1.1.3. Спектральный состав света

Основным естественным источником света является солнце. Излучаемый им свет называют белым. В 1672 году Ньютон, пропустив солнечный свет через стеклянную призму, показал, что он состоит из смеси излучений различной длины волны, или, что то же самое - различных цветов, находящихся в примерно равном соотношении.

1.1.3.1. Цветовая температура

Различные источники света излучают свет различного состава. В цветной фотографии очень важно знать состав света, которым освещается объект съемки. Для характеристики света по спектральному составу пользуются понятием цветовая температура.

Все нагретые тела являются источником электромагнитного излучения. При низких температурах они испускают лишь невидимое длинноволновое излучение. При повышении температуры тела начинают светиться сначала темно-красным, затем ярко-красным, желтым, белым и наконец, голубовато-белым светом (свечение электросварочной дуги). Таким образом, между температурой светящегося тела и цветностью излучения существует прямая связь. Она детально изучена для абсолютно черного тела (тела, поглощающего все падающее на него излучение).

Иными словами, для каждого значения температуры абсолютно черного тела известен состав света, который оно излучает. Исходя из этого спектральный состав света характеризуют цветовой температурой - температурой абсолютно черного тела, при которой оно излучает свет того же спектрального состава, что и исследуемый.

Рис. 1.5. Кривые спектрального распределения энергии излучения абсолютно черного тела при разных температурах

Цветовая температура выражается в единицах абсолютной температуры - Кельвинах. Ее значение характеризует распределение энергии (мощности) световых излучений в зависимости от длины волны (а не температуру источника света). Для абсолютно черного тела это распределение показано на рис. 1.5. С увеличением температуры растет общая энергия излучения, а максимум сдвигается в сторону коротких волн. То есть, чем выше цветовая температура источника света, тем больше в составе его света коротковолновых излучений - голубого, синего и фиолетового цветов. В излучении источника света с низкой цветовой температурой, преобладают длинноволновые составляющие - желтые, оранжевые и красные цвета

Свойствами абсолютно черного тела обладают маленькие отверстия в полости непрозрачного тела. Приближается к нему по свойствам поверхность солнца, раскаленный уголь, пламя свечи. Лампы накаливания, фотовспышки и некоторые другие тепловые источники света имеют спектры излучения, похожие по форме на спектры излучения абсолютно черного тела, хотя и с меньшей мощностью излучения. К ним применимо понятие цветовой температуры. К некоторым источникам света: лазерам, газосветным трубкам, светящимся краскам и организмам - понятие цветовая температура неприменимо (более подробно об источниках света и их особенностях см. в разд. 5.1).

Цветовая температура некоторых источников света приведена в табл. 1.1,

Таблица 1.1. Цветовая температура некоторых источников света

1.1.3.2. Окраска тел

Спектральный состав света, прошедшего через прозрачное тело, может в большей или меньшей степени изменяться в зависимости от свойств тела. Если оно пропускает излучение всех длин волн одинаково, то спектральный состав прошедшего через него света не изменяется, а оно само воспринимается как неокрашенное. Примерами таких тел могут служить высокопрозрачные стекла, дистиллированная вода, некоторые прозрачные пластмассы, желатина с распределенными в ней микрокристаллами металлического серебра (фотослой в черно-белой фотографии). Неокрашенные прозрачные тела изменяют только энергию излучения.

Тела, которые по-разному пропускают излучения разных длин волн и изменяют тем самым спектральный состав проходящего через них света, воспринимаются как окрашенные. Пусть, например, тело поглощает синие и зеленые лучи сильнее, чем красные. В прошедшем через это тело свете будут преобладать красные лучи, и тело будет восприниматься как окрашенное в красный цвет, что можно интерпретировать как изменение цветовой температуры света (в нашем случае снижение). Способность среды неодинаково пропускать излучения с различной длиной волны описывается кривой спектрального пропускания и обратной ей кривой спектрального поглощения, а также кривой оптической плотности.

В фотографии для изменения спектрального состава света используются специальные окрашенные стекла- светофильтры. Наибольшее применение находят следующие:

Аддитивные (или зональные, цветоделенные) светофильтры пропускают один из первичных цветов (синий, зеленый или красный) и поглощают два других (рис. 1.6).

Рис. 1.6. Кривые спектрального поглощения аддитивных светофильтров: синего (С), зеленого (З) и красного (К). (D_λ - спектральная оптическая плотность)

Субтрактивные (или корректирующие) светофильтры поглощают один из первичных цветов и пропускают два других (рис. 1.7). Цвет субтрактивных фильтров - голубой, пурпурный и желтый. И аддитивные и субтрактивные фильтры используют в процессе печати цветного фотографического изображения.

Рис. 1.7. Кривые спектрального поглощения субтрактивных светофильтров: желтого (Ж), пурпурного (П) и голубого (Г) (D_λ - спектральная оптическая плотность)

Компенсационные светофильтры преобразуют дневной свет в свет со спектральным распределением ламп накаливания и наоборот (используются при съемке).

Фильтры неактиничного освещения (лабораторные) имеют максимум пропускания в зоне, в которой светочувствительные слои наименее чувствительны. Для обработки негативных и обращаемых материалов используется фильтр № 170 -очень плотный темно-зеленый фильтр, пропускающий очень слабый свет, (фотолюбители при обработке этих видов фотоматериалов, как правило, работают в полной темноте). При обработке цветных позитивных пленок и фотобумаг применяют менее плотный зеленовато-коричневый фильтр № 166.

Большинство предметов, встречающихся в природе, сами свет не испускают. Они становятся видимыми за счет того, что отражают падающий на них свет.

Непрозрачные предметы часть падающего на них света обязательно поглощают. Степень поглощения (а следовательно, и отражения) излучений с различными длинами волн неодинакова у разных отражающих поверхностей.

Поверхность непрозрачного предмета, отражающая свет всех видимых излучений одинаково, т. е. изменяющая только энергию излучения, воспринимается как неокрашенная - белого, черного или различных градаций серого цвета. Такое отражение называют неизбирательным.

Предмет, отражающий (поглощающий) излучения с различными длинами волн неодинаково, т. е. изменяющий спектральный состав отраженного света, воспринимается как окрашенный. Например, если предмет поглощает зеленые и красные лучи и отражает синие, то мы видим его синим.

О степени отражения различных излучений можно судить по кривой спектрального отражения, выражающей зависимость энергии отраженного света от, длины волны.

Красители - вещества, избирательно поглощающие излучения определенного спектрального состава. Нанося их на поверхность предмета, мы можем существенно изменить его отражательную способность, т. е. изменять их цвет. Подробнее о роли красителей в цветной фотографии см. пп. 2.2.2 и 3.1.2.

Окраска (цвет) предмета определяется спектральным составом отраженного от него света. Это значит, что она зависит не только от отражательной способности поверхности, но и от спектрального состава освещающего его света. Если предмет освещать светом разных спектральных составов, то и отраженный свет будет также не одинаковым. Эти факторы, вернее их различные сочетания, предопределяют все встречающееся в природе многообразие цветов несамосветящихся предметов.