Физические основы цвета кратко

Цветовой тон — совокупность цветовых оттенков, сходных с одним и тем же цветом спектра. Любой хроматический цвет может быть отнесён к какому-либо определённому спектральному цвету. Оттенки, сходные с одним и тем же цветом спектра (но различающиеся, например, насыщенностью и яркостью), принадлежат к одному и тому же тону. При изменении тона, к примеру, синего цвета в зеленую сторону спектра он сменяется голубым, в обратную — фиолетовым.

(См. более полный список цветов)

• Хромофор
• Свет
• Электромагнитный спектр
• Спектральная плотность излучения
• Цветовая яркость
• Цветовая температура
• Теория цвета
• Батохромный сдвиг

Существует несколько цветовых шкал, удобных для применения в различных отраслях. Для измерения цвета используют колориметры и спектрофотометры. На практике в промышленном производстве, полиграфии используются атласы цветов.

Диаграмма цветового пространства CIE 1931. На внешней линии, ограничивающей цветовое пространство, указаны длины волн спектральных (монохроматических) цветов, в нм.

Цвет широко применяется, как средство для управления вниманием человека. Некоторые сочетания цветов считаются более благоприятными (например, синий + жёлтый), другие — менее приемлемыми (например, красный + зелёный). Психология восприятия цвета объясняет, почему те или иные сочетания способны сильно воздействовать на восприятие и эмоции человека.

Цвет - это ощущение, возникающее в органе зрения при воздействии на него света, т.е. свет+зрение=цвет.

Свет - это электромагнитное волновое движение. Длины волн видимого цвета заключены в интервале от 380 н.м. до 760 н.м. См. рис.

Длина волны, н.м.Цвет

760-620Красный
620-585Оранжевый
585-575Желтый
575-550Желто-Зеленый
550-510Зеленый
510-480Голубой (Сине-Зеленый)
480-450Синий
450-380Фиолетовый

Волны с длиной волны менее 380 н.м. - это ультрафиолет, а с длиной более 760 н.м. - это инфракрасный свет. В табл. 1 показана зависимость цвета от длины волны видимого спектра.

В видимом спектре человеческий глаз различает 120 цветов. Эти цвета принято выделять в три группы:

Все цвета подразделяются на: хромотические, ахромотические, полухромотические.
Ахромотические - Белый, черный, и все оттенки серого. В этот спектр входят лучи всех длин волн в равной степени, причем энергия отдельных лучей составляющих эту смесь одинакова.
Хромотические цвета - все спектральные и многие природные. В этот спектр входят все лучи, но есть преобладание какой-либо волны (максимум). Например, в спектре красного цвета, красные лучи (760-620 н.м.) несут большую часть энергии всего потока.
Полухромотические цвета - земляные цвета, т.е. цвета смешаны с ахромотическими цветами.

Психофизические характеристики цвета:
1) Цветовой тон. Это качество цвета, которое позволяет сравнить его с одним из спектральных или пурпурным цветом (кроме хромотических) и дать ему название.
2) Светлота. Это степень отличия данного цвета от черного. Она измеряется числом порогов различия от данного цвета до черного. Чем светлее цвет, тем выше его светлота. На практике принято заменять этот понятие понятием "яркость". Яркость цвета - это коэффициент отражения (Р) равный отношению отраженного светового потока (Fотр) к падающему (Fпад) взятое в процентах:
Р=(Fотр/Fпад)*100
3) Насыщенность. Это степень отличия данного хромотического цвета от равномерного по энергонасыщенности светового потока ахромотического. Измеряется тоже числом порогов различия от цвета до серого. (Так же можно сказать, что это доля пигментов в изначальном чистом цвете). Заменяется понятием чистота. Чистота - это доля чистого спектрального цвета в общей смеси данного цвета или это доля чистого пигмента в красочной смеси.
Цветовой тон + Насыщенность = Цветность
Ахромотические цвета не имеют цветового тона и насыщенности.

Цветовой ряд. Это последовательность цветов, у которых, по крайней мере одна характеристика общая, а другие закономерно изменяются от одного цвета к другому. Цветовые ряды имеют свои названия, в зависимости от того, какие характеристики в них изменяются.

1) Ряд убывающей чистоты и возрастающей яркости. Этот ряд делается разбеливанием, т.е. добавлением белого цвета к спектральному.

2) Ряд убывающей насыщенности (приглушение).

3) Ряд убывающей яркости и убывающей насыщенности (зачернение).

4) Ряд по цветовому тону. Это смешение двух соседних спектральных цветов (причем в пределах не более 1/4 интервала светового круга).

Температура цвета. Это его относительная теплота или холодность.

Теплые: Красный, Красно-Оранжевый, Оранжевый, Желто-Оранжевый, Желтый, Желто-Зеленый.

Холодные: Голубой (Сине-Зеленый), Синий, Сине-Фиолетовый, Фиолетовый.

Самый горячий: Красно-Оранжевый.

Самый холодный: Голубой (Сине-Зеленый).

Нейтральные ( Зеленый и Пурпурный).

Цветовые круги. Принято выделять две группы цветовых кругов: физические (за основу взят 7-ступенчатый цветовой круг Ньютона) и физиологические ( за основу взят цветовой круг 6-ступенчатый круг Гете).

1) Цветовой 7-ступенчатый круг Ньютона.

2) Восьмеричный круг. В XIX веке был получен Грассмоном. Он его упростил, и чтобы сделать четным вводит пурпурный цвет.

3) 10-ступенчатый круг. Американский ученый Максвел добавляет к восьмеричному кругу еще два цвета: Желто-Зеленый и Зелено-Голубой. Цвета расположенные друг против друга в этом круге являются взаимодополняемыми. В круг входят: Красный, Оранжевый, Желтый, Желто-Зеленый, Зеленый, Зелено-Голубой, Голубой, Синий, Фиолетовый, Пурпурный.

4) Круг Гете. Содержится 6 цветов: Красный, Желтый, Зеленый, Голубой, Синий, Фиолетовый. В этом круге цвета, расположенные друг против друга контрастны.

5) На основе 6-ступенчатого круга был создан 12-ступенчатый, путем добавления промежуточных цветов. На рисунке можно проследить весь процесс получения 12-ступнчатого круга из трех основных цветов. В круг входят следующие цвета: Красный, Красно-Оранжевый, Оранжевый, Желто-Оранжевый, Желтый, Желто-Зеленый, Зеленый, Голубой, Синий, Сине-Фиолетовый, Фиолетовый, Пурпурный.

Смешение цветов. Существует два различных типа смешения цветов.

1) Слагательное смешение (или аддитивное). Физическая сущность этого типа смешения заключается в суммировании световых потоков (лучей) тем или иным способом. Виды слагательного смешения:

- пространственное. Это совмещение в одном пространстве различно-окрашенных световых лучей (мониторы, театральные рампы).

- оптическое смешение. Это образование суммарного цвета в органе зрения человека, тогда как в пространстве слагаемые цвета разделены (поинтилистическая живопись).

- временное. Это особый вид смешения. Его можно наблюдать при смешивании цветов дисков, помещенных на спецприбор "вертушка" Максвела.

- бинокулярное. Это эффект разноцветных очков (одна линза одного цвета, вторая - другого).

Основные цвета смешения: Красный, Зеленый. Синий.

Правила слагательного смешения:

* При смешении двух цветов расположенных по хорде 10-ступенчатого круга получается цвет промежуточного цветового тона. Пример: Красный + Зеленый = Желтый.

* При смешении противоположных цветов в 10-ступенчатом круге получается ахромотический цвет.

2) Вычитательное смешение (или субтрактивное). Его сущность заключается в вычитании из светового потока какой-либо его части путем поглощения, например при смешении красок, при наложении полупрозрачных слоев друг на друга, при всех видах наложения или пропускания.

Основное правило: всякое ахромотическое тело (краска или фильтр) отражает или пропускает лучи своего собственного цвета и поглащает цвет дополнительный к собственному.

Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.

Раздел II. Физические основы цвета

ИСТОРИЯ ТЕОРИИ О СВЕТЕ

С начала времен и по сегодняшний день лучшие умы человечества размышляли над загадкой видимого мира и зрительного восприятия. Пришли к заключению, что цвет тесно связан со светом, а в большинстве случаев, просто невозможен без него. Таким образом, свет и цвет являясь одновременно и предметом духовных и эстетических исканий, и считаясь философской или т еософской проблемой, рассматривались и с точки зрения естественных наук - физики и физиологии .

Долгое время содержание понятий света и цвета было неразрывно связано с восприятием художника или ученого, исследовавшего этот вопрос, а значит было субъективным и зависело от физиологии, психологии и способности исследователей осознать и выразить свои впечатления.

Ещё в XVI веке удалось отделить свет от зрения благодаря опытам с "камерой-обскурой", позволившим получить изображение объектов действительного мира не только в глазу или на картинах. Однако объективная наука о свойствах света утверждается только в XVII веке в рамках физической оптики . Объективность цвета и света доказывается исследованиями Декарта, Гука, Гюйгенса и, особенно, Ньютона .

Наибольшее практическое значение для нас имеет открытие Исаака Ньютона,

• разложение белого света на спектр .
• доказал закономерность возникновения цветных лучей и их последовательности в спектре .
• открыл, что различный угол преломления лучей разного цвета позволяет объяснить происхождение цвета на поверхности тел. Тела имеют различную окраску, потому что их поверхности способны отражать одни лучи и поглощать другие.
• создал объективную физическую основу систематики цвета, выделив цвета, наиболее различаемые глазом, как основные: красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий и фиолетовый.
• Изучив результаты смешения цветных лучей, создал простейший инструмент для их расчета - спектр, замкнутый в круг.

После Ньютона оптика как наука разделилась на собственно физическую оптику и физиологическую . Было сделано немало открытий в обеих областях и создано несколько теорий о свете .

1 С вет как электромагнитное волновое движение . Электромагнитная волна - это распространяющееся в пространстве электромагнитное поле. Электромагнитные волны переносят энергию. Одной из ключевых характеристик света является длина волны .

Длина волны - это расстояние, на которое распространяется колебание за время одного периода, где период - это наименьшее время за которое повторяется каждое значение изменяющейся величины.

Скорость распространения всех видов электромагнитных колебаний величина постоянная и равна приближенно 300 000 км/с. Диапазон длин волн оптического излучения (света) заключен между величинами 380 и 760 нм (нанометров, 1 нм = 10 -9 м). К оптическому излучению примыкают невидимые электромагнитные излучения, также причисляемые к световым - ультрафиолетовые (380-10 нм) и инфракрасные (760 нм - 0,01 см).

В оптической области каждой длине волны соответствует ощущение, какого-либо цвета:

Границы участков, нм

В спектре белого солнечного света различают семь основных цветов, перечисленных выше (кроме желто-зеленого). Глаз среднего наблюдателя способен различить в спектре белого света около 120 цветов . Это так называемый непрерывный спектр, характерный для всех тел накаливания, т. е. таких источников света, у которых энергия теплового излучения преобладает над световой. В спектре идеально белого света лучи всех длин волн несут одинаковую энергию.

Для удобства обозначения цветов принято деление спектра оптического излучения на три области:

• длинноволновую-760-600 нм (от красного до оранжевого);
• средневолновую -600-500 нм (от оранжевого до голубого);
• коротковолновую-500-380 нм (от голубого до фиолетового).

Это деление оправдывается качественными различиями между цветами, входящими в различные области спектра.

2 Современная наука определяет цвет как ощущение, возникающее в органе зрения человека при воздействии на него света.

Цвет тела определяется диапазоном длин волн, отражаемых его поверхностью. Физические тела отражают или пропускают волны , соответствующие собственному цвету, и поглощают волны остальной части спектра. Поверхности белого цвета почти полностью отражают волны всех длин спектра. Поверхности черного цвета, в свою очередь, поглощают практически полностью волны всех длин.

Все цвета подразделяются на хроматические и ахроматические . Ахроматическими называют белый, черный и все серые цвета . В их спектры входят лучи всех длин волн в равной степени (практически это равенство всегда несколько нарушается). График спектров ахроматических цветов представляет собой прямую.

К хроматическим цветам относятся все спектральные , а также многие другие природные цвета. В спектрах хроматических цветов всегда имеется преобладание какой-либо одной длины волны (максимум). Натуральные, природные цвета являются составными, так как имеют спектр достаточно широкого диапазона. Кроме длин волн, обладающих максимальной энергией и определяющих, собственно, тон данного цвета, они содержат как бы примесь белого света.

ПСИХОФИЗИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЦВЕТА

Система психофизических характеристик используется для однозначного определения (спецификации) цвета.

Цветовой тон - это качество цвета, позволяющее дать ему название (красный, синий и т.д.) посредством сравнения его с одним из спектральных или пурпурных цветов (пурпурные цвета образуются при смешении красного с фиолетовым). Если данный цвет имеет цветовой тон - мы называем его хроматическим, в противном случае - ахроматическим. Ахроматические цвета не имеют цветового тона. В их спектре присутствуют излучения всех длин волн в равной степени.

Светлота - степень отличия данного цвета от черного , измеряемая числом порогов различения от данного цвета до черного. Чем светлее цвет, тем больше его светлота. Порог различения, или разностный порог,- относительная величина изменения раздражителя, необходимая для изменения ощущения.

Яркость - отношение величины потока, отраженного от данной поверхности, к величине потока, падающего на нее . В полевых условиях очень удобно измерять относительную яркость при помощи серой шкалы - заранее заготовленного набора ахроматических выкрасок. Измерение производится путем сравнения на глаз данной выкраски с одним из образцов серой шкалы.

Насыщенность - степень отличия хроматического цвета от равного по светлоте или яркости ахроматического.

Сочетание цветового тона и насыщенности называют цветностью. Ахроматические цвета не имеют цветности.

Чистота цвета — самые чистые цвета - спектральные. Их чистота составляет 100% , но насыщенность спектральных цветов неодинакова: желтый цвет наименее насыщен, к краям спектра насыщенность цветов повышается. В практике работы с красками обычно говорят о чистоте красок, а не цвета. При этом имеют в виду долю чистого пигмента данного цвета в красочной смеси. Чистота ахроматических цветов равна нулю, так же как и насыщенность.

Смешение цветов - это краткий и не совсем точный термин для названия сложного процесса образования цвета различных тел . Во всех областях практики, связанной с воспроизведением цвета, необходимо уметь точно или приблизительно рассчитывать результаты взаимодействия различно окрашенных световых потоков, результаты смешения красок, предвидеть цвет того или иного тела, освещенного заданным источником света. Для этого нужно разбираться в физической сущности образования цветов . Смешение цветов подчинено определенным законам, которые были сформулированы немецким ученым Г. Гельмгольцем во второй половине XIX века .

Различают два принципиально разных процесса смешения цветов: слагательный и вычитательный.

Слагательное смешение ( аддитивное смешение ) – это образование цвета при суммировании световых потоков тем или иным способом.

Виды слагательного смешения:

Пространственное — совмещение в одном пространстве различно окрашенных световых лучей . Примеры: декоративное, цирковое, театральное, архитектурное освещение. По такому же принципу происходит цветообразование в компьютерных мониторах. При этом используется трёхкомпонентная аддитивная цветовая модель RGB , R - red (красный), G - green (зелёный), B - blue (синий), представленная на схеме ниже.

Оптическое — образование суммарного цвета в органе зрения , тогда как в пространстве слагаемые цвета разделены. Примером может служить живопись мелкими штрихами или точками (пуантиллистическая), пестроткань, кроны деревьев на большом расстоянии.

Временное — особый вид оптического смешения. Его можно наблюдать на приборе для смешения цветов Максвелла (вертушке). Если укрепить на вертушке диски разных цветов и привести ее во вращение со скоростью, не меньшей 2000 об/мин, цвета дисков станут неразличимы в отдельности и образуют некоторый суммарный цвет.

Бинокулярное — смешение, которое мы наблюдаем, надев разноцветные очки. После некоторой борьбы полей устанавливается общая окраска поля зрения для обоих глаз, причем цвет этой окраски равен сумме цветов двух стекол.

Основные правила слагательного смешения:

При смешении двух цветов, расположенных на хорде 10-ступенного цветового круга, получается цвет промежуточного цветового тона. Например:

• красный + зеленый = желтый,
• пурпурный + зелено-голубой = синий,
• красный + желтый = оранжевый.

Чем ближе по кругу расположены смешиваемые цвета, тем больше насыщенность суммарного цвета.

При смешении цветов, противоположных в 10-ступенном круге, получается ахроматический цвет. Цвета, дающие в сумме ахроматический, называются взаимно-дополнительными.

Основные взаимно-дополнительные пары:

• красный — зелено-голубой,
• оранжевый — голубой,
• желтый — синий,
• желто-зеленый — фиолетовый,
• зеленый — пурпурный

Из правил слагательного смешения следует, что все цвета круга можно получить из трех исходных. В практике так и поступают. Исходными цветами служат красный, зеленый и синий. Смешанные попарно в разных пропорциях, они дают все остальные спектральные цвета достаточной насыщенности. Сумма трех исходных цветов, взятых в определенных яркостных соотношениях, составляет белый (ахроматический) цвет.

Основные цвета (в колориметрии) - красный , зеленый и синий

Вычитательное (субтрактивное) смешение – это образование цвета в вычитании из светового потока какой-либо его части путем поглощения. Субтрактивный процесс имеет место лишь при взаимодействии света с материальным телом , например: при смешении красок; при наложении прозрачных красочных слоев (лессировка, глубокая печать); при всех видах отражения и пропускания света. Всякое хроматическое тело (краска, фильтр и др.) отражает (или пропускает) лучи своего "собственного" цвета и поглощает цвет, дополнительный к собственному.

Для получения всех цветов круга путем вычитательного смешения достаточно трех красок: красной , желтой и синей . Их называют основными красками в живописи, полиграфии и промышленности.

Узнать стоимость написания работы -->

В 1676 году сэр Исаак Ньютон с помощью трехгранной призмы разложил белый солнечный свет на цветовой спектр. Подобный спектр содержал все цвета за исключением пурпурного.

Ньютон ставил свой опыт следующим образом (рис. 1) солнечный свет пропускался через узкую щель и падал на призму. В призме луч белого цвета расслаивался на отдельные спектральные цвета. Разложенный таким образом он направлялся затем на экран, где возникало изображение спектра. Непрерывная цветная лента начиналась с красного цвета и через оранжевый, желтый, зеленый, синий кончалась фиолетовым. Если это изображение затем пропускалось через собирающую линзу, то соединение всех цветов вновь давало белый цвет.

Эти цвета получаются из солнечного луча с помощью преломления. Существуют и другие физические пути образования цвета, например, связанные с процессами интерференции, дифракции, поляризации и флуоресценции.

Если мы разделим спектр на две части, например — на красно-оранжево-желтую и зелено-сине-фиолетовую, и соберем каждую из этих групп специальной линзой, то в результате получим два смешанных цвета, смесь которых в свою очередь также даст нам белый цвет.

Два цвета, объединение которых дает белый цвет, называются дополнительными цветами.

Если мы удалим из спектра один цвет, например, зеленый, и посредством линзы соберем оставшиеся цвета — красный, оранжевый, желтый, синий и фиолетовый, — то полученный нами смешанный цвет окажется красным, то есть цветом дополнительным по отношению к удаленному нами зеленому. Если мы удалим желтый цвет, то оставшиеся цвета — красный, оранжевый, зеленый, синий и фиолетовый — дадут нам фиолетовый цвет, то есть цвет, дополнительный к желтому.

Каждый цвет является дополнительным по отношению к смеси всех остальных цветов спектра.

В смешанном цвете мы не можем увидеть отдельные его составляющие. В этом отношении глаз отличается от музыкального уха, которое может выделить любой из звуков аккорда.

Различные цвета создаются световыми волнами, которые представляют собой определенный род электромагнитной энергии.

Человеческий глаз может воспринимать свет только при длине волн от 400 до 700 миллимикрон:

• 1 микрон или 1μ = 1/1000 мм = 1/1000000 м.
• 1 миллимикрон или 1mμ = 1/1000000 мм.

Длина волн, соответствующая отдельным цветам спектра, и соответствующие частоты (число колебаний в секунду) для каждого спектрального цвета имеют следующие характеристики:

Отношение частот красного и фиолетового цвета приблизительно равно 1:2, то есть такое же как в музыкальной октаве.

Каждый цвет спектра характеризуется своей длиной волны, то есть он может быть совершенно точно задан длиной волны или частотой колебаний. Световые волны сами по себе не имеют цвета. Цвет возникает лишь при восприятии этих волн человеческим глазом и мозгом. Каким образом он распознает эти волны до настоящего времени еще полностью неизвестно. Мы только знаем, что различные цвета возникают в результате количественных различий светочувствительности.

Остается исследовать важный вопрос о корпусном цвете предметов. Если мы, например, поставим фильтр, пропускающий красный цвет, и фильтр, пропускающий зеленый, перед дуговой лампой, то оба фильтра вместе дадут черный цвет или темноту. Красный цвет поглощает все лучи спектра, кроме лучей в том интервале, который отвечает красному цвету, а зеленый фильтр задерживает все цвета, кроме зеленого. Таким образом, не пропускается ни один луч, и мы получаем темноту. Поглощаемые в физическом эксперименте цвета называются также вычитаемыми.

Цвет предметов возникает, главным образом, в процессе поглощения волн. Красный сосуд выглядит красным потому, что он поглощает все остальные цвета светового луча и отражает только красный.

Если красная бумага (поверхность, поглощающая все лучи кроме красного) освещается зеленым светом, то бумага покажется нам черной, потому что зеленый цвет не содержит лучей, отвечающих красному цвету, которые могли быть отражены нашей бумагой.

Все живописные краски являются пигментными или вещественными. Это впитывающие (поглощающие) краски, и при их смешивании следует руководствоваться правилами вычитания. Когда дополнительные краски или комбинации, содержащие три основных цвета — желтый, красный и синий, — смешиваются в определенной пропорции, то результатом будет черный, в то время как аналогичная смесь невещественных цветов, полученных в ньютоновском эксперименте с призмой, дает в результате белый цвет, поскольку здесь объединение цветов базируется на принципе сложения, а не вычитания.

Читайте также:

  
• Правила охраны труда на вредных и опасных работах кратко
  
• Социодинамический подход к развитию личности кратко
  
• Правила в велоспорте кратко
  
• Перечислите области в которых происходит взаимодействие стран в современном мире кратко
  
• Провиденциализм это в философии кратко