Интервал длин волн светового излучения воспринимаемых человеком. Биология света
Граждане читатели, технари и гуманитарии, вы находитесь в опасности, немедленно переместитесь на улицу под теплое летнее солнышко (если погода позволяет), это не учебная тревога! Повторяю это не учебная тревога! Ну а если окружающие не оценят вашу попытку провести эвакуацию, то устраивайтесь поудобнее и давайте поговорим с вами об освещении. Если в двух словах, статья про воздействие бытового (внутреннего) освещения на наш с вами организм. Я постараюсь не перегружать статью техническими сведениями, для всех любознательных коллег оставлю соответствующие ссылки. Однако, без графиков все же не обойдемся (люблю я их просто). Статья получилась длинная, так что в итоге я решил что мы рассмотрим в первую очередь спектральную характеристику освещения ().
Итак, представьте, друзья, что живет где-то на свете среднестатистический человек, назовем его Василий. И вот значится жил себе жил Василий 20 лет на опушке леса в средней полосе нашей бескрайней родины, да вот захотелось ему «кофе от лучших бариста», свитшотов, да «айфонов» глянцевых и решил Василий в город податься. А чтобы ему совсем не сладко жилось, то решил он податься в офис на цокольном этаже в славный город Мурманск, ну в общем в «бетонную коробку офисную», дабы трудится там не покладая рук и света божьего не видеть.
А вот, что же там Василия ждало, спрятано под катом, всех любознательных милости просим.
Статья будет большая и по смыслу делиться на три части
1 – Спектральные характеристики источников света
2 – Как можно померить спектр с помощью прямых рук и «синей изоленты»
3 – Кратко о воздействии света на человека
*Примечания представленные в статье спектры ввиду технических ограничений могут отличаться от реальных источников света, если есть желание проверьте сами.
Часть 1 – спектральные характеристики источников света
Для начала рассмотрим основные моменты1. До массового внедрения в быт электрических источников света, человечество во многом подстраивало свою жизнедеятельность (суточный цикл) под естественное освещение.
2. Естественное освещение изменяется втечении суток, спектр излучения у него непрерывный, солнце светит в ультрафиолетовом, видимом, и инфракрасных диапазонах. для естественного освещения не характерна пульсация.
3. Современный человек обычно проводит добрых 90% своего времени в помещениях (транспорт тоже будем считать искусственной средой)
4. В помещениях человек, часто пользуется искусственным освещением (или совмещенным), даже летним днем не все имеют возможность использовать только естественное освещение
5. Свет влияет на биологические процессы в организме человека
Вот так выглядит спектр солнца с «радугой» и графиком, кто-то добросовестно сфотографировал московское небо
Вернемся к Василию. Как мы помним почти всю свою сознательную жизнь он провел на природе, посмотрим как ему светило солнышко, и почему от него у ежей быстрей росли колючки. 
Ответственные мужи занимающиеся светотехникой сделали для нас модель условного дневного света различной цветовой температуры (это xls в котором можно моделировать не бойтесь), мы представим, что ранним утром Василию светило солнышко с температурой 4000К, в полдень с температурой 5500К ну а днем все 7000К, ну а к ночи двигалось в обратном порядке (примерная цветовая температура источников света ).
Но такое лакомое солнышко светило очень и очень давно, что может ждать нашего героя попавшего в «бетонную коробку»?
Учитывая, что большинство людей занятых на работах не связанных с производством, вряд ли сидят в помещениях похожих на офисы категории «А», то многих (и меня в частности) ждет это
Дешёвые люминесцентные лампы с электромагнитной пуско-регулирующей аппаратурой, например ЛБ-40 с индексом цветопередачи (способностью воспроизводить корректно цвета) CRI<70.
Возможно это будут более дорогие заморские баклажанные, лампы от Osram или Philips с CRI>80, ну а поскольку график под рукой у меня завалялся и для компактных люминесцентных ламп КЛЛ, то упомянем и про них.
смотрим
Итак, что мы видим, мы видим мечту любого скалолаза и способ проверки друзей по методу В. Высоцкого, а именно, горы и пики, причем чем дешевле лампа тем больше «Гималаи» мы наблюдаем.
О чем нам это говорит? Это говорит нам в первую очередь о том, что свет совсем не такой как естественный. А если учесть, что наш подопытный Василий вынужден сидеть под совсем неизменным светом все свои 8 рабочих часов. Помните график выше? Естественный свет изменяется в течении дня, а этот вот нисколечко нет. Таким образом наш организм страдает от нахождения под непривычным освещением. Что связано с ухудшением здоровья, уменьшением зрительной работоспобности и производительности труда. Не верите мне? Спросите у мудрейшего Юлиан Борисовича Айзенберга (справочник по светотехнике стр. 889).
Где же выход, возможно светодиодное освещение? 
Ну пожалуй, что не совсем. Хотя, уже намного лучше.
Смотрим на графики и все равно «твой спектр на мамин совсем не похож». Все равно есть пик в синей области, провал в голубой, ну и опять напомню, что большинство светодиодных ламп светит одним цветов в течении дня.
Картинок для RGB светодиодов у меня под рукой нет, но поверьте, что там дело обстоит ничуть не лучше (а пожалуй обычно даже хуже).
Замеры тем что было под рукой
картинка из интернета
Спектр теплого белого СИД под спойлером.
смотрим
Итак, вот отпахал Василий свои 8 часов, вернулся домой и, устав от казённых ламп, приходит домой садиться на диван и окунается в теплый ламповый свет.
И, кстати, это не так плохо, для вечернего домашнего освещения, лампа накаливания остается хорошим вариантом. Спектр лампы накаливания во многом соответствует спектру вечернего солнца, и не сильно подавляет выработку мелатонина(об этом чуть позже), опять таки один минус не регулируется в процессе дня.
Спектр лампы накаливания под спойлером:
Смотрим
Посидел Василий дома подумал, подумал, решил что не будет больше здоровью вредить станет он дворянкою столбовою фрилансером и будет светом белым управлять, как захочет пока дома работает.
И это, кстати, не самый плохой вариант, не смотря на то, что современные диммируемые светодиодные лампы все равно не дают полной идентичности естественному освещению, это все же лучше чем вышеупомянутые ЛБ-40 и даже может быть немного лучше чем просто светодиодные лампы. Причем если RGBW лампы это скорее баловство, то лампы на основе СИД теплого белого и холодного белого света вполне пригодны для освещения. Если заинтересовало, можно посмотреть в эту сторону
По крайней мере такая лампа, может ступенчато имитировать теплый белый, нейтральный белый и холодный белый свет. (под спойлером) Что худо бедно вяжется с естественным солнечным циклом.
Спектры лампы ML-19 Dual White E27 шар 9W (цветовая температура на основании данных производителя)
смотрим
Часть 2 - как можно померить спектр с помощью прямых рук и синей изоленты
Как-то я уже поднимал эту тему на Хабре . Но, думаю, стоит рассказать вкратце.Итак, мы с вами загорелись картинками с радугой и решили начать везде мерить спектр. Поскольку самый дешёвый спектрометр стоит в РФ больше 70 т.р. (на момент написания статьи), то мы пойдем другим путем.
Есть такие замечательные ребята с портала http://publiclab.org/ , много у них там интересной открытой науки и так далее. Но нас интересуют самодельные спектрометры.
3. Дальше собираем все части вместе я использовал простой клеящий карандаш, а диф. решетку крепил изолентой (хотя двухсторонний скотч предпочтительнее), смотрим что получилось, а получилась хрупкая просвечивающаяся конструкция, поэтому если бумага изначально была плотная, то мы радостно сможем армировать ее изолентой, до тех пор пока не получим синий или черный квадрат Малевича, в итоге наш спектроскоп не должен пропускать никакого света, кроме света через щель.
4. Берем желательно старый ненужный телефон (нет ну в принципе можно взять любой). И приклеиваем к его корпусу нашу конструкцию, предварительно определив куда будем приклеивать, так чтобы спектр нормально попадал в камеру. Можно конечно не приклеивать а каждый раз прикладывать, но это неудобно и спектры будут часто съезжать. Да кстати вовсе необязательно крепить к телефону, можно и к веб камере, как вам удобней. На фото самодельный спектрометр (обклеенный), и два комплекте первый его тот же самый но из комплекта, второй похожий по принципу но из пластика (качество по лучше):
5. Обязательно идем снимать спектр компактной люминесцентной лампы (КЛЛ) или на худой конец обычной люминесцентной лампы, а потом уже все что душе годно После того как мы сфотографировали все спектры, что хотели. Их необходимо обработать, можно в любом графическом редакторе. Я как правило кадрирую и при необходимости центрирую. Поскольку метод калибровки (об этом ниже) предусматривает сравнение с эталоном, то надо чтобы все полоски спектра на всех снимках находились в одном и том же месте (насколько это возможно) или в итоге вы получите, что компьютер будет воспринимать сдвинутое изображение как свет с другой длиной волны.
Ну вот вроде бы и все, статья получилась большая, думаю, что еще не скоро что-то осилю, поэтому спасибо всем, кто прочитал, берегите здоровье.
О пульсации *Бонус
Все искусственные источники света (лампы накаливания, люминесцентные, светодиодные), в той или иной степени пульсируют (световой поток в течении времени то становится меньше то больше), в зависимости от частоты пульсации наш глаз может это заметить, а может и не заметить, в любом случае понять что пульсация вредна достаточно просто, прогуляйтесь до любого светильника с некачественными люминесцентными лампами и пристально посмотрите на него минуту (хотя говорят, что если долго всматриваться в люминесцентную лампу то люминесцентная лампа начнет всматриваться в тебя).
Существуют различные способы снизить пульсацию, как правило они заключаются в применение качественных электронных устройств питания и управления (ЭПРА для люминесцентных ламп, или драйверы для светодиодов).
Но поскольку на мой взгляд достоверно из совсем уж подручных средств пульсацию не померить, то мы остановимся на вопросе спектральной характеристики света, а всем интересующимся измерением пульсации можно заглянуть сюда .
Электромагнитный спектр представляет диапазон всех частот или длин волн электромагнитного излучения от очень низких энергетических частот как радиоволны до очень высоких частот, таких как гамма-лучи. Свет это часть электромагнитного излучения, которая является видимой для человеческого глаза и называется видимый свет.
Солнечные лучи гораздо шире видимого спектра света и описываются как полный спектр, включающий диапазон длин волн, необходимых для поддержания жизни на земле и : инфракрасный, видимый и ультрафиолетовый (УФ).
Человеческий глаз реагирует только на видимый свет, который лежит между инфракрасным и ультрафиолетовым излучением имеющий крошечные длины волн. Длина волны видимого света составляет всего от 400 до 700 Нм (нанометр миллиардная метра).
Видимый спектр света включает семь цветных полос, когда солнечные лучи преломляются через призму: красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий и фиолетовый.
Первым человеком, открывшим что белый состоит из цветов радуги был Исаак Ньютон который в 1666 году направил солнечный луч через узкую щель и затем через призму на стену – получив все видимые цвета.
Видимый свет применение
За годы светотехническая промышленность стремительно развивала электрические и искусственные источники, которые копировали свойства солнечного излучения.
В 1960-х годов ученые придумали термин «полный спектр освещения» для описания источников, испускающих подобие полного естественного освещения, который включал ультрафиолетовый и видимый спектр необходимый для здоровья организма человека, животных и растений.
Искусственное освещение для дома или офиса подразумевает естественное освещение в непрерывном распределении спектральной мощности который представляет мощность источника в зависимости от длины волны с равномерным уровнем лучистой энергии связанный с и галогенновыми лампами.
Видимый свет – это часть электромагнитного излучения (ЭМ), как радиоволны, инфракрасное излучение, ультрафиолетовое излучение, рентгеновские лучи и микроволны. Как правило, видимый свет определяется как визуально определяемый для большинства человеческих глаз
ЭМ излучение передает волны или частицы на различных величинах волн и частотах. Такой широкий диапазон длин волн называется электромагнитным спектром .Спектр, как правило, делится на семь диапазонов в порядке уменьшения длины волны и увеличения энергии и частоты. Общее обозначение представляет радиоволны, микроволны, инфракрасное (ИК), видимый свет, ультрафиолетовое (УФ), рентгеновские лучи и гамма-лучи.
Длина волны видимого света находится в диапазоне электромагнитного спектра между инфракрасным (ИК) и ультрафиолетовым (УФ).
Она имеет частоту от 4 × 10 14 до 8 × 10 14 циклов в секунду, или герц (Гц) и длина колебаний от 740 нанометров (нм) или 7,4 × 10 -5 см до 380 нм или 3,8 × 10 -5 см.Что такое цвет
Пожалуй, наиболее важной характеристикой видимого света является пояснение что такое цвет . Цвет является неотъемлемым свойством и артефактом человеческого глаза. Как ни странно, но объекты “не имеют” цвета – он существует только в голове смотрящего. Наши глаза содержат специализированные клетки, образующие сетчатку глаза, которая действует как приемники, настроенные на длины волн в этой узкой полосе частот.
Звезда Бетельгейзе
Звезда Ригель
Астрономы также могут определить, какие объекты из чего состоят, так как каждый элемент поглощает свет в определенных длинах волн, называемых спектром поглощения. Зная спектры поглощения элементов, астрономы могут использовать спектроскопы для определения химического состава звезд, газопылевых облаков и других удаленных объектов.
Свет играет важную роль в фотографии. Привычный всем солнечный свет имеет достаточно сложный спектральный состав.
Спектральный состав видимой части солнечного света характеризуется наличием монохроматических излучений, длина волны которых находится в пределах 400-720 нм, по другим данным 380-780 нм.
Иными словами солнечный свет может быть разложен на монохроматические составляющие. В тоже время монохроматические (или одноцветные) составляющие дневного света не могут быть выделены однозначно , а, ввиду непрерывности спектра, плавно переходят от одного цвета в другой.
Считается, что определённые цвета находятся в определённых пределах длин волн . Это иллюстрирует Таблица 1.
Длины световых волн
Таблица 1
Для фотографов представляет определённый интерес распределение длин волн по зонам спектра.
Всего выделяют три зоны спектра : Синюю (B lue), Зелёную (G reen) и Красную (R ed).
По первым буквам английских слов R ed (красный), G reen (зелёный), B lue (синий) получила название система представления цвета – RGB .
В RGB -системе работает множество устройств, связанных графической информацией, например, цифровые фотокамеры, дисплеи и т.п.
Длины волн монохроматических излучений, распределённых по зонам спектра, представлены в Таблице 2.
При работе с таблицами важно учесть непрерывный характер спектра . Именно непрерывный характер спектра приводит к расхождению, как ширины спектра видимого излучения, так и положение границ спектральных цветов.
Длины волн монохроматических излучений, распределённых по зонам спектра
Таблица 2
Что касается монохроматических цветов, то разные исследователи выделяют разное их количество! Принято считать от шести до восьми различных цветов спектра.
Шесть цветов спектра
Таблица 3
При выделении семи цветов спектра предлагается из диапазона синего 436-495 нм см.Таблицу 3 выделить две составляющие, одна из которых имеет синий (440-485 нм), другая – голубой (485-500 нм) цвет.
Семь цветов спектра
Таблица 4
Названия семи цветов спектра приведены в Таблице 5.
Названия семи цветов спектра
Таблица 5
При выделении восьми цветов спектра отдельно выделяется Жёлто-зелёный (550-575 нм), уменьшая диапазон зелёного и желтого цветов соответственно.
Восемь цветов спектра
Таблица 6
Для различных целей исследователи могут выделять и другое (существенно большее) число цветов спектра . Однако для практических нужд фотографы, как правило, ограничиваются 6-8 цветами.
Основные и дополнительные цвета
Рис.1. Чёрный и белый, основные и дополнительные цвета
Основные цвета – это три цвета , из которых можно получить любые другие цвета .
Собственно на этом принципе и стоит современная цифровая фотография, использующая в качестве основных цветов красный (R), зелёный (G) и синий (B) см.Таблицу 7.
Дополнительные цвета – это цвета, которые при смешении с основными цветами позволяют получить белый цвет. см.Таблицу 7.
Таблица 7
Основной цвет |
Дополнительный цвет |
Результирующий цвет |
RGB (0 0 225) |
RGB (255 225 0) |
RGB (255 225 225) |
RGB (0 225 0) |
RGB (255 0 225) |
RGB (255 225 225) |
RGB (255 0 0) |
RGB (0 225 225) |
RGB (255 225 225) |
Мы часто говорим о таком понятии как свет, источниках освещения, цвете изображений и объектов, но не совсем хорошо себе представляем, что такое свет и что такое цвет. Пора разобраться с этими вопросами и перейти от представления к понимаю.
Мы окружены
Осознаем мы этого или нет, но мы находимся в постоянном взаимодействии с окружающим миром и принимаем на себя воздействие различных факторов этого мира. Мы видим окружающее нас пространство, постоянно слышим звуки от различных источников, ощущаем тепло и холод, не замечаем, что пребываем под воздействием естественного радиационного фона, а также постоянно находимся в зоне излучения, которое исходит от огромного количества источников сигналов телеметрии, радио и электросвязи. Почти всё вокруг нас испускает электромагнитное излучение. Электромагнитное излучение - это электромагнитные волны, созданные различными излучающими объектами – заряженными частицами, атомами, молекулами. Волны характеризуются частотой следования, длинной, интенсивностью, а также рядом других характеристик. Вот вам просто ознакомительный пример. Тепло, исходящее от горящего костра – это электромагнитная волна, а точнее инфракрасное излучение, причем очень высокой интенсивности, мы его не видим, но можем почувствовать. Врачи сделали рентгеновский снимок – облучили электромагнитными волнами, обладающими высокой проникающей способностью, но мы этих волн не ощутили и не увидели. То, что электрический ток и все приборы, которые работают под его действием, являются источниками электромагнитного излучения, вы все, конечно же, знаете. Но в этой статье я не стану рассказать вам теорию электромагнитного излучения и его физическую природу, я постараюсь более мене простым языком объяснить, что же такое видимый свет и как образуется цвет объектов, которые мы с вами видим. Я начал говорить про электромагнитные волны, чтобы сказать вам самое главное: Свет – это электромагнитная волна, которая испускается нагретым или находящимся в возбужденном состоянии веществом. В роли такого вещества может выступить солнце, лампа накаливания, светодиодный фонарик, пламя костра, различного рода химические реакции. Примеров может быть достаточно много, вы и сами можете привести их в гораздо большем количестве, чем я написал. Необходимо уточнить, что под понятием свет мы будем подразумевать видимый свет. Всё выше сказанное можно представить в виде вот такой картинки (Рисунок 1).
Рисунок 1 – Место видимого излучения среди других видов электромагнитного излучения.
На Рисунке 1 видимое излучение представлено в виде шкалы, которая состоит из «смеси» различных цветов. Как вы уже догадались – это спектр . Через весь спектр (слева направо) проходит волнообразная линия (синусоидальная кривая) – это электромагнитная волна, которая отображает сущность света как электромагнитного излучения. Грубо говоря, любое излучение – есть волна. Рентгеновское, ионизирующее, радиоизлучение (радиоприемники, телевизионная связь) – не важно, все они являются электромагнитными волнами, только каждый вид излучения имеет разную длину этих волн. Синусоидальная кривая является всего лишь графическим представлением излучаемой энергии, которая изменяется во времени. Это математическое описание излучаемой энергии. На рисунке 1 вы также можете заметить, что изображенная волна как бы немного сжата в левом углу и расширена в правом. Это говорит о том, что она имеет разную длину на различных участках. Длина волны – это расстояние между двумя её соседними вершинами. Видимое излучение (видимый свет) имеет длину волны, которая изменяется в пределах от 380 до 780nm (нанометров). Видимый свет - всего лишь звено одной очень длинной электромагнитной волны.
От света к цвету и обратно
Ещё со школы вы знаете, что если на пути луча солнечного света поставить стеклянную призму, то большая часть света пройдет через стекло, и вы сможете увидеть разноцветные полосы на другой стороне призмы. То есть изначально был солнечный свет - луч белого цвета, а после прохождения через призму разделился на 7 новых цветов. Это говорит о том, что белый свет состоит из этих семи цветов. Помните, я только что говорил, что видимый свет (видимое излучение) - это электромагнитная волна, так вот, те разноцветные полосы, которые получились после прохождения солнечного луча через призму – есть отдельные электромагнитные волны. То есть получаются 7 новых электромагнитных волн. Смотрим на рисунок 2.
Рисунок 2 – Прохождение луча солнечного света через призму.
Каждая из волн имеет свою длину. Видите, вершины соседних волн не совпадают друг с другом: потому что красный цвет (красная волна) имеет длину примерно 625-740nm, оранжевый цвет (оранжевая волна) – примерно 590-625nm, синий цвет (синяя волна) – 435-500nm., не буду приводить цифры для остальных 4-х волн, суть, я думаю, вы поняли. Каждая волна – это излучаемая световая энергия, то есть красная волна излучает красный свет, оранжевая – оранжевый, зеленая – зеленый и т.д. Когда все семь волн излучаются одновременно, мы видим спектр цветов. Если математически сложить графики этих волн вместе, то мы получим исходный график электромагнитной волны видимого света – получим белый свет. Таким образом, можно сказать, что спектр электромагнитной волны видимого света – это сумма волн различной длины, которые при наложении друг на друга дают исходную электромагнитную волну. Спектр «показывает из чего состоит волна». Ну, если совсем просто сказать, то спектр видимого света – это смесь цветов, из которых состоит белый свет (цвет). Надо сказать, что и у других видов электромагнитного излучения (ионизирующего, рентгеновского, инфракрасного, ультрафиолетового и т.д.) тоже есть свои спектры.
Любое излучение можно представить в виде спектра, правда таких цветных линий в его составе не будет, потому, как человек не способен видеть другие типы излучений. Видимое излучение – это единственный вид излучений, который человек может видеть, потому-то это излучение и назвали – видимое. Однако сама по себе энергия определенной длины волны не имеет никакого цвета. Восприятие человеком электромагнитного излучения видимого диапазона спектра происходит благодаря тому, что в сетчатке глаза человека располагаются рецепторы, способные реагировать на это излучение.
Но только ли путем сложения семи основных цветов мы можем получить белый цвет? Отнюдь. В результате научных исследований и практических экспериментов было установлено, что все цвета, которые способен воспринимать человеческий глаз, можно получить смешиванием всего лишь трех основных цветов. Три основных цвета: красный, зеленый, синий. Если с помощью смешивания этих трех цветов можно получить практически любой цвет, значит можно получить и белый цвет! Посмотрите на спектр, который был приведен на рисунке 2, на спектре четко просматриваются три цвета: красный, зеленый и синий. Именно эти цвета лежат в основе цветовой модели RGB (Red Green Blue).
Проверим как это работает на практике. Возьмем 3 источника света (прожектора) - красный, зеленый и синий. Каждый из этих прожекторов излучает только одну электромагнитную волну определенной длины. Красный – соответствует излучению электромагнитной волны длиной примерно 625-740nm (спектр луча состоит только из красного цвета), синий излучает волну длиной 435-500nm (спектр луча состоит только из синего цвета), зеленый – 500-565nm (в спектре луча только зеленый цвет). Три разных волны и больше ничего, нет никакого разноцветного спектра и дополнительных цветов. Теперь направим прожектора так, чтобы их лучи частично перекрывали друг друга, как показано на рисунке 3.
Рисунок 3 - Результат наложения красного, зеленого и синего цветов.
Посмотрите, в местах пересечения световых лучей друг с другом образовались новые световые лучи – новые цвета. Зеленый и красный образовали желтый, зеленый и синий – голубой, синий и красный - пурпурный. Таким образом, изменяя яркость световых лучей и комбинируя цвета можно получить большое многообразие цветовых тонов и оттенков цвета. Обратите внимание на центр пересечения зеленого, красного и синего цветов: в центре вы увидите белый цвет. Тот самый, о котором мы недавно говорили. Белый цвет – это сумма всех цветов. Он является «самым сильным цветом» из всех видимых нами цветов. Противоположный белому – черный цвет. Черный цвет – это полное отсутствие света вообще. То есть там, где нет света - там мрак, там всё становится черным. Пример тому - иллюстрация 4.
Рисунок 4 – Отсутствие светового излучения
Я как-то незаметно перехожу от понятия свет к понятию цвет и вам ничего не говорю. Пора внести ясность. Мы с вами выяснили, что свет – это излучение, которое испускается нагретым телом или находящимся в возбужденном состоянии веществом. Основными параметрами источника света являются длина волны и сила света. Цвет – это качественная характеристика этого излучения, которая определяется на основании возникающего зрительного ощущения. Конечно же, восприятие цвета зависит от человека, его физического и психологического состояния. Но будем считать, что вы достаточно хорошо себя чувствуете, читаете эту статью и можете отличить 7 цветов радуги друг от друга. Отмечу, что на данный момент, речь идет именно о цвете светового излучения, а не о цвете предметов. На рисунке 5 показаны зависимые друг от друга параметры цвета и света.
Рисунки 5 и 6– Зависимость параметров цвета от источника излучения
Существуют основные характеристики цвета: цветовой тон (hue), яркость (Brightness), светлость (Lightness), насыщенность (Saturation).
Цветовой тон (hue)
– Это основная характеристика цвета, которая определяет его положение в спектре. Вспомните наши 7 цветов радуги – это, иначе говоря, 7 цветовых тонов. Красный цветовой тон, оранжевый цветовой тон, зелёный цветовой тон, синий и т.д. Цветовых тонов может быть довольно много, 7 цветов радуги я привел просто в качестве примера. Следует отметить, что такие цвета как серый, белый, черный, а также оттенки этих цветов не относятся к понятию цветовой тон, так как являются результатом смешивания различных цветовых тонов.
Яркость (Brightness)
– Характеристика, которая показывает, насколько сильно излучается световая энергия того или иного цветового тона (красного, желтого, фиолетового и т.п.). А если она вообще не излучается? Если не излучается – значит, её нет, а нет энергии - нет света, а там где нет света, там черный цвет. Любой цвет при максимальном снижении яркости становится черным цветом. Например, цепочка снижения яркости красного цвета: красный - алый - бордовый - бурый - черный. Максимальное увеличение яркости, к примеру, того же красного цвета даст «максимально красный цвет».
Светлость (Lightness)
– Степень близости цвета (цветового тона) к белому. Любой цвет при максимальном увеличении светлости становится белым. Например: красный - малиновый - розовый - бледно-розовый - белый.
Насыщенность (Saturation)
– Степень близости цвета к серому цвету. Серый цвет является промежуточным цветом между белым и черным. Серый цвет образуется путем смешивания в равных количествах красного, зеленого, синего цвета с понижением яркости источников излучения на 50%. Насыщенность изменяется непропорционально, то есть понижение насыщенности до минимума не означает, что яркость источника будет снижена до 50%. Если цвет уже темнее серого, при понижении насыщенности он станет ещё более темным, а при дальнейшем понижении и вовсе станет черным цветом.
Такие характеристики цвета как цветовой тон (hue), яркость (Brightness), и насыщенность (Saturation) лежат в основе цветовой модели HSB (иначе называемая HCV).
Для того чтобы разобраться в этих характеристиках цвета, рассмотрим на рисунке 7 палитру цветов графического редактора Adobe Photoshop.
Рисунок 7 – Палитра цветов Adobe Photoshop
Если вы внимательно посмотрите на рисунок, то обнаружите маленький кружочек, который расположен в самом верхнем правом углу палитры. Этот кружочек показывает, какой цвет выбран на цветовой палитре, в нашем случае это красный. Начнем разбираться. Сначала посмотрим на числа и буквы, которые расположены в правой половине рисунка. Это параметры цветовой модели HSB. Самая верхняя буква – H (hue, цветовой тон). Он определяет положение цвета в спектре. Значение 0 градусов означает, что это самая верхняя (или нижняя) точка цветового круга – то есть это красный цвет. Круг разделен на 360 градусов, т.е. получается, в нем 360 цветовых тонов. Следующая буква – S (saturation, насыщенность). У нас указано значение 100% - это значит, что цвет будет «прижат» к правому краю цветовой палитры и имеет максимально возможную насыщенность. Затем идет буква B (brightness, яркость) – она показывает, насколько высоко расположена точка на палитре цветов и характеризует интенсивность цвета. Значение 100% говорит о том, что интенсивность цвета максимальна и точка «прижата» к верхнему краю палитры. Буквы R(red), G(green), B(blue) - это три цветовых канала (красный, зеленый, синий) модели RGB. В каждом в каждом из них указывается число, которое обозначает количество цвета в канале. Вспомните пример с прожекторами на рисунке 3, тогда мы выяснили, что любой цвет может быть получен путем смешивания трех световых лучей. Записывая числовые данные в каждый из каналов, мы однозначно определяем цвет. В нашем случае 8-битный канал и числа лежат в диапазоне от 0 до 255. Числа в каналах R, G, B показывают интенсивность света (яркость цвета). У нас в канале R указано значение 255, а это значит, что это чистый красный цвет и у него максимальная яркость. В каналах G и B стоят нули, что означает полное отсутствие зеленого и синего цветов. В самой нижней графе вы можете увидеть кодовую комбинацию #ff0000 - это код цвета. У любого цвета в палитре есть свой шестнадцатиричный код, который определяет цвет. Есть замечательная статья Теория цвета в цифрах , в которой автор рассказывает как определять цвет по шестнадцатеричному коду.
На рисунке вы также можете заметить перечеркнутые поля числовых значений с буквами «lab» и «CMYK». Это 2 цветовых пространства, по которым тоже можно характеризовать цвета, о них вообще отдельный разговор и на данном этапе незачем вникать в них пока не разберетесь с RGB.
Можете открыть цветовую палитру Adobe Photoshop и поэксперовать со значением цветов в полях RGB и HSB. Вы заметите, что изменение числовых значений в каналах R, G, и B приводит к изменению числовых значений в каналах H, S, B.
Цвет объектов
Пора поговорить о том, как так получается, что окружающие нас предметы принимают свой цвет, и почему он меняется при различном освещении этих предметов.
Объект можно увидеть, только если он отражает или пропускает свет. Если же объект почти полностью поглощает падающий свет, то объект принимает черный цвет . А когда объект отражает почти весь падающий свет, он принимает белый цвет . Таким образом, можно сразу сделать вывод о том, что цвет объекта будет определяться количеством поглощенного и отраженного света , которым этот объект освещается. Способность отражать и поглощать свет определятся молекулярной структурой вещества, иначе говоря - физическими свойствами объекта. Цвет предмета «не заложен в нем от природы»! От природы в нем заложены физические свойства: отражать и поглощать.
Цвет объекта и цвет источника излучения неразрывно связаны между собой, и эта взаимосвязь описывается тремя условиями.
- Первое условие: Цвет объект может принимать только при наличии источника освещения. Если нет света, не будет и цвета! Красная краска в банке будет выглядит черной. В темной комнате мы не видим и не различаем цветов, потому что их нет. Будет черный цвет всего окружающего пространства и находящихся в нем предметов.
- Второе условие: Цвет объекта зависит от цвета источника освещения. Если источник освещения красный светодиод, то все освещаемые этим светом объекты будут иметь только красные, черные и серые цвета.
- И наконец, Третье условие: Цвет объекта зависит от молекулярной структуры вещества, из которого состоит объект.
Зеленая трава выглядит для нас зеленой, потому что при освещении белым светом она поглощает красную и синюю волну спектра и отражает зеленую волну (Рисунок 8).
Рисунок 8 – Отражение зеленой волны спектра
Бананы на рисунке 9 выглядят желтыми, потому что они отражают волны, лежащие в желтой области спектра (желтую волну спектра) и поглощает все остальные волны спектра.
Рисунок 9 – Отражение желтой волны спектра
Собачка, та что изображена на рисунке 10 – белая. Белый цвет – результат отражения всех волн спектра.
Рисунок 10 – Отражение всех волн спектра
Цвет предмета – это цвет отраженной волны спектра. Вот так предметы приобретают видимый нами цвет.
В следующей статье речь пойдет о новой характеристике цвета -
