Основные закономерности восприятия цвета

Для различения цветов решающее значение имеет их яркость. Это качество позволяет ориентироваться в цветовой картине мира даже существам, лишенным хроматического зрения.

Человеческий глаз способен работать при очень больших колебаниях яркости.

Адаптация - приспособление глаза к различным уровням яркости.

Различают световую и темновую адаптации.

Световая адаптация означает снижение чувствительности глаза к свету в условиях большой освещенности. Оптимальные яркости для световой адаптации —2—5 тыс. кд/м² (яркость ясного неба в полдень). Наименьшая яркость —0, 001 кд/м²; наибольшая (еще не оказывающая слепящего действия) —160 тыс. кд/м². При световой адаптации функционирует кол-бочковый аппарат сетчатки. Практически световая адаптация происходит за 1—4 мин (например, при выходе из темноты на свет). Полное время световой адаптации —20—30 мин.

Темновая адаптация — это повышение чувствительности глаза к свету в условиях малой освещенности. Диапазон яркости при темновой адаптации: наименьшая яркость —10'⁷ кд/м²; наибольшая — 1 кд/м². При темновой адаптации функционирует палочковый аппарат сетчатки. При яркостях от 10'³ до 1 кд/м² происходит совместная работа палочек и колбочек. Это так называемое сумеречное зрение.

Яркость спектральных цветов, воспринимаемая глазом, зависит от цветового тона. Если разложить белый свет на спектр и измерить энергию лучей всех основных цветов, то получим равные величины. Иными словами, энергетическая яркость всех лучей спектра одинакова. Зрительно же мы оцениваем яркость спектральных цветов как весьма различную. Самым ярким (светлым) нам кажется желтый цвет, самым темным — красный и фиолетовый.

Видностъ - воспринимаемая глазом яркость спектральных цветов.

Как показал С.И. Вавилов, различная видность цветов биологически целесообразна. Это позволяет гораздо лучше отличать цвета друг от друга, чем если бы они представлялись нам похожими по яркости. А ведь для живого существа имеет значение не абсолютная оценка цветов, а оценка их различий между собой. Чрезвычайно характерно, что спектр отражения зеленых листьев растений весьма похож на кривую видности. Лист растения «видит» цвет так же, как и глаз человека.

При дневной и сумеречной адаптации видность цветов различна. Днем красный цвет кажется нам более ярким, чем синий и фиолетовый. В сумерках, напротив, красный сильно темнеет, а синий светлеет (относительно).

Многие закономерности восприятия цвета объясняются трехкомпонентной теорией цветового зрения. Согласно этой теории, в нашем зрительном органе существует три цветоощущающих аппарата: красный, зеленый и синий. Каждый из них под действием света возбуждается в большей или меньшей степени, в зависимости от длины волны излучения. Затем возбуждения суммируются аналогично тому, как это происходит при слагательном смешении цветов. Сумма возбуждений представляется нам ощущением того или иного цвета. Авторы этой теории — М. В. Ломоносов, Т. Юнг и Г. Гельмгольц.

В 1903 г. Кениг построил кривые основных возбуждений трех цветовоспринимающих аппаратов. По абсциссе графика отложены длины волн монохроматических излучений, по ординате — возбудимость трех аппаратов зрения в относительных единицах. Площади всех трех кривых равны. При равном возбуждении трех аппаратов возникает ощущение белого цвета.

Ощущение хроматического цвета возникает при неравном их возбуждении.

Цветовой тон ощущения определяется отношением красного, зеленого и синего возбуждений.

Трехкомпонентная теория хорошо объясняет важнейшие закономерности восприятия цвета, однако известны факты, свидетельствующие о более сложной картине функционирования органа зрения. Мы пользуемся трехкомпонентной теорией как некоторой моделью, облегчающей изучение закономерностей зрения.

Чувствительность глаза к цветовому тону зависит от положения цвета в спектре. Человеческий глаз лучше всего различает цвета в средней части спектра: от голубого до оранжевого. Здесь достаточно изменения длины волны на 1—2 нм для того, чтобы почувствовать изменение цвета. В области красного и фиолетового цветов разностный порог резко увеличивается, доходя до десятков и сотен нанометров. Это можно объяснить тем, что в средневолновой области отношения К, 3 и С возбуждений меняются наиболее быстро. У краев спектра эти отношения изменяются гораздо медленнее, поэтому мы плохо замечаем изменения длины волны.

Цветовой тон воспринимается неодинаково при различной яркости цвета. Так, при ослаблении мощности светового потока видимый спектр, прежде чем стать совсем бесцветным, сводится всего к трем цветам: красному, зеленому и фиолетово-синему.

То же самое происходит при существенном снижении освещенности окрашенных в разные цвета поверхностей: воспринимаются только три основных цвета, переходы между ними исчезают. Это объясняется тем, что при ослаблении раздражителя более слабые возбуждения (между максимумами трех кривых) опускаются ниже порога ощущения скорее, чем более сильные возбуждения.

Образно говоря, можно представить себе картину погружения под воду трех гор — К, 3 и С; в определенный момент над поверхностью воды остаются только их вершины, склоны исчезают. Продолжая аналогию, можно угадать, что при дальнейшем снижении яркости дольше всех будет ощущаться синий цвет; и это действительно соответствует фактам. Описанное выше изменение цветов при уменьшении их яркости называют явлением Бецольда — Брюкке.

При сильном снижении насыщенности цветов и при увеличении их яркости также происходит сдвиг цветового тона (это называют явлением Эбнея). При подмешивании белого к спектральным цветам оранжевый и красный желтеют, синий и фиолетовый голубеют. Иными словами, спектр стремится к разделению на две группы — желтых и голубых цветов. При сильном освещении (например, ярким полуденным солнцем в южных широтах) происходит подмесь белого к отраженному от поверхностей свету, и здесь также наблюдается изменение цветового тона. То же самое можно наблюдать при большом снижении насыщенности краски (в слабых водных растворах).

Восприятие цвета зависит от угловых размеров пятна. При размере цветового пятна 20—10' цветовой тон смещается в сторону красного или зелено-голубого. Синий и зеленый, а также красный и пурпурный становятся трудноразличимыми. Если размер пятна меньше 10', хроматичность его исчезает: желтые и зелено-голубые становятся белыми, синие и красные — черными.

Характеристики цвета изменяются также под действием хроматической адаптации. Этим термином называют снижение чувствительности глаза к цвету при более или менее длительном наблюдении его. Хроматическую адаптацию легко продемонстрировать на опыте. Возьмем какую-либо цветную карточку (выкраску) и закроем половину ее белой бумагой. Посмотрев на выкраску в течение полминуты (считая до 40), откроем вторую половину и сравним цвет двух полей: того, которое мы наблюдали сравнительно долго, и того, которое только что увидели. Проделав такой эксперимент с различными цветами, мы можем убедиться в следующем:

- а) под действием цветовой адаптации насыщенность всех цветов снижается (к ним как бы подмешивается серый);

- б) светлые цвета темнеют, а темные светлеют;

- в) теплые цвета становятся более холодными, а холодные — более - теплыми.

Таким образом, происходит сдвиг всех трех характеристик цвета. Объяснение этому явлению нетрудно найти исходя из трехкомпонентной теории. При длительной фиксации цвета какой-либо из цветочувствительных аппаратов испытывает нарастающее утомление, нарушается первоначальное соотношение возбуждений, и это приводит к изменению характеристик цвета.

Если цвет фиксируется наблюдателем слишком долго, хроматическая адаптация перерастает в качественно иное явление — цветовое утомление. В результате цветового утомления первоначальное цветовое ощущение может измениться до неузнаваемости. Так, наблюдатель может спутать противоположные цвета, например красный и зеленый.

В искусственных лабораторных условиях при уравнивании эффективной яркости (светлоты) спектральных цветов обнаружено, что наименьшим утомляющим действием обладает желтый цвет, затем к краям спектра кривая утомляющего действия резко повышается (опыты Е. Рабкина). Однако в обычной ситуации, при естественных условиях наблюдения цвета, оказалось, что утомляющее действие цвета зависит не от цветового тона, а только от насыщенности при прочих равных условиях (опыты Е. Каменской). Более общо говоря, утомляющее действие цвета пропорционально его количеству, а количество цвета можно рассматривать как функцию цветового тона, яркости, насыщенности, угловых размеров пятна, цветового контраста и времени наблюдения. При прочих равных условиях наибольшим количеством цвета обладают красный и оранжевый, а наименьшим — синий и фиолетовый.

Периферия сетчатки глаза утомляется гораздо скорее, чем центральные части. В этом нетрудно убедиться на простом опыте. На черном квадрате размером 30Х30 мм изображаются белый квадратик 3Х3 мм и ниже — белая полоска 24Х 1 ^мм. При фиксации взгляда на квадратике очень скоро полоска тускнеет и исчезает. Опыт удается лучше, если смотреть одним глазом.

Существует гипотеза о том, что зрение далеких предков человека было ахроматическим. Затем в процессе биологической эволюции цветоощущающий аппарат раздвоился на желтый и синий, а желтый, в свою очередь, — на красный и зеленый. Нередкие в настоящее время случаи цветовой слепоты или пониженной чувствительности к некоторым цветам можно рассматривать как проявления атавизма — возврата к анатомическим и физиологическим свойствам далеких предков. Различают три вида цветовой слепоты: к красному (протанопия); к зеленому (девтеранопия) и — гораздо реже — к синему (тританопия). Последний случай — патологический, в то время как два первых — физиологические, врожденные. Цветовую слепоту часто называют общим словом «дальтонизм» по имени английского ученого Д. Дальтона, открывшего это явление на собственном опыте (он был краснослепым).

Чрезвычайно важное значение для всех наших зрительных восприятий имеет явление цветовой индукции. Цветовой индукцией мы называем изменение характеристик цвета под влиянием наблюдения другого цвета, или, проще говоря, взаимное влияние цветов.

Различают два принципиально разных вида индукции: отрицательную и положительную. При отрицательной индукции характеристики двух взаимно индуцирующих цветов изменяются в противоположном направлении. Например, если сопоставить темное и светлое пятно, то темное покажется еще темнее, а светлое — еще светлее, чем они есть на самом деле. При положительной индукции характеристики цветов сближаются, происходит их «подравнивание», нивелирование. Какая произойдет индукция — положительная или отрицательная, — это зависит от меры различия характеристик цвета. Если различие достаточно заметно, глаз стремится еще увеличить его; если же оно малозаметно, глаз уничтожает эту небольшую разницу. В этой закономерности проявляется стремление наших органов чувств к определенности, ясности.

Цветовая индукция — причина множества явлений, объединяемых общим термином «контрасты». В бытовой речи под этим понятием подразумевается большое различие между качествами двух явлений, например:

горячий — холодный, высокий — низкий. В научной терминологии под контрастом подразумевают вообще всякое различие, но при этом вводят понятие меры: например, между цветом чертежной и писчей бумаги — малый контраст, а между цветом угля и мела — большой контраст. Можно определить контраст как меру различия цветов.

Различают следующие виды контраста: по яркости, по насыщенности и по цветовому тону. Количественная мера контраста обозначается буквой К с индексами.

Яркостный контраст ( К в) характеризуется отношением разности яркостей пятен к большей яркости:

К = (В₁ – В₂)/В₁ при В₁> В₂

Яркостный контраст Значение К в

Большой К в > 0, 5

Средний 0, 2 < К в < 0, 5

Малый К в < 0, 2

Контраст по насыщенности краски ( К м) характеризуется отношением разности величин насыщенности двух красок к большей насыщенности:

К м = (М₁ – М₂)/М₁ при М₁> М₂.

Контраст по насыщенности краски Значение К м

БольшойК м > 0, 5

Средний 0, 2 < К м < 0, 5

Малый К м, < 0, 2

Контраст по цветовому тону ( К _Т) характеризуется величиной интервала между цветами в 10-ступенном круге: