Все секреты верного цвета

.... теги: .Управление цветом / ICC, Articles, Полиграфия


Все секреты верного цвета

Все секреты верного цвета


Анастасия Ельцева,
Проблемы цвета и его правильного воспроизведения. Теория и история.


Каждый охотник желает знать… или Немного науки

Проблемы цвета и его правильного воспроизведения были актуальны во все времена. Думаю, излишне говорить о насущности этого вопроса для специалистов в области фотографии, полиграфии, компьютерного дизайна и смежных профессий. Но сейчас, в период настольных типографий и домашних фотолабораторий, он становится актуальным не только для профессионалов, но и для простых пользователей. Наверняка каждый из вас не раз сталкивался с проблемой, когда на всех этапах работы с цифровым изображением цвет каждый раз был иным. Я сама не раз наблюдала, что на дисплее цифрового фотоаппарата цветное изображение выглядит одним, при просмотре на мониторе у него уже несколько другой оттенок, а отпечаток, сделанный на струйном принтере, имеет цвет, отличный и от первого, и от второго. Или, например, отпечаток с фотопленки и тот же кадр, но отсканированный, выглядят совершенно по-разному. Нет сомнений, что правильное воспроизведение цвета крайне важно в любой работе с изображениями, будь то создание фотоальбома на собственном сайте или сканирование старых фотопленок. Для того чтобы понять, из-за чего это происходит и как с этим бороться, необходимо усвоить некоторое количество теоретической информации. Постараюсь изложить её вам в наиболее доступной и увлекательной форме. Признаюсь, лично для меня глубокое изучение вопросов, связанных с цветом, оказалось весьма интересным и полезным в работе.

Итак, как обычно, немного истории. Изучение вопросов, связанных с цветом, началось в глубокой древности. В тот период, когда среди всех наук царила философия, вбиравшая в свой круг проблемы из подавляющего большинства других областей науки, многие мыслители высказывали свои воззрения на природу цвета. Среди них были Пифагор, Демокрит, Платон, Аристотель и многие другие. Взгляды древних на цвет довольно любопытны и сейчас.

Вот фрагмент из труда ученика Аристотеля Теофраста, изложившего учение Демокрита о цветах:

«Красное, далее, состоит из таких же [фигур], что и тёплое, но только из больших [по размеру или по плотности]. Действительно, если при подобии фигур их соединения будут большими [по размеру], то получается и более красное. Доказательством же того, что красное состоит из таких [фигур], является следующее. Когда мы нагреваемся, мы краснеем, как и прочие [тела], когда они подвергаются воздействию огня, пока не станут огневидными. А более красными являются [тела], состоящие из значительных [по размеру, по плотности] фигур, как, например, пламя и уголь от зёленого или сухого дерева. [Таковыми же] является и железо и прочее, что подвергается действию огня, ибо то, что обладает наибольшим и тончайшим огнём, то имеет и наибольший блеск, а то, что содержит более густой огонь и в меньших размерах, – то является более красным. Вследствие этого более красные [тела] содержат и меньше тепла. Ведь тёплым является тонкое».

 

Вследствие этого более красные тела содержат и меньше тепла

Начало исследованиям, ставшим основой современной науки о цвете, положил Исаак Ньютон. Он определил, что белый цвет является смешением всех цветов, первым выделил спектральные цвета – красный, оранжевый, жёлтый, зелёный, голубой, синий, фиолетовый (наверняка, многие помнят иллюстрацию из школьного учебника по физике с призмой и проходящим через неё белым светом, превращающимся в «радугу»). Большое внимание изучению цвета уделял и великий ученый и поэт Иоганн Вольфган Гете, написавший труд «Наука о цветах». Исследованиями в этой области занимался и великий русский ученый Михайло Ломоносов. Художники и теоретики искусства также не обошли своим вниманием эту тему. Среди самых значительных исследований можно назвать труд Василия Кандинского «О духовном в искусстве» и «Искусство цвета» Иоханнеса Иттена. В наше время проблемы цвета изучаются физикой, физиологией, химией, искусствоведением, психологией, и многими другими областями знаний. Есть даже отдельная наука о цвете – цветоведение и наука, занимающаяся его измерением – колориметрия. Существуют организации, занимающиеся исследованиями и разработкой стандартов – CIE (Commission Internationale de l'eclairage – Международная Осветительная Комиссия), ICC (International Color Consortium – Международный Консорциум по цвету). Цветоведение преподаётся во многих средних и высших учебных заведениях, готовящих специалистов в области компьютерного дизайна и дизайна среды, одежды, тканей, так как немалое значение имеет воздействие цвета на эмоциональное и физическое состояние человека. В психиатрии даже есть методы лечения психических заболеваний с помощью цветотерапии. И всем наверняка известен психологический цветовой тест Люшера. Существует немало книг, затрагивающих эту тему в разных областях – живописи, полиграфии, фотографии, обработке изображений и многих других.

Для начала нам следует выяснить, что же такое собственно цвет, каким образом его воспринимает наш глаз, как он воспроизводится на мониторах и на отпечатанном изображении, регистрируется считывающим устройством сканера и матрицей фотоаппарата.

Упомянутый выше опыт из школьного учебника иллюстрирует, что когда белый свет проходит через призму, он разлагается на семь основных спектральных цветов – красный, оранжевый, жёлтый, зелёный, голубой, синий и фиолетовый («каждый охотник желает знать, где сидит фазан»). И наоборот, если смешать цвета спектра, получится луч белого света. То есть цвет и свет – это одно и то же.

 

Свет – видимая часть электромагнитного спектра

Свет – видимая часть электромагнитного спектра, разновидность электромагнитного излучения, имеющая такую же природу, как рентгеновские лучи, инфракрасное и ультрафиолетовое излучение и радиоволны. Все эти виды излучений различаются длиной волны – расстоянием между её гребнями. Если рентгеновские лучи обладают свойством создавать изображение на покрытой серебром плёнке, радиоволны помогают передавать звук на расстоянии, то световые волны обладают свойством восприниматься человеческим глазом.

 

Глаз способен воспринимать волны длиной от 400 до 700 нанометров

Глаз способен воспринимать волны длиной от 400 до 700 нанометров (нанометр – одна миллиардная метра, единица измерения длины световых волн). С двух сторон от видимой части спектра находятся ультрафиолетовые и инфракрасные области, которые не воспринимаются человеческим глазом, но могут улавливаться специальным оборудованием. С помощью инфракрасного излучения работают камеры ночного видения, а ультрафиолетовое излучение хоть и невидимо человеческому глазу, но может нанести зрению значительный вред.

 

Видимый спектр

Световые волны попадают на сетчатку глаза, где воспринимаются светочувствительными рецепторами, передающими сигналы в мозг, и уже там складывается ощущение цвета. Это ощущение зависит от длины волн и интенсивности излучения. Длина волны формирует ощущение цвета, а интенсивность – его яркость. Каждый цвет имеет определённый диапазон длины волн. Самые короткие волны – фиолетовые, самые длинные – красные. А все предметы, которые окружают нас, могут или излучать свет (цвет), или отражать, или пропускать падающий на них свет частично или полностью. Например, если трава зелёная, это значит, что из всего диапазона волн она отражает в основном волны зелёной части спектра, а остальные поглощает. Способность прозрачных предметов задерживать волны какой-либо длины применяется, например, в фотографии при использовании светофильтров.

Таким образом, если мы говорим, что какой-нибудь объект имеет какой-то цвет, это значит что на самом деле этот объект (или его поверхность) имеет свойство отражать волны определённой длины, и отражённый свет воспринимается как цвет предмета. Если предмет полностью задерживает падающий свет, он будет казаться нам чёрным, а если отражает все падающие лучи – белым. Правда, последнее утверждение будет верным только в том случае, если свет будет белым, неокрашенным. Если же свет приобретает какой-то оттенок, то и отражающая поверхность будет иметь такой же оттенок. Это можно наблюдать на закатном солнце, которое делает всё вокруг багровым, или в сумеречный зимний вечер, когда снег кажется синим.

А при использовании окрашенного цвета привычные вещи могут оказаться и вовсе неожиданными и даже неприятными. Вот фрагмент из книги Иттена «Искусство цвета»:

«Один деловой человек пригласил на ужин целую компанию дам и мужчин. Входящих в дом гостей встречали доносившиеся из кухни изумительные запахи, и все приглашённые предвкушали ожидавшее их пиршество. Когда весёлая компания разместилась вокруг стола, покрытого великолепно приготовленными яствами, хозяин осветил столовую красным светом. Мясо на тарелках окрасилось нежным розовым цветом и казалось аппетитным и свежим, но шпинат стал совершенно чёрным, а картофель ярко-красным. Не успели гости опомниться от удивления, как красный цвет перешёл в синий, – жаркое приняло гнилостный оттенок. Все приглашённые сразу потеряли всякий аппетит. Но когда в дополнение ко всему этому хозяин включил жёлтый свет, превратив красное вино в постное масло, а гостей в живые трупы, несколько чувствительных дам встали и быстро покинули столовую. Никому не приходило и в голову думать о еде, хотя все присутствующие прекрасно знали, что все эти странные ощущения были вызваны только изменением цвета освещения».

Ощущение цвета создается при условии преобладания в цвете волн определённой длины. Но если интенсивность всех волн одинаковая, то цвет воспринимается как белый или серый. Не излучающий волн предмет воспринимается как чёрный. Эти цвета называются ахроматическими. Хроматическими же называются все остальные цвета.

Теперь выясним, как же глаз улавливает волны. Ощущение цвета складывается в мозге человека, куда идет сигнал из глаза. В глаз же свет попадает, проникнув через роговую оболочку и зрачок, «регистрируясь» на сетчатке, на которой расположены нервные клетки – нейроны с двумя типами рецепторов. Один тип рецепторов – тонкие и длинные – называются палочками. Они ответственны за чёрно-белое зрение в условиях слабой освещённости и не задействованы в условиях полной освещённости. Но так как в процессе эволюции человек выбрал дневной образ жизни, палочек у него ровно столько, чтобы в темноте он мог видеть только контуры предметов. А у охотящихся ночью животных количество и чувствительность палочек позволяет ориентироваться в темноте не хуже, чем днём. За дневное и цветное зрение отвечает другой тип рецепторов. Толстые и короткие колбочки регистрируют информацию о цвете благодаря находящимся в них пигментным клетках. Пигменты в свою очередь делятся на 3 вида – эпитролаб, хлоролаб, цианолаб – каждый из которых чувствителен к одному из трёх основных цветов – красному, зелёному или синему, улавливая волны определённой длины. Длина волны в диапазоне 600–700 нм воспринимается как красный цвет, 500–600 – как зёленый, 400–500 – как синий.

 

Получая сигнал, нейроны отправляют электрические импульсы в мозг

Получая сигнал, нейроны отправляют электрические импульсы в мозг, где из информации о пропорциях и интенсивности основных цветов складывается полноцветная картина мира с огромным количеством оттенков. Следовательно, всё, что нас окружает, можно описать, используя всего три основных цвета. Это явление используется, например, в телевизорах и ЭЛТ-мониторах – вся плоскость экрана представляет собой крошечные ячейки, в каждой из которых есть 3 луча – красный, зеленый и синий, образующих в сложении цветную точку. Этот принцип синтеза цвета также используется в сканерах и цифровых фотоаппаратах. Для его обозначения используется аббревиатура RGB (Red Green Blue).

 

При помощи смешения этих трёх цветов можно получить любые цвета

При помощи смешения этих трёх цветов можно получить любые цвета. При их одинаковой интенсивности получается белый (при 100%-й интенсивности) или серый цвет. Отсутствие излучения воспринимается как чёрный цвет. Первыми учёными, разработавшими теорию о том, что любой цвет можно получить смешением трёх основных, были англичанин Томас Юнг и немец Герман фон Гельмгольц. Эта теория называется теорией Юнга-Гельмгольца, или трёхкомпонентной. Эти учёные первыми установили, что в сетчатке человеческого глаза существует три типа светочувствительных клеток, воспринимающих красный, зелёный и синий свет.

Цветным зрением обладает не только человек, но и многие животные. Наличие или отсутствие цветового зрения обусловлено его необходимостью для жизни. Например, у глубоководных рыб, к которым через толщу воды цвет не доходит, колбочки отсутствуют, а палочек вполне достаточно для того, чтобы видеть контуры предметов. Также колбочки заменены большим количеством палочек у ночных животных – они помогают им лучше видеть в темноте. А пчёлы, которых привлекают яркими красками цветы, обладают таким же зрением, как и человек. Есть виды, у которых присутствует только один вид колбочек, у некоторых же их число доходит аж до пяти. А у грызунов есть уникальный тип колбочек – чувствительных к ультрафиолетовому свету.

У некоторых людей восприятие цвета нарушено – у них может отсутствовать один или несколько типов светочувствительных клеток. Общее название этого нарушения – дальтонизм – было дано по имени первого исследователя этого явления Джона Дальтона, впервые описавшего и исследовавшего его в 1798 году. До 26 лет он не подозревал о своей неполноценности, как и многие люди, у которых такое нарушение может быть выявлено лишь в зрелом возрасте при помощи специального исследования, например, на врачебной комиссии для получения водительских прав. Для определения дальтонизма созданы специальные полихроматические таблицы, на которых из цветных пятен создано изображение. Цветовые пятна разные по цвету, но одинаковы по яркости. На таблице человек с нормальным цветовым зрением увидит определённую фигуру, сложенную из разноцветных пятен, а дальтонику пятна будут казаться одинаково серыми.

Если у большинства людей в колбочках присутствуют три светочувствительных пигмента, то у дальтоника может отсутствовать один, два и даже все три пигмента. Люди, колбочки которых воспринимают все цвета, называются трихроматами (от греческого «хромос» – цвет), различающие два цвета – дихроматами. Самое частое нарушение – отсутствие красного пигмента, реже – зелёного, отсутствие синего пигмента встречается очень редко. Существует и такой дефект, при котором цветное зрение отсутствует полностью – полная цветовая слепота. Бывает, что в колбочках все пигменты присутствуют, но чувствительность одного из них понижена. Люди с таким отклонением называются аномальными трихроматами. Нарушение цветового зрения имеет генетическую природу – из-за дефектов в генах нарушается синтез пигментов. У женщин дефекты цветового зрения встречаются в десятки раз реже, чем у мужчин.

Но неверно считать, что за восприятие цвета отвечают только лишь глаза человека. Цвет воспринимается очень субъективно, и существует огромное количество факторов, влияющих на ощущение цвета. Это, в частности, национальность, возраст, традиции, место проживания и даже пол. Огромные различия в видении цвета можно наблюдать, например, в работах нескольких художников – при одних и тех же внешних условиях изображаемые ими объекты не будут идентичны по цвету.

Есть люди, у которых чувство цвета настолько сильно связано с другими ощущениями, что цветными они воспринимают не только окружающие предметы, но и, например, звуки, числа, буквы, вкусы и запахи. Это явление называется синестезией – смешением ощущений – и является научно подтверждённым. Процент взрослых людей-синестетиков очень мал, но есть версия, что все дети до годовалого возраста имеют синестезированные чувства. Это явление описано у Набокова, который сам был синестетиком, в его автобиографической книге «Другие берега».

«Не знаю, впрочем, правильно ли тут говорить о "слухе": цветное ощущение создается, по-моему, осязательным, губным, чуть ли не вкусовым чутьём. Чтобы основательно определить окраску буквы, я должен букву просмаковать, дать ей набухнуть или излучиться во рту, пока воображаю её зрительный узор … Моей матери всё это показалось вполне естественным, когда моё свойство обнаружилось впервые: мне шёл шестой или седьмой год, я строил замок из разноцветных азбучных кубиков – и вскользь заметил ей, что покрашены они неправильно. Мы тут же выяснили, что мои буквы не всегда того же цвета, что её; согласные она видела довольно неясно, но зато музыкальные ноты были для неё, как желтые, красные, лиловые стеклышки, между тем как во мне они не возбуждали никаких хроматизмов».

Все это подтверждает тот факт, что цветовое зрение – сложнейший физиологический и психический процесс, механизмы которого до сих пор изучены не до конца.

цветовое зрение – сложнейший физиологический и психический процесс, механизмы которого до сих пор изучены не до конца


Все секреты верного цвета. Часть 2 - парадоксы цвета

Все секреты верного цвета. Часть 2 - парадоксы цвет

Если Вы думаете, что о цвете все сказал еще Исаак Ньютон, то Вас ждет множество сюрпризов. Единая Теория цвета до сих пор не разработана, самому цвету до сих пор не дано строгое определение, да и вообще, цвет – понятие относительное не только на отпечатке принтера, но и в промышленности. Но – кто предупрежден, тот вооружен. Статья продолжает цикл о практическом применении знаний о цвете для домашней печати.
The Rambler's Banner Network


Если мы говорим о цвете, то здесь нас ждёт множество сюрпризов. Как это уже было понятно из предыдущей статьи, создать единое описание, пригодное для использования в разных отраслях человеческой деятельности, попросту невозможно. Взять хотя бы области применения наших теорий. Даже не теорий, а просто-таки разных отраслей знания.

Применение инженерное – к примеру, нам необходимо обеспечить излучение со строго определенной длиной волны – и физика нам, безусловно, поможет. Вспоминаем спектр, собираем квантовый генератор и получаем искомое.

Мерилом точности и приемлемости в данном подходе выступает прибор – независимый от причуд и прихотей человека датчик.

Второй подход – бытовой. Биологический. Промышленный… Да как угодно можно назвать те процессы, когда человек пытается воспроизвести цвет для того чтобы затем воспринимать его глазами – в телевизоре, на одежде, на лице в виде косметики, в еде и напитках для пущей привлекательности и так далее. Понятно, что в столь широком спектре областей применения невозможно сделать единую технологию воспроизведения света. Понятен и ответ на вопрос, который задают гениальные малыши из детских садов: А почему, если у радуги самые чистые цвета, её нельзя взять, перемолоть, и потом красить всё этими чистыми цветами?

В данной статье я «склею» две точки зрения на цвет, физику с биологией. Благо, на просторах российского Интернета мне не встречалось ни одной статьи, в которой ставилась бы эта цель и давалось комплексное описание проблемы.

Цвет – это один из признаков или свойств света. Можно сказать, что цвет – это свойство видимого излучения, определяемое по вызываемому им у человеческого глаза ощущению. Цвет связан с такой характеристикой электромагнитного излучения, как длина волны. Если вы думаете, что есть более вразумительное определение, которое как-то лучше показывает природу и суть цвета – прошу его найти и прислать мне.

Цвет – это один из признаков или свойств света
Увеличить

Белый свет – это излучение, которое содержит в себе все длины волн видимого спектра. Притом, поскольку N миллионов лет на нашей планете исправно светило солнце, то и белый свет – некоторая «основа», а лучше сказать, опора зрения – должен быть близок к солнечному по долевому, энергетическому присутствию каждого цвета в этом белом.

Берём объективные данные. Распределение энергии в солнечном излучении в зависимости от длины волны. На графике 3 кривые, построенные для разного времени суток. И мы наглядно видим, что в течение дня меняется вклад разных длин волн в создание белого излучения.

Распределение энергии в солнечном излучении

Распределение энергии в солнечном излучении: I – за пределами атмосферы; II – при положении Солнца над головой; III – при высоте Солнца 30° над горизонтом; IV – при условиях, близких к восходу и закату, 1° над горизонтом

Вот вам и первая предпосылка величайшей адаптабельности глаза. Меняется не только яркость, но и спектральный состав опорного света. Природа создала в мозгу механизм компенсации. В течение дня мы воспринимаем цвета предметов одинаково.

Глаз может воспринимать как очень сильные световые потоки, так и очень слабые. Для примера можно взять освещение в яркий солнечный день и в сумерках того же дня. Многие из нас, кто занимался фотографией в доцифровую эпоху, прошли через удивление: как это вдруг не получается сделать хорошо экспонированный кадр в 7 часов вечера, когда в 6 это ещё было возможно? Ведь, вроде бы, освещённость и не изменилась? Однако это не так. Освещённость предметов меняется в течение дня и вечера даже не в разы, а в миллионы раз.

Рассмотрим далее более подробно, как осуществляется восприятие цвета глазом человека.

как осуществляется восприятие цвета глазом человека

Сетчатка содержит своего рода мозаику из рецепторов четырёх типов: палочек и трех типов колбочек. Каждый тип рецепторов содержит свой особый пигмент. Разные пигменты отличаются друг от друга в химическом отношении, а в связи с этим и способностью поглощать свет с различной длиной волны. Палочки ответственны за способность человека видеть при слабых освещенностях без восприятия цвета объектов. Палочковый пигмент родопсин обладает наибольшей чувствительностью в области – около 510 нм в зелёной части спектра.

Каждая палочка или колбочка сетчатки глаза содержит пигмент, поглощающий излучение в каком-то участке спектра лучше, чем в других. Поэтому, если бы можно было собрать достаточное количество такого пигмента и посмотреть на него, он выглядел бы окрашенным. Согласно современным представлениям, зрительный пигмент обладает особым свойством: при поглощении им светового фотона он изменяет свою молекулярную форму и при этом высвобождает энергию, запуская таким образом цепь химических реакций, которые в конце концов приводят к появлению электрического сигнала. Пигментная молекула в своей новой форме, как правило, обладает совсем иными светопоглощаюшими свойствами, и если, как это обычно бывает, она поглощает свет хуже, чем в исходной форме, то говорят, что она «выцветает» под действием света. Затем сложный химический механизм глаза восстанавливает первоначальную конфигурацию пигмента.

Кстати, палочковый пигмент родопсин, имея максимум поглощения в зелёной области, отражает синие и красные лучи и поэтому сам выглядит пурпурным. Поскольку в сетчатках он присутствует в количествах, достаточных для того, чтобы химически смогли его выделить и на него можно было посмотреть, он получил название зрительного пурпура.

Восприятие цвета осуществляется колбочковым аппаратом сетчатки. Пигменты колбочек трех типов имеют максимумы поглощения в области 560, 530 и 430 нм; поэтому разные колбочки условно называют «красными» (R, red), «зелёными» (G, green) и «голубыми» (В, blue). Кривые спектральной чувствительности трёх типов колбочек представлены на рисунке

Кривые спектральной чувствительности трех типов колбочек

Кривые спектральной чувствительности трех типов колбочек

Каждый тип колбочек имеет широкие зоны чувствительности со значительным перекрыванием, особенно для красных и зелёных колбочек. Отметим, что свет с длиной волны, например, 600 нм вызывает наибольшую реакцию красных колбочек, пик чувствительности которых расположен при 560 нм, он же вызывает также некоторую, хотя и более слабую, реакцию колбочек двух других типов. Таким образом, «красная» колбочка реагирует не только на длинноволновый свет, она лишь реагирует на него лучше других колбочек. Сказанное относится и к колбочкам других типов.

Это достаточно современные данные (всего лишь прошлого века), и пришли они к нам с «биологической» стороны. То есть, как и было сказано, описывают процесс восприятия цвета человеком.

Задумывался ли Ньютон о необходимости исследования восприятия, я не знаю. Но история развития представлений о цветовом зрении основана на исследованиях, начатых им в 1704 году. Изобретательность, которую проявил Ньютон в своих экспериментах, трудно переоценить: в работе, посвящённой цвету, он, при помощи призмы расщепляя белый свет, воссоединял его компоненты второй призмой, вновь получая белый свет; изготовил волчок с цветовыми секторами, при вращении которого опять-таки получался белый цвет. Эти открытия привели к осознанию того, что солнечный свет состоит из непрерывного ряда лучей с различными длинами волн.

В XVIII столетии постепенно выяснялось, что всякий цвет можно получить путем смешения трёх цветовых компонентов в надлежащих пропорциях при условии, что длины их волн достаточно отличаются друг от друга. В этом заключается трихроматичность цвета. М.В.Ломоносов в 1756 г. высказал мысль о наличии в глазу светочувствительных аппаратов трёх видов.

В 1802 г. Томас Юнг выдвинул чёткую и простую теорию, объясняющую трихроматичность: он предположил, что в каждой точке сетчатки должны существовать по меньшей мере три «частицы» – крошечные структуры, чувствительные соответственно к красному, зелёному и фиолетовому цвету. Решающие эксперименты, прямо и недвусмысленно подтверждающие, наконец, идею Юнга, были проведены лишь в шестидесятые годы XX столетия, когда под микроскопом была изучена способность отдельных колбочек поглощать свет с различной длиной волны и были обнаружены три и только три типа колбочек.

Герман Гельмгольц принял и отстаивал теорию Юнга, которая приобрела известность как теория Юнга-Гельмгольца. Именно Гельмгольц объяснил, наконец, феномен, долгое время являвшийся камнем преткновения трехцветной теории зрения и заключающийся в том, что смесь желтой и синей красок даёт зеленую, а смешение жёлтого и синего света дает белый свет. Но даже ему не удалось объяснить коричневый цвет.

Параллельно теории цвета Юнга-Гельмгольца возникла, и до недавнего времени казалось с ней несовместимой, вторая научная школа. Немецкий физиолог Эвальд Геринг (1834–1918) предположил, что в глазу и/или в мозгу существуют три оппонентных процесса: один для ощущения красного и зелёного, другой – для жёлтого и синего и третий, качественно отличный от двух первых, – для чёрного и белого. Геринга поразило отсутствие цветов, которые можно было описать как желтовато-синий или красновато-зелёный, а также «взаимное уничтожение» синего и жёлтого или красного и зелёного при их смешении в надлежащих пропорциях – цвет при этом полностью исчезает, т.е. возникает ощущение белого цвета. По Герингу, жёлтый, синий, красный и зелёный могут считаться основными цветами, а третий оппонентный процесс регистрирует соотношение чёрного и белого. Ощущение чёрного и серого порождается не просто отсутствием света, поступающего от некоторого объекта или поверхности, а возникает тогда и только тогда, когда от объекта приходит меньше света, чем в среднем от окружающего фона. Ощущение белого возникает только в том случае, если фон темнее и отсутствует цвет. По теории Геринга, чёрно-белый процесс предполагает пространственное сравнение или вычитание отражающих способностей, в то время как жёлто-синий и красно-зелёный процессы происходят в одном определённом участке поля зрения и не связаны с окружением.

Замечательный пример, который это иллюстрирует – картинка шахматной доски с тенью от цилиндра. В это сложно поверить, но клетки А и В имеют совершенно одинаковый цвет! Просто в одном случае рядом с ними находятся более светлые поля, а в другом – более темные. Вот глаз и воспринимает клетку в одном случае как белую, а в другом – как черную.

По теории Геринга, чёрно-белый процесс предполагает пространственное сравнение или вычитание отражающих способностей, в то время как жёлто-синий и красно-зелёный процессы происходят в одном определённом участке поля зрения и не связаны с окружением

Если не верите – загрузите Фотошоп и пипеткой возьмите пробу цвета в одной и в другой клетке.

Теория Геринга позволила объяснить не только все спектральные цвета и уровни насыщенности (чистоты), но и такие цвета, как коричневый и оливково-зелёный, которые отсутствуют в спектре и не могут быть воспроизведены путем смешения любых цветов. Коричневый цвет получается лишь в том случае, если жёлтое или оранжевое световое пятно будет окружено в среднем более ярким светом. Коричневый цвет можно считать смесью чёрного, получаемого в условиях пространственного контраста, с оранжевым или жёлтым. По теории Геринга, при этом работают по меньшей мере две системы – чёрно-белая и жёлто-синяя.

Теория Геринга о трёх оппонентных системах – красно-зелёной, жёлто-синей и яркостно-теневой – до середины 20-го века рассматривалась как альтернативная по отношению к трёхкомпонентной («красный, зелёный, синий») теории Юнга-Гельмгольца. Современные исследования в области нейрофизиологии зрительного восприятия привели к осознанию того, что обе теории, на протяжении десятилетий называвшиеся несовместимыми, оказались верны: теория Юнга-Гельмгольца справедлива для рецепторного уровня, а теория Геринга об оппонентных процессах – для последующих уровней зрительной системы.

Детально эта проблема изложена в замечательной книге лауреата Нобелевской премии за работы в области нейрофизиологии зрения Д.Хьюбла. Американцы Давид Хьюбл (David H.Hubel) и Торстен Вайзел (Torsten N.Wiesel) получили Нобелевскую премию 1981 года за исследование зрения. В числе прочего они показали, что глаз предоставляет в мозг вовсе не информацию о красном, зелёном и синем. Вместо этого мозг получает:

  • разницу светлого и тёмного,
  • разницу зелёного и красного, а также
  • синего и жёлтого, где жёлтый — сумма красного и зелёного.

Практически это выражается в том, что мы можем воспринимать цвет предметов одинаково при разных источниках освещения. Приведём пример. Вот две фотографии, обе они сделаны на фотопленку. Одна – при освещении галогенными лампами, другая – при освещении источником, спектрально близким к Солнцу.

Фотоплёнка не умеет адаптироваться к «опорному» свету. Она фиксирует именно тот свет, те длины волн, которые на неё падают. Поэтому фотография, сделанная при свете галогенных ламп, настолько сильно «уходит» в красно-оранжевый. Внизу справа увеличенный фрагмент – глаз. Видно, что белок глаза оранжевый. Но ведь галогенные лампы широко применяются в быту, и при их свете наши глаза совершенно нормально определяют цвет предметов!

фотография, сделанная при свете галогенных ламп, сильно «уходит» в красно-оранжевый

фотография сделанная при солнечном освещении

Можете сами провести простой эксперимент. Поставьте любое видео и сделайте стоп-кадр на моменте, когда лицо актрисы или актёра в фильме будет показано крупным планом. А теперь откройте глянцевый журнал, на котором изображена какая-нибудь красотка, и наложите журнал на экран телевизора. Разница в том, что мы воспринимаем как нормальный телесный цвет, в одном и в другом случаях будет потрясающей!

И это, безусловно, замечательно. Благодаря такому устройству нашего восприятия, мы с вами можем понимать самые разные изображения – и чёрно-белые, и написанные красками, и отображённые на световом табло стадиона, и цветные фотографии, и телевизионное изображение.

Соответственно, нельзя, по большому счёту, и говорить о цветопередаче без указания технологии воспроизведения цветов. Понятно, что большой слайд, подсвеченный равномерным белым светом, даст гораздо лучшую цветопередачу, чем даже откалиброванный монитор – не говоря уже о газетной бумаге. Поэтому можно лишь говорить о целесообразности применения той или иной технологии воспроизведения цвета для наших конкретных задач. Ну, и с этой целью сравнивать результаты.

Также внутри каждой технологии воспроизведения цвета есть множество хитростей – как подготовить изображение, чтобы были использованы все преимущества данной технологии. О моделях, которые для этого разработаны, и их практическом применении – в следующих статьях. До встречи.

 



Поделитесь с друзьями этой страницей: