Визуальное восприятие цветового спектра

Введение

Визуальное восприятие светового спектра

Цвет (американский английский) или колор (британский английский) – это визуальное восприятие, основанное на электромагнитном спектре. Хотя цвет не является неотъемлемым свойством материи, восприятие цвета связано с поглощением, отражением, спектром излучения и интерференцией света объектом. Для большинства людей цвета воспринимаются в видимом спектре света с помощью трех типов колбочковых клеток (трихроматическое зрение). Другие животные могут иметь иное количество типов колбочковых клеток или глаза, чувствительные к разным длинам волн, например, пчелы, способные различать ультрафиолетовое излучение, и, следовательно, обладающие иным диапазоном цветочувствительности. Восприятие цвета у животных обусловлено различными длинами волн света или спектральной чувствительностью различных типов колбочковых клеток, которые затем обрабатываются мозгом. Цвета обладают воспринимаемыми свойствами, такими как тон, насыщенность и яркость. Цвета можно смешивать аддитивно (обычно используется для света) или субтрактивно (обычно используется для материалов). При смешивании цветов в правильных пропорциях, из-за метамеризма, они могут выглядеть идентично свету с одной длиной волны. Для удобства цвета можно организовать в цветовое пространство, которое, будучи абстрагировано в виде математической цветовой модели, может присвоить каждой области цвета соответствующий набор чисел. Таким образом, цветовые пространства являются важным инструментом для цветопередачи в печати, фотографии, компьютерных мониторах и телевидении. Наиболее известные цветовые модели – RGB, CMYK, YUV, HSL и HSV. Поскольку восприятие цвета является важным аспектом человеческой жизни, различные цвета ассоциируются с эмоциями, деятельностью и национальной принадлежностью. Названия цветовых областей в разных культурах могут различаться, иногда перекрываясь. В изобразительном искусстве теория цвета используется для управления использованием цветов в эстетически приятном и гармоничном ключе. Теория цвета включает цветовые дополнения, цветовой баланс и классификацию основных цветов (традиционно красный, желтый, синий), вторичных цветов (традиционно оранжевый, зеленый, фиолетовый) и третичных цветов. Наука, изучающая цвета в целом, называется цветоведением.

Color (American English) or colour (Commonwealth English) is the visual perception based on the electromagnetic spectrum. Though color is not an inherent property of matter, color perception is related to an object's light absorption, reflection, emission spectra and interference. For most humans, colors are perceived in the visible light spectrum with three types of cone cells (trichromacy). Other animals may have a different number of cone cell types or have eyes sensitive to different wavelength, such as bees that can distinguish ultraviolet, and thus have a different color sensitivity range. Animal perception of color originates from different light wavelength or spectral sensitivity in cone cell types, which is then processed by the brain. Colors have perceived properties such as hue, colorfulness (saturation) and luminance. Colors can also be additively mixed (commonly used for actual light) or subtractively mixed (commonly used for materials). If the colors are mixed in the right proportions, because of metamerism, they may look the same as a single wavelength light. For convenience, colors can be organized in a color space, which when being abstracted as a mathematical color model can assign each region of color with a corresponding set of numbers. As such, color spaces are an essential tool for color reproduction in print, photography, computer monitors and television. The most well known color models are RGB, CMYK, YUV, HSL and HSV. Because the perception of color is an important aspect of human life, different colors have been associated with emotions, activity, and nationality. Names of color regions in different cultures can have different, sometimes overlapping areas. In visual arts, color theory is used to govern the use of colors in an aesthetically pleasing and harmonious way. The theory of color includes the color complements; color balance; and classification of primary colors (traditionally red, yellow, blue), secondary colors (traditionally orange, green, purple) and tertiary colors. The study of colors in general is called color science.

Физические свойства

Для электромагнитного излучения характерны его длина волны (или частота) и интенсивность. Когда длина волны лежит в пределах видимого спектра (диапазон длин волн, воспринимаемых человеческим глазом, приблизительно от 390 до 700 нм), это излучение называется "видимым светом". Большинство источников света излучают свет на множестве различных длин волн; спектр источника представляет собой распределение, показывающее его интенсивность для каждой длины волны. Хотя спектр света, достигающего глаза из определенного направления, определяет цветовое восприятие в этом направлении, существует гораздо больше возможных спектральных комбинаций, чем цветовых восприятий. Фактически, цвет можно формально определить как класс спектров, вызывающих одинаковое цветовое восприятие, хотя такие классы могут значительно различаться у разных видов, и в меньшей степени – у разных особей одного и того же вида. В каждом таком классе элементы называются метамерами данного цвета. Этот эффект можно наглядно продемонстрировать, сравнивая спектральные характеристики источников света и соответствующие им цвета.

Спектровые цвета

Знакомые цвета радуги в спектре, названном Исааком Ньютоном в 1671 году с использованием латинского слова, означающего «появление» или «явление», включают все цвета, которые могут быть получены видимым светом с одной длиной волны – чистые спектральные или монохроматические цвета. Приведённый выше спектр показывает приблизительные длины волн (в нм) для спектральных цветов в видимом диапазоне. Спектральные цвета обладают 100% чистотой и полностью насыщены. Сложная смесь спектральных цветов может быть использована для описания любого цвета, что и является определением спектра мощности света. Спектральные цвета образуют непрерывный спектр, а то, как он лингвистически разделяется на отдельные цвета, зависит от культуры и исторических обстоятельств. Несмотря на широко используемую в английском языке мнемонику ROYGBIV для запоминания спектральных цветов, вопрос о включении или исключении тех или иных цветов остаётся спорным, причём разногласия часто касаются индиго и циана. Даже если согласуется набор цветовых терминов, их диапазоны длин волн и границы между ними могут не совпадать. Интенсивность спектрального цвета, в зависимости от контекста его восприятия, может существенно изменять его видимость в соответствии с эффектом Безольда-Брюке; например, оранжево-жёлтый цвет низкой интенсивности воспринимается как коричневый, а жёлто-зелёный цвет низкой интенсивности – как оливковый. В цветовых моделях, способных представлять спектральные цвета, таких как CIELUV, спектральный цвет имеет максимальную насыщенность. В координатах Гельмгольца это описывается как 100% чистота.

Цвет объектов

Физический цвет объекта зависит от того, как он поглощает и рассеивает свет. Большинство объектов рассеивают свет в той или иной степени и не отражают или пропускают свет зеркально, как стекло или зеркала. Прозрачный объект пропускает почти весь свет, поэтому прозрачные объекты воспринимаются как бесцветные. Напротив, непрозрачный объект не пропускает свет, а поглощает или отражает падающий на него свет. Как и прозрачные объекты, полупрозрачные объекты пропускают свет, но кажутся цветными, поскольку рассеивают или поглощают определенные длины волн света посредством внутреннего рассеяния. Поглощенная энергия света часто рассеивается в виде тепла.

Разработка теорий цветового зрения

Хотя Аристотель и другие ученые древности уже писали о природе света и цветового зрения, лишь Ньютон установил, что свет является источником цветового ощущения. В 1810 году Гете опубликовал свою всеобъемлющую «Теорию цветов», в которой он дал рациональное описание цветового опыта, которое, по словам Шопенгауэра, «говорит нам о том, как он возникает, а не о том, что он есть».

В 1801 году Томас Янг предложил свою трихроматическую теорию, основанную на наблюдении, что любой цвет можно получить путем смешения трех цветов. Эта теория была впоследствии усовершенствована Джеймсом Клерком Максвеллом и Германом фон Гельмгольцем. Как выразился Гельмгольц, «принципы закона смешения цветов Ньютона были экспериментально подтверждены Максвеллом в 1856 году. Теория цветового восприятия Янга, как и многие другие достижения этого выдающегося исследователя, опередившие свое время, оставалась незамеченной, пока Максвелл не обратил на нее внимание». Одновременно с Гельмгольцем Эвальд Херинг разработал теорию цветового оппонента, отметив, что цветовая слепота и послеобразия обычно проявляются в виде пар противоположных цветов (красный-зеленый, синий-оранжевый, желтый-фиолетовый и черный-белый). В конечном итоге, в 1957 году Хурвич и Джеймсон синтезировали эти две теории, показав, что обработка информации в сетчатке соответствует трихроматической теории, а обработка на уровне латерального коленчатого тела – теории цветового оппонента. В 1931 году международная группа экспертов, известная как Международная комиссия по освещению (CIE), разработала математическую модель цвета, которая отобразила пространство воспринимаемых цветов и присвоила каждому из них набор из трех чисел.

Цвет в глазах

Способность человеческого глаза различать цвета основана на различной чувствительности клеток сетчатки к свету разных длин волн. Человек трихроматичен – сетчатка содержит три типа цветовых рецепторов, или конусов. Один тип, относительно отличный от двух других, наиболее чувствителен к свету, воспринимаемому как синий или сине-фиолетовый, с длиной волны около 450 нм; конусы этого типа иногда называют конусами короткой длины волны или S-конусами (или, что вводит в заблуждение, синими конусами). Другие два типа тесно связаны генетически и химически: конусы средней длины волны, M-конусы или зеленые конусы, наиболее чувствительны к свету, воспринимаемому как зеленый, с длиной волны около 540 нм, в то время как конусы длинной длины волны, L-конусы или красные конусы, наиболее чувствительны к свету, воспринимаемому как зеленовато-желтый, с длиной волны около 570 нм. Свет, каким бы сложным ни был его спектральный состав, в глазу преобразуется в три цветовых компонента. Каждый тип конуса следует принципу унивариантности, то есть выходной сигнал каждого конуса определяется количеством света, падающего на него во всем диапазоне длин волн. Для каждой точки в поле зрения три типа конусов генерируют три сигнала, основанных на степени стимуляции каждого из них. Эти величины стимуляции иногда называют тристимульными значениями. Кривая отклика в зависимости от длины волны различается для каждого типа конуса. Поскольку эти кривые перекрываются, некоторые тристимульные значения не могут быть получены ни при какой комбинации входящего света. Например, невозможно стимулировать только конусы средней длины волны (так называемые "зеленые"); другие конусы неизбежно будут стимулироваться в той или иной степени одновременно. Множество всех возможных тристимульных значений определяет цветовое пространство человека. По оценкам, человек может различать примерно 10 миллионов различных цветов. Другой тип светочувствительных клеток в глазу, палочка, имеет иную кривую отклика. В нормальных условиях, когда свет достаточно яркий, чтобы сильно стимулировать конусы, палочки практически не участвуют в процессе зрения. С другой стороны, при слабом освещении конусы недостаточно стимулируются, оставляя только сигнал от палочек, что приводит к ахроматическому восприятию. (Кроме того, палочки почти не чувствительны к свету в "красном" диапазоне.) В определенных условиях умеренного освещения отклик палочек и слабый отклик конусов могут вместе приводить к цветовой дискриминации, не объясняемой только откликами конусов. Все эти эффекты суммируются также в кривой Круитофа, которая описывает изменение восприятия цвета и приятности света в зависимости от температуры и интенсивности.

The ability of the human eye to distinguish colors is based upon the varying sensitivity of different cells in the retina to light of different wavelengths. Humans are trichromatic—the retina contains three types of color receptor cells, or cones. One type, relatively distinct from the other two, is most responsive to light that is perceived as blue or blue violet, with wavelengths around 450 nm; cones of this type are sometimes called short wavelength cones or S cones (or misleadingly, blue cones). The other two types are closely related genetically and chemically: middle wavelength cones, M cones, or green cones are most sensitive to light perceived as green, with wavelengths around 540 nm, while the long wavelength cones, L cones, or red cones, are most sensitive to light that is perceived as greenish yellow, with wavelengths around 570 nm. Light, no matter how complex its composition of wavelengths, is reduced to three color components by the eye. Each cone type adheres to the principle of univariance, which is that each cone's output is determined by the amount of light that falls on it over all wavelengths. For each location in the visual field, the three types of cones yield three signals based on the extent to which each is stimulated. These amounts of stimulation are sometimes called tristimulus values. The response curve as a function of wavelength varies for each type of cone. Because the curves overlap, some tristimulus values do not occur for any incoming light combination. For example, it is not possible to stimulate only the mid wavelength (so called "green") cones; the other cones will inevitably be stimulated to some degree at the same time. The set of all possible tristimulus values determines the human color space. It has been estimated that humans can distinguish roughly 10 million different colors. The other type of light sensitive cell in the eye, the rod, has a different response curve. In normal situations, when light is bright enough to strongly stimulate the cones, rods play virtually no role in vision at all. On the other hand, in dim light, the cones are understimulated leaving only the signal from the rods, resulting in a colorless response. (Furthermore, the rods are barely sensitive to light in the "red" range.) In certain conditions of intermediate illumination, the rod response and a weak cone response can together result in color discriminations not accounted for by cone responses alone. These effects, combined, are summarized also in the Kruithof curve, which describes the change of color perception and pleasingness of light as a function of temperature and intensity.

Цвет в мозге

В то время как механизмы цветового зрения на уровне сетчатки хорошо описаны с точки зрения тристимульных значений, обработка цвета после этого этапа организована иначе. Доминирующая теория цветового зрения предполагает, что информация о цвете передается из глаза посредством трех оппонентных процессов, или оппонентных каналов, каждый из которых формируется на основе первичного сигнала от колбочек: красно-зеленый канал, сине-желтый канал и черно-белый "кана́л яркости". Эта теория получила подтверждение в нейробиологии и объясняет структуру нашего субъективного цветового опыта. В частности, она объясняет, почему человек не может воспринимать "красновато-зеленый" или "желтовато-голубой" цвет, и предсказывает структуру цветового круга: это совокупность цветов, для которых хотя бы один из двух цветовых каналов достигает экстремального значения. Точная природа восприятия цвета, выходящая за рамки уже описанной обработки, и, более того, вопрос о том, является ли цвет характеристикой воспринимаемого мира или же характеристикой нашего восприятия мира – своего рода квалиа – остаются предметом сложных и продолжающихся философских дискуссий. От областей V1 информация о цвете направляется к клеткам второй зрительной области, V2. Клетки в V2, наиболее чувствительные к цвету, сгруппированы в "тонкие полосы", которые, подобно областям в V1, содержат фермент цитохром оксидазу (между тонкими полосами располагаются межполосы и толстые полосы, которые, по-видимому, отвечают за другую зрительную информацию, такую как движение и форма с высоким разрешением). Нейроны в V2 затем образуют синапсы с клетками в расширенной области V4. Эта область включает в себя не только V4, но и две другие области в задней нижней височной коре, расположенные перед областью V3 – дорсальную заднюю нижнюю височную кору и заднюю височную кору TEO. Семир Зеки первоначально предположил, что область V4 посвящена исключительно обработке цвета, а позже показал, что V4 можно разделить на подрегионы с очень высокой концентрацией цветочувствительных клеток, разделенных зонами с более низкой концентрацией таких клеток, хотя даже последние клетки лучше реагируют на определенные длины волн, чем на другие – вывод, подтвержденный последующими исследованиями. Наличие в V4 клеток, селективных к ориентации, привело к мнению, что V4 участвует в обработке как цвета, так и формы, связанной с цветом, однако стоит отметить, что клетки, селективные к ориентации, в V4 настроены более широко, чем их аналоги в V1, V2 и V3.

While the mechanisms of color vision at the level of the retina are well described in terms of tristimulus values, color processing after that point is organized differently. A dominant theory of color vision proposes that color information is transmitted out of the eye by three opponent processes, or opponent channels, each constructed from the raw output of the cones: a red–green channel, a blue–yellow channel, and a black–white "luminance" channel. This theory has been supported by neurobiology, and accounts for the structure of our subjective color experience. Specifically, it explains why humans cannot perceive a "reddish green" or "yellowish blue", and it predicts the color wheel: it is the collection of colors for which at least one of the two color channels measures a value at one of its extremes. The exact nature of color perception beyond the processing already described, and indeed the status of color as a feature of the perceived world or rather as a feature of our perception of the world—a type of qualia—is a matter of complex and continuing philosophical dispute. From the V1 blobs, color information is sent to cells in the second visual area, V2. The cells in V2 that are most strongly color tuned are clustered in the "thin stripes" that, like the blobs in V1, stain for the enzyme cytochrome oxidase (separating the thin stripes are interstripes and thick stripes, which seem to be concerned with other visual information like motion and high resolution form). Neurons in V2 then synapse onto cells in the extended V4. This area includes not only V4, but two other areas in the posterior inferior temporal cortex, anterior to area V3, the dorsal posterior inferior temporal cortex, and posterior TEO. Area V4 was initially suggested by Semir Zeki to be exclusively dedicated to color, and he later showed that V4 can be subdivided into subregions with very high concentrations of color cells separated from each other by zones with lower concentration of such cells though even the latter cells respond better to some wavelengths than to others, a finding confirmed by subsequent studies. The presence in V4 of orientation selective cells led to the view that V4 is involved in processing both color and form associated with color but it is worth noting that the orientation selective cells within V4 are more broadly tuned than their counterparts in V1, V2 and V3.

Тетрахроматизм

Помимо людей, которые в основном трихроматичны (обладают тремя типами колбочек), большинство млекопитающих дихроматичны, имея только два типа колбочек. Однако, за пределами млекопитающих, большинство позвоночных тетрахроматичны, обладая четырьмя типами колбочек, и включают в себя большинство птиц, рептилий, амфибий и костных рыб. Дополнительное измерение цветового зрения означает, что эти позвоночные способны различать два различных цвета, которые обычный человек воспринял бы как метамеры. У некоторых беспозвоночных, таких как креветка-богомол, даже большее количество колбочек (12), что может обеспечивать более широкий цветовой охват, чем можно себе представить человеку. Существование человеческих тетрахроматиков – вопрос спорный. До половины всех женщин обладают четырьмя различными классами колбочек, что потенциально может обеспечить тетрахроматическое зрение. Однако необходимо различать тетрахроматиков сетчатки (или слабых тетрахроматиков), которые экспрессируют четыре класса колбочек в сетчатке, и функциональных (или сильных) тетрахроматиков, которые способны к улучшенной цветовой дискриминации, ожидаемой от тетрахроматического зрения. Фактически, существует лишь одно рецензируемое сообщение о функциональном тетрахромате. По оценкам, в то время как обычный человек способен различать один миллион цветов, человек с функциональной тетрахроматией может различать сто миллионов цветов.

Синестезия

При некоторых формах синестезии восприятие букв и цифр (графема-цветовая синестезия) или звуков (хроместезия) вызывает ощущение цвета. Поведенческие и функциональные нейровизуализационные эксперименты показали, что эти цветовые переживания приводят к изменениям в выполнении задач и увеличению активности областей мозга, участвующих в восприятии цвета, тем самым подтверждая их реальность и сходство с реальными цветовыми восприятиями, хотя и возникающими нетипичным путем. Синестезия может быть наследственной, и варианты, связанные с ней, встречаются у 4% населения. Также известно, что синестезия может возникать вследствие повреждений мозга, приема наркотиков и сенсорной депривации. Философ Пифагор испытывал синестезию и оставил одно из первых письменных описаний этого состояния примерно в 550 году до нашей эры. Он разработал математические уравнения для музыкальных нот, которые могли составлять часть гаммы, например, октавы.

Последующие изображения

После воздействия яркого света в диапазоне их чувствительности, фоторецепторы данного типа становятся менее чувствительными. В течение нескольких секунд после прекращения действия света они продолжают сигнализировать слабее, чем это было бы в обычных условиях. Цвета, воспринимаемые в этот период, кажутся лишенными цветового компонента, который регистрируется менее чувствительными фоторецепторами. Этот эффект является причиной возникновения послеобразов, когда глаз может продолжать видеть яркое изображение после того, как взгляд от него отведён, но в дополнительном цвете. Эффект послеобразов также использовался художниками, в том числе Винсентом ван Гогом.

Постоянство цвета

Когда художник использует ограниченную цветовую палитру, человеческая зрительная система склонна компенсировать это, воспринимая любой серый или нейтральный цвет как недостающий цвет в цветовом круге. Например, в ограниченной палитре, состоящей из красного, жёлтого, чёрного и белого, смесь жёлтого и чёрного будет казаться различными оттенками зелёного, смесь красного и чёрного – различными оттенками фиолетового, а чистый серый – голубоватым. Трихроматическая теория строго верна, когда зрительная система находится в фиксированном состоянии адаптации. Однако в реальности зрительная система постоянно адаптируется к изменениям в окружающей среде, сравнивая различные цвета в сцене для уменьшения влияния освещения. Если сцена освещена одним источником света, а затем другим, до тех пор, пока разница между источниками света остаётся в разумных пределах, цвета в сцене кажутся нам относительно постоянными. Это было изучено Эдвином Лэндом в 1970-х годах и привело к его теории постоянства цвета ретинекса. Оба явления легко объясняются и математически моделируются современными теориями хроматической адаптации и цветовосприятия (например, CIECAM02, iCAM). Нет необходимости отвергать трихроматическую теорию зрения, скорее её можно дополнить пониманием того, как зрительная система адаптируется к изменениям в условиях наблюдения.

Размножение

Репродукция цвета – это наука о создании цветов для человеческого глаза, которые точно передают желаемый цвет. Она фокусируется на том, как сформировать спектр длин волн, наилучшим образом вызывающий определенное цветовое восприятие у наблюдателя. Большинство цветов не являются спектральными, то есть представляют собой смеси различных длин волн света. Однако эти неспектральные цвета часто описываются их доминирующей длиной волны, которая определяет единственную длину волны света, создающую ощущение, наиболее близкое к неспектральному цвету. Доминирующая длина волны приблизительно соответствует цветовому тону. Существует множество цветовых восприятий, которые по определению не могут быть чистыми спектральными цветами из-за их десатурации или потому, что они являются пурпурными (смесями красного и фиолетового света, находящимися на противоположных концах спектра). Примеры неспектральных цветов включают ахроматические цвета (черный, серый и белый), а также цвета, такие как розовый, бежевый и маджента. Два различных спектра света, оказывающие одинаковое воздействие на три цветовых рецептора в человеческом глазу, будут восприниматься как один и тот же цвет. Они являются метамерами этого цвета. Это демонстрируется белым светом, излучаемым люминесцентными лампами, который обычно имеет спектр, состоящий из нескольких узких полос, в то время как дневной свет имеет непрерывный спектр. Человеческий глаз не может различить такие спектры света, просто глядя на источник света, хотя индекс цветопередачи каждого источника света может влиять на цвет объектов, освещенных этими метамерическими источниками света. Аналогично, большинство цветовых восприятий человека можно получить, смешивая три цвета, называемые первичными. 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 использованием трех конкретных первичных цветов. Каждый метод имеет свои преимущества и недостатки в зависимости от конкретного применения. Однако никакая смесь цветов не может создать ответ, полностью идентичный ответу спектрального цвета, хотя можно добиться близкого соответствия, особенно для более длинных длин волн, где диаграмма цветности CIE 1931 имеет почти прямую границу. Например, смешивание зеленого света (530 нм) и синего света (460 нм) создает циановый свет, который слегка десатурирован, поскольку реакция красного цветового рецептора на смесь зеленого и синего света будет больше, чем на чистый циановый свет при 485 нм той же интенсивности. Из-за этого, а также из-за того, что первичные цвета в системах цветной печати обычно не являются чистыми, воспроизводимые цвета никогда не бывают идеально насыщенными спектральными цветами, и поэтому спектральные цвета невозможно точно воспроизвести. Однако в природных сценах редко встречаются полностью насыщенные цвета, поэтому такие сцены обычно можно хорошо аппроксимировать с помощью этих систем. Диапазон цветов, которые можно воспроизвести с помощью данной системы репродукции цвета, называется цветовым охватом. Диаграмма цветности CIE может быть использована для описания цветового охвата. Другая проблема с системами репродукции цвета связана с первоначальным измерением цвета, или колориметрией. Характеристики цветовых сенсоров в измерительных устройствах (например, камерах, сканерах) часто сильно отличаются от характеристик рецепторов в человеческом глазу. Система репродукции цвета, "настроенная" на человека с нормальным цветовым зрением, может давать очень неточные результаты для других наблюдателей, в зависимости от отклонений цветового зрения от стандартного наблюдателя. Различные цветовые характеристики различных устройств могут быть проблематичными, если ими не управлять должным образом. Для цветовой информации, хранящейся и передаваемой в цифровом виде, методы управления цветом, такие как те, которые основаны на профилях ICC, могут помочь избежать искажения воспроизводимых цветов. Управление цветом не обходит ограничений цветового охвата конкретных выходных устройств, но может помочь в поиске оптимального отображения входных цветов в цветовой охват, который можно воспроизвести.

Color reproduction is the science of creating colors for the human eye that faithfully represent the desired color. It focuses on how to construct a spectrum of wavelengths that will best evoke a certain color in an observer. Most colors are not spectral colors, meaning they are mixtures of various wavelengths of light. However, these non spectral colors are often described by their dominant wavelength, which identifies the single wavelength of light that produces a sensation most similar to the non spectral color. Dominant wavelength is roughly akin to hue. There are many color perceptions that by definition cannot be pure spectral colors due to desaturation or because they are purples (mixtures of red and violet light, from opposite ends of the spectrum). Some examples of necessarily non spectral colors are the achromatic colors (black, gray, and white) and colors such as pink, tan, and magenta. Two different light spectra that have the same effect on the three color receptors in the human eye will be perceived as the same color. They are metamers of that color. This is exemplified by the white light emitted by fluorescent lamps, which typically has a spectrum of a few narrow bands, while daylight has a continuous spectrum. The human eye cannot tell the difference between such light spectra just by looking into the light source, although the color rendering index of each light source may affect the color of objects illuminated by these metameric light sources. Similarly, most human color perceptions can be generated by a mixture of three colors called primaries. This is used to reproduce color scenes in photography, printing, television, and other media. There are a number of methods or color spaces for specifying a color in terms of three particular primary colors. Each method has its advantages and disadvantages depending on the particular application. No mixture of colors, however, can produce a response truly identical to that of a spectral color, although one can get close, especially for the longer wavelengths, where the CIE 1931 color space chromaticity diagram has a nearly straight edge. For example, mixing green light (530 nm) and blue light (460 nm) produces cyan light that is slightly desaturated, because response of the red color receptor would be greater to the green and blue light in the mixture than it would be to a pure cyan light at 485 nm that has the same intensity as the mixture of blue and green. Because of this, and because the primaries in color printing systems generally are not pure themselves, the colors reproduced are never perfectly saturated spectral colors, and so spectral colors cannot be matched exactly. However, natural scenes rarely contain fully saturated colors, thus such scenes can usually be approximated well by these systems. The range of colors that can be reproduced with a given color reproduction system is called the gamut. The CIE chromaticity diagram can be used to describe the gamut. Another problem with color reproduction systems is connected with the initial measurement of color, or colorimetry. The characteristics of the color sensors in measurement devices (e. g. cameras, scanners) are often very far from the characteristics of the receptors in the human eye. A color reproduction system "tuned" to a human with normal color vision may give very inaccurate results for other observers, according to color vision deviations to the standard observer. The different color response of different devices can be problematic if not properly managed. For color information stored and transferred in digital form, color management techniques, such as those based on ICC profiles, can help to avoid distortions of the reproduced colors. Color management does not circumvent the gamut limitations of particular output devices, but can assist in finding good mapping of input colors into the gamut that can be reproduced.

Добавленные красители

Аддитивный цвет – это свет, получаемый при смешении света двух или более различных цветов. Красный, зелёный и синий – это основные аддитивные цвета, обычно используемые в аддитивных цветовых системах, таких как проекторы, телевизоры и компьютерные мониторы.

Субтрактивная окраска

Для вычитания цвета используются красители, чернила, пигменты или фильтры, которые поглощают определенные длины волн света, не поглощая другие. Цвет, который мы видим на поверхности, формируется из тех частей видимого спектра, которые не поглощаются и, следовательно, остаются видимыми. Без пигментов и красителей волокна ткани, основа краски и бумага обычно состоят из частиц, которые хорошо рассеивают белый свет (содержащий все цвета) во всех направлениях. Когда добавляется пигмент или чернила, определенные длины волн поглощаются или "вычитаются" из белого света, и до глаза достигает свет другого цвета. Если источник света не является чисто белым (что характерно для большинства видов искусственного освещения), результирующий спектр будет выглядеть немного иначе. Красная краска, освещенная синим светом, может казаться черной. Красная краска выглядит красной, потому что она рассеивает только красные компоненты спектра. Если красную краску осветить синим светом, она поглотит его, создавая впечатление черного объекта. Субтрактивная модель также позволяет предсказать цвет, получаемый при смешивании красок или подобных сред, таких как красители для ткани, независимо от того, наносятся ли они слоями или смешиваются перед нанесением. В случае краски, смешанной перед нанесением, падающий свет взаимодействует с множеством частиц пигмента на разной глубине внутри слоя краски, прежде чем выйти наружу.

Структурный цвет

Структурные цвета – это цвета, вызванные интерференционными эффектами, а не пигментами. Цветовые эффекты возникают, когда материал имеет микроструктуру в масштабе длины волны цвета – то есть, покрыт тонкими параллельными линиями, состоит из одного или нескольких параллельных тонких слоев, или иным образом сформирован из таких микроструктур. Если микроструктуры расположены случайным образом, свет с более короткой длиной волны рассеивается преимущественно, создавая цвета эффекта Тиндаля: синева неба (рассеяние Рэлея, вызванное структурами, значительно меньшими длины волны света, в данном случае – молекулами воздуха), блеск опалов и синий цвет человеческой радужки. Если микроструктуры выстроены в упорядоченные ряды, например, дорожки на CD, они действуют как дифракционная решетка: решетка отражает различные длины волн в разных направлениях из-за интерференции, разделяя смешанный "белый" свет на спектр. Если структура состоит из одного или нескольких тонких слоев, она будет отражать одни длины волн и пропускать другие, в зависимости от толщины слоев. Структурный цвет изучается в области тонкопленочной оптики. Наиболее упорядоченные или наиболее переменчивые структурные цвета являются иридесцентными. Структурный цвет отвечает за синие и зеленые оттенки оперения многих птиц (например, синей сойки), а также за окраску крыльев некоторых бабочек и панцирей жуков. Изменения в интервале между элементами структуры часто приводят к иридесцентному эффекту, как это наблюдается в оперении павлина, мыльных пузырях, масляных пленках и перламутре, поскольку отражаемый цвет зависит от угла зрения. Многие ученые, включая Исаака Ньютона и Роберта Гука, проводили исследования крыльев бабочек и панцирей жуков. С 1942 года используется электронная микроскопия, что способствовало разработке продуктов, использующих структурный цвет, таких как "фотонная" косметика.

Культурная перспектива

Цвета, их значения и ассоциации могут играть значительную роль в произведениях искусства, в том числе и в литературе.

Ассоциации

У отдельных цветов существуют разнообразные культурные ассоциации, такие как национальные цвета (в целом описанные в отдельных статьях о цвете и цветовой символике). Область психологии цвета стремится выявить влияние цвета на человеческие эмоции и активность. Хромотерапия – это форма альтернативной медицины, корни которой восходят к различным восточным традициям. Цвета вызывают разные ассоциации в разных странах и культурах. Было продемонстрировано, что различные цвета оказывают воздействие на когнитивные процессы. Например, исследователи из Университета Линца в Австрии показали, что красный цвет значительно снижает когнитивные способности у мужчин. Сочетание красного и жёлтого цветов может стимулировать аппетит, что используется рядом сетевых ресторанов. Цвет также играет роль в развитии памяти. Черно-белая фотография запоминается несколько хуже, чем цветная. Исследования также показывают, что люди лучше запоминают тех, кто носит яркую одежду.

Терминология

Цвета различаются несколькими способами, включая тон (оттенки красного, оранжевого, жёлтого, зелёного, синего и фиолетового и т. д.), насыщенность и яркость. Некоторые названия цветов происходят от названий предметов этого цвета, например, "оранжевый" или "лососёвый", а другие – абстрактны, например, "красный". В исследовании 1969 года "Основные цветовые термины: их универсальность и эволюция" Брент Берлин и Пол Кей описывают закономерность в наименовании "основных" цветов (например, "красный", но не "красно-оранжевый" или "тёмно-красный" или "малиновый", которые являются "оттенками" красного). Все языки, имеющие два "основных" названия цветов, различают тёмные/холодные цвета от светлых/тёплых. Следующими цветами, которые обычно начинают различать, являются красный, а затем жёлтый или зелёный. Все языки с шестью "основными" цветами включают чёрный, белый, красный, зелёный, синий и жёлтый. Эта закономерность сохраняется и для набора из двенадцати: чёрный, серый, белый, розовый, красный, оранжевый, жёлтый, зелёный, синий, фиолетовый, коричневый и лазурный (отличается от синего в русском и итальянском языках, но не в английском).