовых контрастов, объясняется светорассеянием в оптике и на сетчатке глаза. Вследствие иррадиации светлые предметы на темном фоне кажутся увеличенными по размеру, а темные предметы на светлом фоне, наоборот, уменьшенными.

Вокруг светлых предметов образуется как бы ореол, который захватывает часть темного поля. Явление иррадиации известно давно. Леонардо да Винчи в записках о явлении иррадиации писал, что, когда солнце видимо за безлистными деревьями, все их детали, ветки, находящиеся против солнечного света, настолько уменьшаются, что становятся невидимыми. Учитывая явление иррадиации, в Древней Греции архитекторы делали угловые колонны более толстыми в расчете на то, что они будут видны на светлом фоне небосвода.

Интересно отметить, что статистическими исследованиями было установлено, что около 60% всех автомобильных аварий в странах Европы происходит с машинами, окрашенными в черный цвет, и лишь 5% с автомашинами светлой окраски. Это объясняется тем, что вследствие иррадиации черная машина кажется меньшей по размеру и, следовательно, более удаленной, чем на самом деле. В темной одежде люди кажутся тоньше, чем в светлой. Такого рода зрительный эффект должен, конечно, учитываться при цветном фотографировании. Следует, например, избегать яркого плоского освещения при съемке людей с широким полным лицом, а также резкоконтрастного освещения при фотографировании людей с узким лицом.