Понятие цвета возникает при описании восприятия глазами человека электромагнитных волн в диапазоне длина волн λ от 400 нм до 700 нм (см. рис. 1.3)). Самым общим описанием светового потока может служить его спектральная функция I(λ). Свет называется монохроматическим, если его спектр состоит из одного значения.
Как глаз человека воспринимает свет. На сетчатке глаза находятся два типа рецепторов: палочки и колбочки. Цвет воспринимается только колбочками. Колбочки бывают трех видов (их часто обозначают S, M и L по длине волны - от англ. Small, Middle, Large), и кривые их относительной чувствительности представлены на рис.1.3.
Суммарные по каждому из 3 диапазонов интенсивности и воспринимаются человеком как разные цвета (красный – R, зеленый – G, синий – B):
где I(l) – зависимость интенсивности света
Рис.1.3. Чувствительность трех типов колбочек к разным участкам спектра
от длины волны.
Заметим, что восприимчивость к синему цвету значительно ниже, чем к двум другим. Сумма чувствительностей трех типов колбочек определяет чувствительность глаза к интенсивности света в данном диапазоне λ:
Y(λ)= I(λ)P(λ)dλ ,
Рис.1.4.Суммарная чувствительность колбочек
где P(λ)= PR(λ)+ PG(λ)+ PB(λ) .
Еще одним существенным аспектом в понимании цвета является учет различий в моделировании цвета, который порожден излучающими источниками, и цвета, порожденного в результате отражения неизлучающими объектами. Оказалось, что эти два случая описываются различными моделями.
Исследования цвета, порожденного излучающими источниками, позволили сформулировать базовые законы его аддитивного синтеза, известные как законы Грассмана.
Законы Германа Грассмана для аддитивного синтеза света:
1.Закон трехмерности: Любой цвет однозначно выражается тремя, если они линейно независимы. Линейная независимость заключает-
Рис.1.5.Опыт Томаса Юнга
ся в том, что ни один из этих трех цветов нельзя получить сложением двух остальных.
Рис.1.6. Цвет как линейная комбинация трех составляющих
2.Закон непрерывности: При непрерывном изменении излучения цвет смеси также меняется непрерывно. Не существует такого цвета, к которому нельзя было бы подобрать бесконечно близкий. 3.Закон аддитивности: Цвет смеси излучений зависит только от компонентов их цвета, а не от спектрального состава.
Как следствие - аддитивность цветовых уравнений: для смеси двух цветов С1 и С2 имеет место равенство:
С=С1+С2=(r1+r2)R+(g1+g2)G+(b1+b2)B (1.2)
Рис. 1.7. Цветовая модель RGB. Реальные цвета координатных плоскостей
Из модели человеческого зрения вытекает, что достаточно обоснованной является цветовая модель RGB (от англ. Red, Green, Blue - красный, зеленый, голубой), в которой спектральная функция представляется как сумма кривых чувствительности для каждого типа колбочек с неотрицательными весовыми коэффициентами (обычно их нормируют от 0 до 1), которые так и обозначаются - R, G и B. Эта модель характеризуется свойством аддитивности. Если представить эти коэффициенты как координаты в трехмерном евклидовом пространстве и каждой точке сопоставить соответствующий цвет, получим наглядное изображение пространства RGB (рис.1.7.). На диагонали куба (0,0,0)-(1,1,1) лежат все оттенки серого.
Эта модель является в настоящее время самой распространенной. Для описания RGB модели используется также ее нормированное отображение на треугольник:
(1.3)
Такая модель называется треугольником Максвелла.
где I(l) – зависимость интенсивности света
Рис.1.6. Цвет как линейная комбинация трех составляющих
Рис. 1.7. Цветовая модель RGB. Реальные цвета координатных плоскостей
Эта модель является в настоящее время самой распространенной. Для описания RGB модели используется также ее нормированное отображение на треугольник:
(1.3)
Такая модель называется треугольником Максвелла.