Цвет
Цвет ( американский английский ) или цвет ( британский и английский язык Содружества ) — это зрительное восприятие, основанное на электромагнитном спектре . Хотя цвет не является неотъемлемым свойством объекта материи, восприятие цвета связано с поглощением света , отражением , спектрами излучения и интерференцией . Для большинства людей цвета воспринимаются в видимом спектре света с помощью трех типов колбочек ( трихроматия ). У других животных может быть другое количество типов колбочек или глаза, чувствительные к разным длинам волн, например пчелы, которые могут различать ультрафиолет и, следовательно, иметь другой диапазон цветовой чувствительности. Восприятие цвета животными происходит из-за различной длины волны света или спектральной чувствительности типов колбочек, которые затем обрабатываются мозгом .
Цвета обладают такими воспринимаемыми свойствами, как оттенок , красочность (насыщенность) и яркость . Цвета также можно смешивать аддитивно (обычно используется для реального света) или субтрактивно (обычно используется для материалов). Если цвета смешаны в правильных пропорциях, из-за метамерии они могут выглядеть так же, как одноволновый свет. Для удобства цвета могут быть организованы в цветовое пространство , которое, если абстрагироваться как математическая цветовая модель, может присвоить каждой области цвета соответствующий набор чисел. Таким образом, цветовые пространства являются важным инструментом для воспроизведения цвета в печати , фотографии , компьютерных мониторах и телевидении . Наиболее известные цветовые модели — RGB , CMYK , YUV , HSL и HSV .
Поскольку восприятие цвета является важным аспектом жизни человека, разные цвета ассоциировались с эмоциями , деятельностью и национальностью . Названия цветовых регионов в разных культурах могут иметь разные, иногда пересекающиеся области. В изобразительном искусстве теория цвета используется для управления использованием цветов эстетически приятным и гармоничным образом. Теория цвета включает в себя дополнительные цвета ; цветовой баланс ; и классификация основных цветов (традиционно красный , желтый , синий ), вторичных цветов (традиционно оранжевый , зеленый , фиолетовый ) и третичных цветов . Изучение цветов в целом называется наукой о цвете .
Физические свойства
Электромагнитное излучение характеризуется длиной волны (или частотой ) и интенсивностью . Когда длина волны находится в пределах видимого спектра (диапазон длин волн, которые может воспринимать человек, примерно от 390 до 700 нм), ее называют «видимым светом ». [1]
Большинство источников света излучают свет на разных длинах волн; источника Спектр — это распределение, дающее его интенсивность на каждой длине волны. Хотя спектр света, попадающего в глаз с данного направления, определяет цветовое ощущение в этом направлении, возможных спектральных комбинаций гораздо больше, чем цветовых ощущений. Фактически, можно формально определить цвет как класс спектров, вызывающих одно и то же цветовое ощущение, хотя такие классы могут сильно различаться у разных видов и в меньшей степени у особей одного и того же вида. В каждом таком классе члены называются метамерами рассматриваемого цвета. источников света Этот эффект можно визуализировать, сравнивая спектральное распределение мощности и полученные цвета.
Спектральные цвета
Знакомые цвета радуги в спектре , названные в 1671 году латинским словом «появление или видение» Исааком Ньютоном , включают все те цвета, которые могут быть произведены видимым светом только одной длины волны, чистые спектральные или монохроматические цвета . Спектр выше показывает приблизительные длины волн (в нм ) для спектральных цветов видимого диапазона. Спектральные цвета имеют 100% чистоту и полностью насыщены . Сложную смесь спектральных цветов можно использовать для описания любого цвета, что является определением спектра мощности света .
Спектральные цвета образуют непрерывный спектр, и то, как он лингвистически делится на отдельные цвета, является вопросом культуры и исторических обстоятельств. [2] Несмотря на повсеместную мнемонику ROYGBIV , используемую для запоминания спектральных цветов в английском языке, включение или исключение цветов является спорным, причем разногласия часто касаются индиго. [ сломанный якорь ] и голубой. [3] Даже если подмножество цветовых терминов согласовано, их диапазоны длин волн и границы между ними могут не совпадать.
Интенсивность . спектрального цвета относительно контекста, в котором он рассматривается, может значительно изменить его восприятие Например, оранжево-желтый цвет низкой интенсивности — коричневый , а желто-зеленый низкой интенсивности — оливково-зеленый . Кроме того, сдвиг оттенка в сторону желтого или синего происходит, если увеличивается интенсивность спектрального света; это называется сдвигом Безольда – Брюке . В цветовых моделях, способных представлять спектральные цвета, [4] например CIELUV , спектральный цвет имеет максимальную насыщенность. В координатах Гельмгольца это описывается как 100% чистота .
Цвет предметов
Физический цвет объекта зависит от того, как он поглощает и рассеивает свет. Большинство объектов в некоторой степени рассеивают свет и не отражают и не пропускают свет зеркально, как очки или зеркала . объект Прозрачный или проходит почти весь свет пропускает , поэтому прозрачные объекты воспринимаются как бесцветные. И наоборот, непрозрачный объект не пропускает свет и вместо этого поглощает или отражает получаемый свет. Как и прозрачные объекты, полупрозрачные объекты пропускают свет, но полупрозрачные объекты кажутся цветными, потому что они рассеивают или поглощают определенные длины волн света за счет внутреннего рассеяния. Поглощенный свет часто рассеивается в виде тепла . [5]
Цветовое зрение
Развитие теории цветового зрения
Хотя Аристотель и другие древние учёные уже писали о природе света и цветового зрения , только Ньютон определил свет как источник цветового ощущения. В 1810 году Гете опубликовал свою всеобъемлющую «Теорию цвета» , в которой дал рациональное описание цветового восприятия, которое «говорит нам, как оно возникает, а не что оно собой представляет». (Шопенгауэр)
В 1801 году Томас Янг предложил свою трихроматическую теорию , основанную на наблюдении, что любой цвет может быть сопоставлен с комбинацией трех источников света. Эта теория была позже уточнена Джеймсом Клерком Максвеллом и Германом фон Гельмгольцем . По словам Гельмгольца, «принципы закона смешения Ньютона были экспериментально подтверждены Максвеллом в 1856 году. Теория цветовых ощущений Юнга, как и многое другое, опередившее свое время этого замечательного исследователя, оставалась незамеченной до тех пор, пока Максвелл не обратил на нее внимание. ." [6]
В то же время, что и Гельмгольц, Эвальд Геринг разработал оппонентного процесса теорию цвета , отметив, что цветовая слепота и остаточные изображения обычно возникают в парах оппонентов (красный-зеленый, сине-оранжевый, желто-фиолетовый и черно-белый). В конечном итоге эти две теории были синтезированы в 1957 году Гурвичем и Джеймсоном, которые показали, что обработка сетчатки соответствует трихроматической теории, тогда как обработка на уровне латерального коленчатого ядра соответствует теории оппонента. [7]
В 1931 году международная группа экспертов, известная как Международная комиссия по освещению ( CIE ), разработала математическую цветовую модель, которая отображала пространство наблюдаемых цветов и присваивала каждому набор из трех чисел.
Цвет в глазах
Способность человеческого глаза различать цвета основана на различной чувствительности разных клеток сетчатки к свету разной длины волны . Люди являются трихроматическими — сетчатка содержит три типа цветных рецепторных клеток или колбочек . Один тип, относительно отличающийся от двух других, наиболее чувствителен к свету, воспринимаемому как синий или сине-фиолетовый, с длиной волны около 450 нм ; колбочки этого типа иногда называют коротковолновыми конусами или S-конусами (или ошибочно синими колбочками ). Два других типа тесно связаны генетически и химически: средневолновые колбочки , M-колбочки или зеленые колбочки наиболее чувствительны к свету, воспринимаемому как зеленый, с длиной волны около 540 нм, тогда как длинноволновые колбочки , L-колбочки или красные колбочки , наиболее чувствительны к свету, который воспринимается как зеленовато-желтый, с длиной волны около 570 нм.
Свет, каким бы сложным ни был его состав длин волн, глаз сводит к трем цветовым компонентам. Каждый тип колбочек придерживается принципа унивариантности , который заключается в том, что выходная мощность каждого конуса определяется количеством света, падающего на него на всех длинах волн. Для каждого места в поле зрения три типа колбочек дают три сигнала в зависимости от степени стимуляции каждого из них. Эти количества стимуляции иногда называют трехстимульными значениями . [8]
Кривая отклика как функция длины волны варьируется для каждого типа колбочек. Поскольку кривые перекрываются, некоторые значения тристимула не встречаются ни для одной комбинации входящего света. Например, невозможно стимулировать только средневолновые (так называемые «зеленые») колбочки; другие колбочки неизбежно будут одновременно в той или иной степени стимулироваться. Набор всех возможных значений тристимула определяет цветовое пространство человека . Было подсчитано, что люди могут различать примерно 10 миллионов различных цветов. [9]
Другой тип светочувствительных клеток глаза, палочка , имеет другую кривую реакции. В обычных ситуациях, когда свет достаточно яркий, чтобы сильно стимулировать колбочки, палочки практически не играют никакой роли в зрении. [10] С другой стороны, при тусклом свете колбочки недостаточно стимулируются, оставляя только сигнал от палочек, что приводит к бесцветной реакции (более того, палочки почти не чувствительны к свету в «красном» диапазоне). В определенных условиях промежуточного освещения реакция палочки и слабая реакция колбочки вместе могут привести к различению цветов, не объясняемому только реакцией колбочек. Эти эффекты в совокупности также суммируются в кривой Круитгофа , которая описывает изменение восприятия цвета и приятности света в зависимости от температуры и интенсивности.
Цвет в мозгу
Хотя механизмы цветового зрения на уровне сетчатки хорошо описаны с точки зрения значений тристимула, обработка цвета после этой точки организована по-другому. Доминирующая теория цветового зрения предполагает, что цветовая информация передается из глаза тремя противостоящими процессами или противостоящими каналами, каждый из которых построен на необработанном выходе колбочек: красно-зеленый канал, сине-желтый канал и черный канал. – белый канал «яркости». Эта теория была поддержана нейробиологией и объясняет структуру нашего субъективного цветового восприятия. В частности, он объясняет, почему люди не могут воспринимать «красновато-зеленый» или «желтовато-синий», и предсказывает цветовой круг : это набор цветов, для которого по крайней мере один из двух цветовых каналов измеряет значение в одном из своих крайних значений. .
Точная природа восприятия цвета за пределами уже описанной обработки, а также статус цвета как характеристики воспринимаемого мира или, скорее, как особенности нашего восприятия мира (типа квалиа) — это вопрос сложных и постоянных философских размышлений. спор. [ нужна ссылка ]
Из блоков V1 информация о цвете отправляется в клетки второй зрительной области, V2. Клетки в V2, которые наиболее сильно настроены по цвету, сгруппированы в «тонкие полосы», которые, как и капли в V1, окрашиваются на фермент цитохромоксидазу (тонкие полосы разделяются промежуточными и толстыми полосами, которые, по-видимому, связаны с другими визуальная информация, такая как движение и форма высокого разрешения). Нейроны V2 затем образуют синапсы с клетками расширенного V4. Эта область включает не только V4, но и две другие области задней нижней височной коры, перед областью V3, дорсальную заднюю нижнюю височную кору и задний TEO. [11] [12] предложил, Первоначально Семир Зеки чтобы Зона V4 была посвящена исключительно цвету. [13] а позже он показал, что V4 можно разделить на подобласти с очень высокой концентрацией цветных клеток, отделенных друг от друга зонами с более низкой концентрацией таких клеток, хотя даже последние клетки лучше реагируют на одни длины волн, чем на другие. [14] вывод, подтвержденный последующими исследованиями. [11] [15] [16] Наличие в V4 клеток, избирательных по ориентации, привело к мнению, что V4 участвует в обработке как цвета, так и формы, связанной с цветом. [17] но стоит отметить, что ориентационные селективные клетки в V4 настроены более широко, чем их аналоги в V1, V2 и V3. [14] Обработка цвета в расширенной версии V4 происходит в цветовых модулях миллиметрового размера, называемых globs . [11] [12] Это часть мозга, в которой цвет сначала преобразуется в полный спектр оттенков цветового пространства . [18] [11] [12]
Нестандартное цветовосприятие
Дефицит цветового зрения
Дефицит цветового зрения заставляет человека воспринимать меньшую гамму цветов, чем обычный наблюдатель с нормальным цветовым зрением. Эффект может быть слабым, с более низким «цветовым разрешением» (т. е. аномальной трихроматией ), умеренным, с отсутствием всего измерения или канала цвета (например, дихроматией ) или полным, с отсутствием полного восприятия цвета (т. е. монохромностью ). Большинство форм дальтонизма возникают из-за отсутствия одного или нескольких из трех классов колбочек, наличия смещенной спектральной чувствительности или более низкой реакции на входящий свет. Кроме того, церебральная ахроматопсия вызвана нейронными аномалиями в тех частях мозга, где происходит обработка изображений.
Некоторые цвета, которые кажутся отличными человеку с нормальным цветовым зрением, кажутся метамерными для дальтоников . Наиболее распространенной формой дальтонизма является врожденная красно-зеленая дальтонизм , от которой страдают около 8% мужчин. Люди с самой сильной формой этого состояния ( дихроматией ) воспринимают синий и фиолетовый, зеленый и желтый, бирюзовый и серый цвета как цвета путаницы, то есть метамеры. [19]
Тетрахромация
За исключением людей, которые в основном трехцветны (имеют три типа колбочек), большинство млекопитающих являются дихроматическими и имеют только две колбочки. Однако, за исключением млекопитающих, большинство позвоночных являются тетрахроматическими , имеют четыре типа колбочек, включая большинство птиц . [20] [21] [22] рептилии , земноводные и костистые рыбы . [23] [24] Дополнительное измерение цветового зрения означает, что эти позвоночные могут видеть два разных цвета, которые нормальный человек воспринимает как метамеры . Некоторые беспозвоночные, такие как креветки-богомолы , имеют еще большее количество колбочек (12), что может привести к более богатой цветовой гамме , чем даже может себе представить человек.
Существование тетрахроматов человека является спорным понятием. Около половины всех женщин имеют четыре различных класса колбочек , что может способствовать тетрахроматии. [25] Однако необходимо проводить различие между ретинальными (или слабыми ) тетрахроматами , которые выражают четыре класса колбочек в сетчатке, и функциональными (или сильными ) тетрахроматами , которые способны обеспечивать улучшенное различение цветов, ожидаемое от тетрахроматов. Фактически, существует только один рецензируемый отчет о функциональном тетрахромате. [26] Подсчитано, что средний человек способен видеть один миллион цветов, а человек с функциональной тетрахромией может видеть сто миллионов цветов. [27]
Синестезия
При определенных формах синестезии восприятие букв и цифр ( графемно-цветовая синестезия ) или прослушивание звуков ( хроместезия ) вызывает восприятие цвета. Эксперименты с поведенческой и функциональной нейровизуализацией показали, что эти цветовые переживания приводят к изменениям в поведенческих задачах и приводят к повышенной активации областей мозга, участвующих в восприятии цвета, тем самым демонстрируя их реальность и сходство с реальными цветовыми восприятиями, хотя и вызываемыми нестандартным путем. . Синестезия может возникать генетически: у 4% населения имеются варианты, связанные с этим заболеванием. Также известно, что синестезия возникает при повреждении головного мозга, приеме наркотиков и сенсорной депривации. [28]
Философ Пифагор испытал синестезию и предоставил одно из первых письменных описаний этого состояния примерно в 550 году до нашей эры. Он создал математические уравнения для музыкальных нот, которые могли составлять часть гаммы, например октавы. [29]
Остаточные изображения
После воздействия сильного света в диапазоне чувствительности фоторецепторы данного типа теряют чувствительность. [30] [31] В течение нескольких секунд после того, как свет погаснет, они будут продолжать подавать менее сильный сигнал, чем в противном случае. В цветах, наблюдаемых в этот период, будет отсутствовать цветовой компонент, обнаруживаемый десенсибилизированными фоторецепторами. Этот эффект отвечает за явление остаточных изображений , при котором глаз может продолжать видеть яркую фигуру, отведя от нее взгляд, но в дополнительном цвете . Эффекты остаточного изображения также использовались художниками, в том числе Винсентом Ван Гогом .
Постоянство цвета
Когда художник использует ограниченную цветовую палитру человека , зрительная система склонна компенсировать это, рассматривая любой серый или нейтральный цвет как цвет, отсутствующий в цветовом круге. Например, в ограниченной палитре, состоящей из красного, желтого, черного и белого, смесь желтого и черного будет выглядеть как разновидность зеленого, смесь красного и черного — как разновидность фиолетового, а чистый серый — как разновидность фиолетового. кажутся голубоватыми. [32]
Трихроматическая теория верна только тогда, когда зрительная система находится в фиксированном состоянии адаптации. [33] В действительности зрительная система постоянно адаптируется к изменениям окружающей среды и сравнивает различные цвета сцены, чтобы уменьшить влияние освещения. Если сцена освещается одним источником света, а затем другим, пока разница между источниками света остается в разумных пределах, цвета в сцене кажутся нам относительно постоянными. Это было изучено Эдвином Х. Лэндом в 1970-х годах и привело к его теории постоянства цвета сетчатки . [34] [35]
Оба явления легко объясняются и математически моделируются с помощью современных теорий хроматической адаптации и внешнего вида цвета (например, CIECAM02 , iCAM). [36] Нет необходимости отвергать трихроматическую теорию зрения, ее можно улучшить, поняв, как зрительная система адаптируется к изменениям в среде просмотра.
Воспроизведение
Воспроизведение цвета — это наука о создании цветов для человеческого глаза, которые точно передают желаемый цвет. Основное внимание уделяется тому, как построить спектр длин волн, который лучше всего вызовет у наблюдателя определенный цвет. Большинство цветов не являются спектральными цветами , то есть представляют собой смеси световых волн различной длины. Однако эти неспектральные цвета часто описываются их доминирующей длиной волны , которая определяет единственную длину волны света, которая вызывает ощущение, наиболее похожее на неспектральный цвет. Доминирующая длина волны примерно аналогична оттенку .
Существует множество цветовых восприятий, которые по определению не могут быть чистыми спектральными цветами из-за обесцвечивания или потому, что они являются пурпурными (смесь красного и фиолетового света с противоположных концов спектра). Некоторыми примерами обязательно неспектральных цветов являются ахроматические цвета ( черный , серый и белый ) и такие цвета, как розовый , коричневый и пурпурный .
Два разных световых спектра, оказывающих одинаковое воздействие на три цветовых рецептора человеческого глаза, будут восприниматься как один и тот же цвет. Они являются метамерами этого цвета. Примером этого является белый свет, излучаемый люминесцентными лампами, который обычно имеет спектр, состоящий из нескольких узких полос, тогда как дневной свет имеет непрерывный спектр. Человеческий глаз не может отличить такие световые спектры, просто взглянув на источник света, хотя индекс цветопередачи каждого источника света может влиять на цвет объектов, освещенных этими метамерными источниками света.
Точно так же большинство человеческих восприятий цвета могут быть созданы за счет смеси трех цветов, называемых основными . Это используется для воспроизведения цветных сцен в фотографии, печати, телевидении и других средствах массовой информации. Существует ряд методов или цветовых пространств для определения цвета с помощью трех конкретных основных цветов . Каждый метод имеет свои преимущества и недостатки в зависимости от конкретного применения.
Однако никакая смесь цветов не может дать отклик, действительно идентичный отклику спектрального цвета, хотя можно приблизиться к нему, особенно для более длинных волн, где диаграмма цветности цветового пространства CIE 1931 имеет почти прямой край. Например, смешивание зеленого света (530 нм) и синего света (460 нм) дает слегка ненасыщенный голубой свет, поскольку реакция рецептора красного цвета будет сильнее на зеленый и синий свет в смеси, чем на чистый голубой свет с длиной волны 485 нм, имеющий ту же интенсивность, что и смесь синего и зеленого.
Из-за этого, а также из-за того, что основные цвета в системах цветной печати сами по себе не являются чистыми, воспроизводимые цвета никогда не являются идеально насыщенными спектральными цветами, и поэтому спектральные цвета не могут быть точно сопоставлены. Однако естественные сцены редко содержат полностью насыщенные цвета, поэтому такие сцены обычно хорошо аппроксимируются этими системами. Диапазон цветов, которые могут быть воспроизведены с помощью данной системы цветопередачи, называется гаммой . CIE . Для описания гаммы можно использовать диаграмму цветности
Другая проблема систем цветопередачи связана с первичным измерением цвета, или колориметрией . Характеристики датчиков цвета в измерительных устройствах (например, камерах, сканерах) часто очень далеки от характеристик рецепторов человеческого глаза.
Система цветопередачи, «настроенная» на человека с нормальным цветовым зрением, может давать очень неточные результаты для других наблюдателей, в зависимости от отклонений цветового зрения от стандартного наблюдателя.
Разная цветовая чувствительность разных устройств может быть проблематичной, если ею не управлять должным образом. Для информации о цвете, хранящейся и передаваемой в цифровой форме, методы управления цветом , например, основанные на профилях ICC , могут помочь избежать искажений воспроизводимых цветов. Управление цветом не позволяет обойти ограничения гаммы конкретных устройств вывода, но может помочь найти хорошее отображение входных цветов в воспроизводимой гамме.
Аддитивная окраска
Аддитивный цвет — это свет, созданный путем смешивания света двух или более разных цветов. [37] [38] Красный , зеленый и синий — это аддитивные основные цвета, которые обычно используются в системах аддитивного цвета, таких как проекторы, телевизоры и компьютерные терминалы.
Субтрактивная раскраска
При субтрактивной окраске используются красители, чернила, пигменты или фильтры, которые поглощают одни длины волн света, а другие нет. [39] Цвет, отображаемый поверхностью, исходит из тех частей видимого спектра, которые не поглощаются и, следовательно, остаются видимыми. Волокна ткани, красочная основа и бумага, не содержащие пигментов и красителей, обычно состоят из частиц, хорошо рассеивающих белый свет (всех цветов) во всех направлениях. При добавлении пигмента или чернил длины волн поглощаются или «вычитаются» из белого света, поэтому свет другого цвета достигает глаза.
Если источник света не является чисто белым (как в случае почти всех форм искусственного освещения), результирующий спектр будет иметь немного другой цвет. Красная краска в синем свете может показаться черной . Красная краска является красной, потому что она рассеивает только красные составляющие спектра. Если красная краска освещена синим светом, он будет поглощен красной краской, создавая видимость черного объекта.
Субтрактивная модель также предсказывает цвет, полученный в результате смеси красок или аналогичной среды, такой как краска для ткани, независимо от того, нанесена ли она слоями или смешана перед нанесением. В случае, когда краска смешивается перед нанесением, падающий свет перед тем, как выйти наружу, взаимодействует со многими различными частицами пигмента на разной глубине внутри слоя краски. [40]
Структурный цвет
Структурные цвета — это цвета, вызванные интерференционными эффектами, а не пигментами. Цветовые эффекты создаются, когда на материале наносятся тонкие параллельные линии, образованные из одного или нескольких параллельных тонких слоев или иным образом состоящие из микроструктур в масштабе длины волны цвета . Если микроструктуры расположены случайным образом, свет с более короткими длинами волн будет рассеиваться преимущественно, создавая цвета эффекта Тиндаля : синеву неба (рэлеевское рассеяние, вызванное структурами, намного меньшими, чем длина волны света, в данном случае молекулами воздуха), блеск опалов и синева человеческих ирисов. Если микроструктуры выстроены в массивы, например массив ямок в компакт-диске, они ведут себя как дифракционная решетка : решетка отражает разные длины волн в разных направлениях из-за интерференционных явлений, разделяя смешанный «белый» свет на свет разных длин волн. . Если структура состоит из одного или нескольких тонких слоев, то она будет отражать одни длины волн и передавать другие, в зависимости от толщины слоев.
Структурный цвет изучается в области тонкопленочной оптики . Наиболее упорядоченные или наиболее изменчивые структурные цвета — переливающиеся . Структурный цвет отвечает за синий и зеленый цвет перьев многих птиц (например, голубой сойки), а также крыльев некоторых бабочек и панцирей жуков. Изменения в расстоянии между узорами часто приводят к переливающемуся эффекту, как это видно на павлиньих перьях, мыльных пузырях , масляных пленках и перламутре , поскольку отраженный цвет зависит от угла обзора. Многие ученые проводили исследования крыльев бабочек и панцирей жуков, в том числе Исаак Ньютон и Роберт Гук. С 1942 года электронная микрография используется , что способствует разработке продуктов, использующих структурный цвет, таких как « фотонная » косметика. [41]
Оптимальные цвета
Диапазон . цветового зрения человека ограничен оптимальными цветами Это самые хроматические цвета, которые способен видеть человек.
Спектр излучения или отражения цвета — это количество света каждой длины волны, которое он излучает или отражает, пропорционально заданному максимуму, который имеет значение 1 (100%). Если спектр излучения или отражения цвета равен 0 (0%) или 1 (100%) по всему видимому спектру и он имеет не более двух переходов между 0 и 1 или 1 и 0, то это оптимальный вариант. цвет. При нынешнем состоянии технологий мы не можем производить какой-либо материал или пигмент с такими свойствами. [42]
Таким образом, возможны четыре типа спектра «оптимального цвета». В первом случае переход идет от 0 на обоих концах спектра к 1 в середине, как показано на изображении справа. Во втором случае он меняется от 1 на концах до 0 в середине. В третьем типе он начинается с 1 на красном конце спектра и меняется на 0 на данной длине волны. В четвертом типе он начинается с 0 в красном конце спектра и меняется на 1 на данной длине волны. Первый тип создает цвета, которые похожи на спектральные цвета и примерно соответствуют подковообразной части диаграммы цветности CIE xy ( спектральный локус ), но обычно являются более хроматическими , хотя и менее спектрально чистыми. Второй тип дает цвета, которые похожи (но, как правило, более хроматичны и менее спектрально чисты, чем) цветам на прямой линии на диаграмме цветности CIE xy (« линия пурпурного цвета »), что приводит к пурпурным или фиолетовым цветам. Третий тип создает цвета, расположенные на «теплом» остром крае оптимального цветового тела (это будет объяснено позже в статье). Четвертый тип дает цвета, расположенные на «холодной» острой границе оптимального цветового тела.
Оптимальное цветовое тело , Рёша – МакАдама цветовое тело , или просто видимая гамма , представляет собой тип цветового тела, которое содержит все цвета, которые способен видеть человек . Оптимальное цветовое тело ограничено множеством всех оптимальных цветов. [44]
В оптимальных цветных телах цвета видимого спектра теоретически являются черными, поскольку их спектр излучения или отражения равен 1 (100%) только на одной длине волны и 0 на всех других бесконечных видимых длинах волн, которые существуют, что означает, что они имеют яркость 0 по отношению к белому, а также будет иметь 0 цветности, но, естественно, 100% спектральную чистоту. Вкратце: в оптимальных цветных телах спектральные цвета эквивалентны черному (0% светлоты, 0 цветности), но имеют полную спектральную чистоту (они расположены в подковообразном спектральном локусе диаграммы цветности). [43]
В линейных цветовых пространствах, содержащих все цвета, видимые человеком, таких как LMS или CIE 1931 XYZ , набор полулиний , которые начинаются в начале координат (черный, (0, 0, 0)) и проходят через все точки, представляющие цвета видимого спектра и часть плоскости, проходящая через фиолетовую полулинию и красную полулинию (оба конца видимого спектра), образуют «конус спектра». Черная точка (координаты (0, 0, 0)) оптимального цветного тела (и только черная точка) касается «конуса спектра», а белая точка (1, 1, 1) (только белая точка ) касается «перевернутого конуса спектра», при этом «перевернутый конус спектра» симметричен « конусу спектра» относительно средней точки серого (0,5, 0,5, 0,5). Это означает, что в линейных цветовых пространствах оптимальное цветовое тело центрально симметрично. [43]
В большинстве цветовых пространств поверхность оптимального цветового тела гладкая, за исключением двух точек (черной и белой); и два острых края: « теплый » край, который переходит от черного к красному , оранжевому , желтому и белому; и « холодный » край, который идет от черного к темно- фиолетовому , синему , голубому и белому . Это связано со следующим: если часть спектра излучения или отражения цвета спектрально красная (которая расположена на одном конце спектра), она будет восприниматься как черная. Если размер части общего излучения или отражения увеличить, теперь охватывая от красного конца спектра до желтых длин волн, он будет виден как красный или оранжевый. Если часть расширить еще больше, охватив зеленые длины волн, она будет восприниматься как желтая. Если его расширить еще больше, он будет охватывать больше длин волн, чем желтый полухром , приближаясь к белому, пока не будет достигнут полный спектр излучения или отражения. Описываемый процесс называется «кумуляцией». Кумуляцию можно начать с любого конца видимого спектра (мы только что описали кумуляцию, начиная с красного конца спектра, создавая «теплый» острый край), кумуляция, начиная с фиолетового конца спектра, порождает «холодный» резкий край. край. [43]
Максимальное количество цветов насыщенности, полухромов или полноцветов.
Каждый оттенок имеет максимальный цвет насыщенности, также известный как максимальная точка цветности, полухром или полноцвет; нет цветов этого оттенка с более высокой насыщенностью. Это самые хроматические, яркие оптимальные цвета. Хотя на данный момент мы не можем их производить, это цвета, которые должны находиться в идеальном цветовом круге. назвал их полухромными или полноцветными . Немецкий химик и философ Вильгельм Оствальд в начале 20 века [43] [45]
Если B — дополнительная длина волны к длине волны A, то прямая линия, соединяющая A и B, проходит через ахроматическую ось в линейном цветовом пространстве, таком как LMS или CIE 1931 XYZ. Если спектр излучения или отражения цвета равен 1 (100%) для всех длин волн между A и B и 0 для всех длин волн в другой половине цветового пространства, то этот цвет является цветом максимальной цветности, полухромным, или полноцветные (это объяснение, почему их назвали полухромами ). Таким образом, цвета с максимальной насыщенностью являются типом оптимальных цветов. [43] [45]
Как уже объяснялось, полноцветные изображения далеки от монохроматических. Если спектральную чистоту максимального цвета цветности увеличить, его цветность уменьшится, потому что он приблизится к видимому спектру, следовательно, он приблизится к черному. [43]
В воспринимаемо однородных цветовых пространствах яркость полных цветов варьируется от примерно 30% в фиолетово- синих оттенках до примерно 90% в желтоватых оттенках. Цветность каждой максимальной точки цветности также варьируется в зависимости от оттенка; в оптимальных цветовых телах, построенных в единых по восприятию цветовых пространствах, полухромы, такие как красный , зеленый , синий , фиолетовый и пурпурный , имеют высокую цветность, в то время как полухромы, такие как желтый , оранжевый и голубой, имеют немного более низкую цветность.
В цветовых пространствах, таких как цветовое пространство HSL , максимальные цвета цветности расположены вокруг экватора на периферии цветовой сферы. Это делает цветные тела сферической формы по своей сути неперцепционно однородными , поскольку они подразумевают, что все полные цвета имеют яркость 50%, тогда как, как их воспринимает человек, существуют полные цвета с яркостью от примерно 30% до примерно 90%. . Воспринимаемое однородное по цвету твердое вещество имеет неправильную форму. [46] [47]
Культурная перспектива
Значения и ассоциации цветов могут играть важную роль в произведениях искусства, в том числе в литературе. [48]
Ассоциации
Отдельные цвета имеют множество культурных ассоциаций, таких как национальные цвета (в целом описанные в отдельных статьях о цветах и цветовой символике ). Область психологии цвета пытается определить влияние цвета на эмоции и деятельность человека. Хромотерапия — это форма альтернативной медицины, приписываемая различным восточным традициям. Цвета имеют разные ассоциации в разных странах и культурах. [49]
Доказано, что разные цвета влияют на когнитивные способности. Например, исследователи из Университета Линца в Австрии продемонстрировали, что красный цвет значительно снижает когнитивные функции у мужчин. [50] Сочетание красного и желтого цветов может вызвать чувство голода, чем и воспользовались многие сетевые рестораны. [51]
Цвет также играет роль в развитии памяти. Черно-белая фотография запоминается немного меньше, чем цветная. [52] Исследования также показывают, что ношение ярких цветов делает вас более запоминающимся для людей, с которыми вы встречаетесь.
Терминология
Цвета различаются по-разному, включая оттенок (оттенки красного , оранжевого , желтого , зеленого , синего , фиолетового и т. д.), насыщенность , яркость . Некоторые цветные слова происходят от названия объекта этого цвета, например « оранжевый » или « лосось », тогда как другие являются абстрактными, например «красный».
В исследовании 1969 года « Основные термины цвета : их универсальность и эволюция » Брент Берлин и Пол Кей описывают закономерность в наименовании «основных» цветов (например, «красный», но не «красно-оранжевый», «темно-красный» или «кроваво-красный»). которые представляют собой «оттенки» красного). Во всех языках, в которых есть два «основных» названия цветов, различаются темные/холодные цвета от ярких/теплых. Следующими цветами, которые следует различать, обычно являются красный, а затем желтый или зеленый. Все языки с шестью «основными» цветами включают черный, белый, красный, зеленый, синий и желтый. Шаблон поддерживает набор из двенадцати: черный, серый, белый, розовый, красный, оранжевый, желтый, зеленый, синий, фиолетовый, коричневый и лазурный (отличается от синего в русском и итальянском языках , но не в английском).
См. также
- хромофор
- Цветовой анализ
- Цвет в китайской культуре
- Цветовое картографирование
- Дополнительные цвета
- Невозможный цвет
- Международный консорциум цвета
- Международная комиссия по освещению
- Списки цветов (компактная версия)
- Нейтральный цвет
- Перламутровое покрытие, включая пигменты с металлическим эффектом.
- Псевдоцвет
- Первичные , вторичные и третичные цвета.
Ссылки
- ^ Беттини, Алессандро (2016). Курс классической физики, Vol. 4 – Волны и Свет . Спрингер. стр. 95, 103. ISBN. 978-3-319-48329-0 .
- ^ Берлин, Б. и Кей, П. , Основные термины цвета: их универсальность и эволюция , Беркли: University of California Press , 1969.
- ^ Уолдман, Гэри (2002). Введение в свет: физика света, зрения и цвета . Минеола: Dover Publications. п. 193. ИСБН 978-0486421186 .
- ^ «Восприятие цвета» (PDF) . курсы.washington.edu .
- ^ Бернс, Рой С. (2019). Принципы технологии цвета Биллмейера и Зальцмана . Фред В. Биллмейер, Макс Зальцман (4-е изд.). Хобокен, Нью-Джерси: Уайли . стр. 5–9, 12. ISBN. 978-1119366683 . OCLC 1080250734 .
- ^ Герман фон Гельмгольц, Физиологическая оптика: ощущения зрения , 1866, как переведено в «Источниках науки о цвете» , Дэвид Л. Макадам, изд., Кембридж: MIT Press , 1970.
- ^ Палмер, SE (1999). Vision Science: Фотоны в феноменологии , Кембридж, Массачусетс: MIT Press. ISBN 0262161834 .
- ^ Журнал Никола Джонс, Knowable. «Цвет находится в глазах и мозге смотрящего» . Научный американец . Проверено 8 ноября 2022 г.
{{cite web}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) - ^ Джадд, Дин Б.; Выжецкий, Гюнтер (1975). Цвет в бизнесе, науке и промышленности . Серия Wiley по чистой и прикладной оптике (3-е изд.). Нью-Йорк: Wiley-Interscience . п. 388. ИСБН 978-0471452126 .
- ^ «В условиях хорошего освещения (фотопическое зрение) колбочки ... очень активны, а палочки неактивны». Хиракава, К.; Паркс, ТВ (2005). «Хроматическая адаптация и проблема баланса белого» (PDF) . Международная конференция IEEE по обработке изображений, 2005 г. IEEE ICIP. стр. III-984. дои : 10.1109/ICIP.2005.1530559 . ISBN 0780391349 . Архивировано из оригинала (PDF) 28 ноября 2006 г.
- ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б с д Конвей Б.Р., Мёллер С., Цао Д.Ю. (ноябрь 2007 г.). «Специализированные цветовые модули в экстрастриарной коре макак» . Нейрон . 56 (3): 560–73. дои : 10.1016/j.neuron.2007.10.008 . ПМЦ 8162777 . ПМИД 17988638 . S2CID 11724926 . Архивировано из оригинала 10 октября 2022 г. Проверено 8 декабря 2023 г.
- ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б с Конвей Б.Р., Цао Д.Ю. (октябрь 2009 г.). «Нейроны с цветовой настройкой пространственно сгруппированы в соответствии с цветовыми предпочтениями в задней нижней височной коре макака» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 106 (42): 18034–9. Бибкод : 2009PNAS..10618034C . дои : 10.1073/pnas.0810943106 . ПМК 2764907 . ПМИД 19805195 .
- ^ Зеки С.М. (апрель 1973 г.). «Цветовое кодирование в коре головного мозга макаки-резус». Исследования мозга . 53 (2): 422–7. дои : 10.1016/0006-8993(73)90227-8 . ПМИД 4196224 .
- ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б Зеки С. (март 1983 г.). «Распределение длины волны и ориентация селективных клеток в разных областях зрительной коры обезьяны». Труды Лондонского королевского общества. Серия Б, Биологические науки . 217 (1209): 449–70. Бибкод : 1983RSPSB.217..449Z . дои : 10.1098/rspb.1983.0020 . ПМИД 6134287 . S2CID 39700958 .
- ^ Бушнелл Б.Н., Хардинг П.Дж., Косаи Ю., Баир В., Пасупати А. (август 2011 г.). «Эквилюминантные клетки зрительной области коры v4» . Журнал неврологии . 31 (35): 12398–412. doi : 10.1523/JNEUROSCI.1890-11.2011 . ПМК 3171995 . ПМИД 21880901 .
- ^ Танигава Х., Лу Х.Д., Роу А.В. (декабрь 2010 г.). «Функциональная организация цвета и ориентации у макак V4» . Природная неврология . 13 (12): 1542–8. дои : 10.1038/nn.2676 . ПМК 3005205 . ПМИД 21076422 .
- ^ Зеки С. (июнь 2005 г.). «Лекция Ферье 1995 года за видимым: функциональная специализация мозга в пространстве и времени» . Философские труды Лондонского королевского общества. Серия Б, Биологические науки . 360 (1458): 1145–83. дои : 10.1098/rstb.2005.1666 . ПМК 1609195 . ПМИД 16147515 .
- ^ Зеки, С. (1980). «Представление цветов в коре головного мозга» . Природа . 284 (5755): 412–418. Бибкод : 1980Natur.284..412Z . дои : 10.1038/284412a0 . ISSN 1476-4687 . ПМИД 6767195 . S2CID 4310049 .
- ^ Флюк, Даниэль (19 января 2009 г.). «Дальтоники цвета путаницы» . Колблиндор . Проверено 14 ноября 2022 г.
- ^ Беннетт, Эндрю Т.Д.; Катхилл, Иннес К.; Партридж, Джулиан К.; Майер, Эрхард Дж. (1996). «Ультрафиолетовое зрение и выбор партнера у зебровых амадин». Природа . 380 (6573): 433–435. Бибкод : 1996Natur.380..433B . дои : 10.1038/380433a0 . S2CID 4347875 .
- ^ Беннетт, Эндрю Т.Д.; Тери, Марк (2007). «Цветовое зрение и окраска птиц: междисциплинарная эволюционная биология» (PDF) . Американский натуралист . 169 (С1): С1–С6. дои : 10.1086/510163 . ISSN 0003-0147 . JSTOR 510163 . S2CID 2484928 .
- ^ Катхилл, Иннес К.; Партридж, Джулиан К.; Беннетт, Эндрю Т.Д.; Черч, Стюарт К.; Харт, Натан С.; Хант, Сара (2000). Дж. Б. Слейтер, Питер; Розенблатт, Джей С.; Сноудон, Чарльз Т.; Ропер, Тимоти Дж. (ред.). Ультрафиолетовое зрение у птиц . Достижения в изучении поведения. Том. 29. Академическая пресса. п. 159. дои : 10.1016/S0065-3454(08)60105-9 . ISBN 978-0-12-004529-7 .
- ^ Боумейкер, Джеймс К. (сентябрь 2008 г.). «Эволюция зрительных пигментов позвоночных» . Исследование зрения . 48 (20): 2022–2041. дои : 10.1016/j.visres.2008.03.025 . ПМИД 18590925 . S2CID 52808112 .
- ^ Воробьев М. (ноябрь 1998 г.). «Тетрахроматия, капли масла и цвета оперения птиц». Журнал сравнительной физиологии А. 183 (5): 621–33. дои : 10.1007/s003590050286 . ПМИД 9839454 . S2CID 372159 .
- ^ Джеймсон, Калифорния; Хайноут, СМ; Вассерман, LM (2001). «Более богатый цветовой опыт у наблюдателей с несколькими генами опсина фотопигмента» (PDF) . Психономический бюллетень и обзор . 8 (2): 244–261 [256]. дои : 10.3758/BF03196159 . ПМИД 11495112 . S2CID 2389566 . Архивировано (PDF) из оригинала 4 октября 2013 г.
- ^ Джордан, Г.; Диб, СС; Бостен, Дж. М.; Моллон, JD (20 июля 2010 г.). «Размерность цветового зрения у носителей аномальной трихромазии» . Журнал видения . 10 (8): 12. дои : 10.1167/10.8.12 . ПМИД 20884587 .
- ^ Кершнер, Кейт (26 июля 2016 г.). «Счастливчики-тетрахроматы видят мир в 100 миллионах цветов» . Проверено 9 февраля 2022 г.
- ^ Бранг, Дэвид (22 ноября 2011 г.). «Выживание гена синестезии: почему люди слышат цвета и пробуют слова?» . ПЛОС Биология . 9 (11): е1001205. дои : 10.1371/journal.pbio.1001205 . ПМЦ 3222625 . ПМИД 22131906 .
- ^ «Краткая история синестезии в искусстве» . Проверено 9 февраля 2022 г.
- ^ Герстенкорн, Д; Ли, AG (2 июля 2014 г.). «Обновленная палинопсия: систематический обзор литературы». Обзор офтальмологии . 60 (1): 1–35. doi : 10.1016/j.survophthal.2014.06.003 . ПМИД 25113609 .
- ^ Бендер, МБ; Фельдман, М; Собин, AJ (июнь 1968 г.). «Палинопсия». Мозг: журнал неврологии . 91 (2): 321–38. дои : 10.1093/мозг/91.2.321 . ПМИД 5721933 .
- ^ Депау, Роберт К. «Патент США» . Архивировано из оригинала 6 января 2012 года . Проверено 20 марта 2011 г.
- ^ Уолтерс, Х.В. (1942). «Некоторые эксперименты по трихроматической теории зрения» . Труды Лондонского королевского общества. Серия Б, Биологические науки . 131 (862): 27–50. Бибкод : 1942РСПСБ.131...27Вт . дои : 10.1098/rspb.1942.0016 . ISSN 0080-4649 . JSTOR 82365 . S2CID 120320368 .
- ^ «Эдвин Х. Лэнд | Оптика» . www.optica.org . Проверено 8 декабря 2023 г.
- ^ Кэмпбелл, ФРВ (1994). «Эдвин Герберт Лэнд. 7 мая 1909 г. — 1 марта 1991 г.» . Биографические мемуары членов Королевского общества . 40 : 197–219. дои : 10.1098/rsbm.1994.0035 . ISSN 0080-4606 . JSTOR 770305 . S2CID 72500555 .
- ^ Доктор медицинских наук Фэйрчайлд, Модели цветового оформления. Архивировано 5 мая 2011 г., в Wayback Machine , 2-е изд., Уайли, Чичестер (2005).
- ^ МакЭвой, Брюс. «Отпечаток руки: атрибуты цветопередачи» . www.handprint.com . Проверено 26 февраля 2019 г.
- ^ Дэвид Бриггс (2007). «Измерения цвета» . Архивировано из оригинала 28 сентября 2015 г. Проверено 23 ноября 2011 г.
- ^ «Учебник по микроскопии молекулярных выражений: физика света и цвета – введение в основные цвета» . micro.magnet.fsu.edu . Проверено 8 декабря 2023 г.
- ^ Уильямсон, Сэмюэл Дж; Камминс, Герман З. (1983). Свет и цвет в природе и искусстве . Нью-Йорк: John Wiley & Sons, Inc., стр. 28–30. ISBN 0-471-08374-7 .
Таким образом, законы субтрактивного смешения цветов, которые успешно описывают, как свет изменяется неспектральными фильтрами, также описывают, как свет изменяется пигментами.
- ^ «Совет по экономическим и социальным исследованиям: наука на скамье подсудимых, искусство на складе» . Архивировано из оригинала 2 ноября 2007 года . Проверено 7 октября 2007 г.
- ^ Шрёдингер, Эрвин (1919). «Теория пигментов наибольшей светимости» . Анналы физики . 367 (15): 603–622. Бибкод : 1920АнП...367..603С . дои : 10.1002/andp.19203671504 .
- ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б с д и ж г Кендеринк, Ян; ван Доорн, Андреа Дж.; Гегенфуртнер, Карл (2021). «Цвета RGB и экологическая оптика» . Границы в информатике .
- ^ Пералес, Эстер; Мора Эстеван, Тереза; Викейра Перес, Валентин; из Феса — Долорес; Гилаберт Перес, Эдуардо Хосе; Мартинес-Верду, Франсиско М. (2005). «Новый алгоритм расчета пределов МакАдама для любого коэффициента яркости, угла оттенка и источника света» . Институциональный репозиторий Университета Аликанте .
- ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б Либерини, Симоне; Рицци, Алессандро (2022). «Цветовые пространства Манселла и Оствальда: сравнение в области окрашивания волос» . Исследование и применение цвета .
- ^ http://www.huevaluechroma.com/081.php
- ^ Манселл (1912), с. 239
- ^ Вестфаль, Гэри (2005). Энциклопедия научной фантастики и фэнтези Гринвуда: темы, произведения и чудеса . Издательская группа Гринвуд. стр. 142–143. ISBN 978-0313329517 .
- ^ «Таблица: значения цветов в зависимости от культуры» . Архивировано из оригинала 12 октября 2010 г. Проверено 29 июня 2010 г.
- ^ Дзулкифли, Мариам; Мустафар, Мухаммед (2013). «Влияние цвета на работу памяти: обзор». Малазийский журнал медицинских наук . 20 (2): 3–9. дои : 10.1016/j.chb.2010.06.010 . S2CID 17764339 .
- ^ «Есть хитрая причина, по которой на логотипах фаст-фуда всегда можно увидеть красный и желтый цвета» . Бизнес-инсайдер . Проверено 9 февраля 2022 г.
- ^ Гнамбс, Тимо; Аппель, Маркус; Батинич, Бернад (2010). «Красный цвет в веб-тестировании знаний». Компьютеры в поведении человека . 26 (6): 1625–1631. дои : 10.1016/j.chb.2010.06.010 . S2CID 17764339 .
Внешние ссылки
- Цвет в Британской энциклопедии
- Маунд, Барри. "Цвет" . В Залте, Эдвард Н. (ред.). Стэнфордская энциклопедия философии .
- "Цвет" . Интернет-энциклопедия философии .
Цветовые темы |
|---|
Фотография |
|---|
Цветовые классификации |
|---|
