Физические основы цвета. Отражение, поглощение и пропускание света, кривая спектрального пропускания

Все окружающие нас предметы мы видим потому, что они излучают или отражают свет, который действует на наш глаз и вызывает ощущение света. Глаз человека определяет как количество света, т. е. его интенсивность, так и его качество - цветность.

При действии света на орган зрения в светочувствительных элементах его возникают электрохимические изменения, которые передаются в мозг, где возникает ощущение цвета. Поэтому в явлении цвета выделяют три основных процесса: физический - излучение света, физиологический - действие света на глаз и психологический - восприятие света.

Физические основы цвета включают в себя свойства световой энергии. Физика цвета занимается изучением характеристик света, излучаемого различными источниками. Сюда относятся испускание и распространение света, отражение его от различных предметов, поглощение и пропускание, спектральный состав. От спектрального состава света зависит его цвет.

Для цветной фотографии имеет большое значение способность предметов отражать лучи различных длин волн, поскольку фотографируются в основном непрозрачные предметы. Разные предметы имеют различную спектральную отражательную способность, т. е. излучения различных длин волн они отражают неодинаково, следовательно, и цвет их будет различным. Кроме того, цвет предмета зависит и от спектрального состава освещающего его света.

Часто предметы освещаются несколькими источниками света, имеющими различный спектральный состав, на них падает свет, отраженный от соседних предметов. Это приводит к тому, что предметы, имеющие определенную отражательную способность и, следовательно, определенный цвет, в реальных условиях в зависимости от характера освещения приобретают различную окраску. Поэтому иногда на цветных фотографиях изменения в цветности предметов, вызванные характером освещения и при фотосъемке казавшиеся естественными, воспринимаются как цветовые искажения.

Непрозрачные предметы часть световой энергии отражают, остальную часть поглощают. Для характеристики свойства предметов поглощать свет вводится понятие коэффициента поглощения а. Если обозначить падающий световой поток Ф₀, а поглощенный Ф_α, то коэффициент поглощения будет равен отношению поглощенного светового потока к падающему

Прозрачные предметы пропускают значительную часть падающего на них света. Прозрачные тела фотографируют редко, но применяют большое количество светофильтров, позволяющих изменять спектральный состав падающего на них света. Прозрачность предметов численно характеризуется величиной коэффициента пропускания

где Ф_τ - пропущенный световой поток.

Величина, обратная прозрачности, называется непрозрачностью О и определяется по формуле

В фотографии свойство предметов поглощать свет выражается оптической плотностью D, которая равняется десятичному логарифму величины, обратной коэффициенту пропускания,

Способность прозрачного предмета по-разному пропускать лучи различных длин волн выражается кривой спектрального пропускания. Она вычерчивается с помощью прибора, называемого спектрографом или спектрометром, схема действия которого показана на рис. 4. Пучок света от источника 1 попадает на трехгранную призму 2, которая разлагает его на составляющие цвета спектра. В спектр помещается прозрачный предмет 3, а за ним фотоэлемент 4. Фотоэлемент плавно передвигается вдоль спектра так, что на его светочувствительный слой поочередно попадают излучения всех длин волн спектра - от фиолетового до красного. При этом перо микроамперметра-самописца вычерчивает кривую на движущейся бумажной ленте 5. Аналогичным образом строятся кривые спектрального состава излучения и отраженного света.

Рис. 4. Построение кривой спектрального пропускания света прозрачными ахроматическими телами: а - с большим пропусканием, б - со средним, в - с малым

Для неокрашенных предметов кривые спектрального пропускания получаются близкими к прямым линиям, и чем прозрачнее предмет, тем выше располагается его кривая спектрального пропускания.

У окрашенных прозрачных предметов кривая спектрального пропускания имеет криволинейный характер, так как свет разных длин волн они пропускают по-разному. Это свойство дает возможность управлять цветом в цветофотографическом процессе.