§ 1. Спектральная характеристика цвета и его физические основы

Разложение белого света. Цветовая температура

Фотографическое изображение получается под действием света на специальные светочувствительные слои с последующей их химико-фотографической обработкой.

Фотографический процесс основан на свойстве светочувствительного слоя фотоматериала изменяться под действием света. Для обычных фотографических работ имеет значение только видимая, или оптическая, область спектра, ограниченная длинами волн 380-760 нм. Кроме того, чувствительность глаза к излучениям, меньшим 400 и большим 700 нм, очень мала, поэтому видимую область спектра в фотографии ограничивают длиной волн 400-700 нм.

Свет, соответствующий одной определенной длине волны, называется монохроматическим. Обычный белый пучок света объединяет излучения различных длин волн и имеет сложный спектральный состав. Если пучок белого света разложить в спектр, то получаются следующие зоны, нм:

Применительно к цветной фотографии видимый спектр принято делить на три равные части, называемые зонами спектра: 400-500 нм - синяя, 500-600 нм - зеленая, 600-700 нм - красная. В качестве основных излучений для цветной фотографии принято брать зональные. Белым светом для цветной фотографии является такой, который содержит одинаковое количество синих, зеленых и красных лучей. Но свет не всякого источника, применяемого при съемке на цветные фотоматериалы, имеет такое спектральное распределение. Спектральный состав излучаемого источником света имеет большое значение в цветной фотографии, так как от него зависит цвет снимаемых объектов. Например, свет ламп накаливания отличается от солнечного света тем, что в нем мало синих лучей. Темно-синий предмет при лампах накаливания кажется черным, голубой - с зеленоватым оттенком, а желтый и красный - более яркими.

Спектральный состав излучаемого источником света зависит не только от температуры нагрева, но и от его физических свойств. Поэтому для характеристики спектрального состава света, излучаемого различными источниками, принята так называемая цветовая температура.

Цветовая температура источника - это температура абсолютно черного тела, при которой оно дает такое же излучение по спектральному составу, как и данный источник.

Абсолютно черным называется тело, которое поглощает весь падающий на него свет и обладает одновременно максимальной способностью к излучению.

В природе абсолютно черных тел не существует. Даже такие черные вещества, как сажа, бархат, поглощают не весь падающий на них свет.

Абсолютно черное тело создается искусственно в виде полого шара с вычерненной внутренней поверхностью. Шар изготовляется из тугоплавкого металла с небольшим отверстием. Луч, входящий через отверстие внутрь шара, после последовательных отражений полностью поглощается (рис. 3). При нагревании такого шара внутренняя его поверхность будет излучать свет через отверстие. Излучение шара зависит только от его температуры, и никакие отражения от других источников света на излучения не влияют. По мере нагревания отверстие светится сначала темно-красным, затем желтым и, наконец, белым светом.

Рис. 3. Модель абсолютно-черного тела

Цветовая температура обозначается буквой Т и выражается в градусах абсолютной шкалы или шкалы Кельвина (нуль абсолютной шкалы равен - 273° по Цельсию).

Цветовая и истинная температуры источников света не совпадают. Так, цветовая температура прямого солнечного света у поверхности земли летом и в полдень 6000-6500 К, в то время как истинная температура совершенно иная (30-50°С).

Чтобы определить цветовую температуру источника света, его излучение разлагают на спектр, а затем нагревают абсолютно черное тело до тех пор, пока распределение его энергии по спектру не будет таким же, как у данного источника.

По цветовой температуре всегда можно определить спектральный состав излучения источника, так как спектральное распределение энергии излучения абсолютно черного тела при различных температурах известно.

Для того чтобы изменить цветовую температуру источника света, на пути светового потока устанавливают светофильтры. Например, чтобы свет лампы накаливания (Т≈2850 К) по спектральному составу приблизить к среднему дневному свету (Т=5500-6500 К), на его пути устанавливают так называемый светофильтр искусственного дневного света (сине-голубой), задерживающий избыток желто-красных лучей.

Чем выше цветовая температура источника света, тем большее количество коротковолновых лучей он излучает. При понижении цветовой температуры растет доля средне- и длинноволновых излучений.