Введение
Математическая модель, описывающая цвета как кортежи чисел
В науке о цвете цветовая модель — это абстрактная математическая модель, описывающая способ представления цветов в виде кортежей чисел, как правило, трех или четырех значений или цветовых компонент. Когда эта модель связана с точным описанием интерпретации компонент (условия просмотра и т. д.), с учетом зрительного восприятия, результирующий набор цветов называется "цветовым пространством". В данной статье описываются способы моделирования человеческого цветового зрения и обсуждаются некоторые из наиболее распространенных моделей.
Цветовое пространство тристимула
Можно представить это пространство как область в трехмерном евклидовом пространстве, если соотнести оси x, y и z со стимулами для световых рецепторов длинноволнового (L), средневолнового (M) и коротковолнового (S) света. Начало координат (S,M,L) = (0,0,0) соответствует черному цвету. Белый цвет не имеет определенного положения на этой диаграмме; он определяется, скорее, в соответствии с цветовой температурой или балансом белого, в зависимости от желаемого результата или доступного окружающего освещения. Человеческое цветовое пространство имеет форму конуса, напоминающего подкову, как показано здесь (см. также диаграмму цветности CIE ниже), простирающегося от начала координат до, в принципе, бесконечности. На практике, человеческие световые рецепторы могут насыщаться или даже повреждаться при чрезмерно высокой интенсивности света, однако такое поведение не входит в цветовое пространство CIE, равно как и изменение цветового восприятия при низкой освещенности (см. кривую Круитхофа). Наиболее насыщенные цвета расположены на внешнем крае этой области, а более яркие – дальше от начала координат. Что касается реакции рецепторов в глазу, то не существует таких понятий, как "коричневый" или "серый" свет. Эти названия цветов относятся, соответственно, к оранжевому и белому свету с интенсивностью ниже, чем у окружающих областей. Это можно наблюдать, например, за экраном проектора во время совещания: мы видим черные буквы на белом фоне, хотя "черный" цвет на самом деле не становится темнее белого экрана до включения проектора. "Черные" области не темнеют фактически, а кажутся "черными" относительно более высокой интенсивности "белого", проецируемого на экран вокруг них. См. также постоянство цвета. Человеческое тристимульное пространство обладает свойством, при котором аддитивное смешивание цветов соответствует сложению векторов в этом пространстве. Это позволяет, например, легко описать возможные цвета (гамму), которые можно получить при смешивании красного, зеленого и синего основных цветов на компьютерном дисплее.
Эволюция цветового зрения у позвоночных
Позвоночные животные изначально были тетрахроматичными. У них было четыре типа колбочек — колбочки, чувствительные к длинным, средним, коротким волнам и ультрафиолетовому излучению. Сегодня рыбы, амфибии, рептилии и птицы все тетрахроматичны. Плацентарные млекопитающие утратили как колбочки, чувствительные к средним, так и к коротким длинам волн. Таким образом, у большинства млекопитающих отсутствует сложное цветовое зрение — они дихроматичны, но чувствительны к ультрафиолетовому свету, хотя и не различают его цвета. Трихроматическое цветовое зрение человека — недавнее эволюционное приобретение, впервые возникшее у общего предка приматов Старого Света. Наше трихроматическое цветовое зрение развилось в результате дупликации опсина, чувствительного к длинным волнам, расположенного на X-хромосоме. Одна из этих копий эволюционировала, чтобы быть чувствительной к зеленому свету, и составляет наш опсин средней длины волны. Одновременно с этим наш опсин, чувствительный к коротким волнам, эволюционировал из ультрафиолетового опсина наших позвоночных и млекопитающих предков. Красно-зеленая цветовая слепота у человека возникает из-за того, что две копии генов опсинов, чувствительных к красному и зеленому, остаются расположенными близко друг к другу на X-хромосоме. Вследствие частой рекомбинации во время мейоза эти пары генов могут легко подвергаться перестройке, создавая варианты генов, не имеющие четкой спектральной чувствительности.