Явление, при котором цвета кажутся разными в зависимости от окружающих цветов или условий освещения, известно как цветовая метамерия. Это происходит, потому что зрительная система человека обрабатывает цвет на основе светового спектра, и разные спектры могут давать один и тот же воспринимаемый цвет. Понимание метамерии важно для таких областей, как фотография, дизайн и печать, чтобы гарантировать точное воспроизведение цветов на разных носителях.
Метамерия относится к явлению, когда два цвета визуально совпадают при одном источнике света, но при просмотре при другом источнике света они больше не совпадают. Это происходит потому, что световой спектр влияет на то, как мы воспринимаем цвет. Наши глаза содержат фоторецепторы, которые реагируют на разные длины волн света. Сочетание сигналов от этих фоторецепторов позволяет нам видеть целый ряд цветов.
Однако два разных распределения спектральной мощности могут вызывать одинаковую реакцию в наших фоторецепторах и, следовательно, выглядеть как один и тот же цвет. Эти два цвета с разными спектрами называются метамерами. Хотя они выглядят одинаково под одним источником света, при изменении светового спектра распределение длин волн также меняется. Это изменяет реакцию фоторецепторов и показывает, что цвета на самом деле разные.
Чтобы понять метамерию, важно понять некоторые основы того, как мы видим цвет. Здесь задействованы два основных компонента:
У нас есть три типа колбочек, которые чувствительны к коротким (S), средним (M) и длинным (L) длинам волн видимого света. Сравнивая сигналы от этих трех типов колбочек, наша зрительная система может различать миллионы цветов. Это известно как трихроматическое цветовое зрение.
Когда свет попадает в наш глаз, колбочки стимулируются пропорционально количеству света на каждой длине волны. Если два световых спектра вызывают одинаковую относительную стимуляцию трех типов колбочек, они будут восприниматься как один и тот же цвет, даже если спектры различны. Эти стимулы являются метамерами.
Источник света играет ключевую роль в метамерии. При одном источнике света два цвета могут совпадать из-за одинаковой стимуляции колбочек. Но если спектр света изменится, распределение длин волн и стимуляция колбочек также изменятся, выявляя спектральные различия между метамерами. Например:
В результате при просмотре метамерных цветовых образцов при флуоресцентном и дневном освещении могут наблюдаться резкие цветовые несоответствия. Метамеры выглядят одинаково при одном освещении, но очень по-разному при другом.
Метамерия играет роль во многих реальных приложениях. Вот некоторые основные примеры:
Любая область, связанная с воспроизведением цвета, сталкивается с проблемами, связанными с нарушением метамерии. Два материала, разработанные для сопоставления цветов под одним источником света, могут выглядеть явно несоответствующими при реальном освещении.
Чтобы избежать проблем с метамерией, вот несколько шагов, которые можно предпринять:
Понимая причины метамерии и принимая меры по ее смягчению, сопоставление и воспроизведение цветов могут стать более точными и последовательными на разных носителях и в разных условиях освещения.
На более глубоком научном уровне метамерия связана с трихроматической природой человеческого зрения. Феномен возникает из-за того, что спектры поглощения трех типов фоторецепторов колбочек значительно перекрываются. Это позволяет очень разным комбинациям длин волн света производить цветовое соответствие.
Математически метамеры можно описать как пару стимулов с различным спектральным распределением мощности (S1 и S2), которые имеют эквивалентные функции цветового соответствия при проецировании на три кривые чувствительности колбочек:
M1(?)S1(?) = M2(?)S2(?) для ? = 380–780 нм
Где M1 и M2 представляют функции цветового соответствия для колбочек наблюдателя, а ? — длина волны.
Это уравнение показывает, что метамеры S1 и S2 производят идентичные триплетные значения для трех колбочек, несмотря на различное спектральное распределение мощности. Цветовое соответствие сохраняется только для данного наблюдателя и источника света.
Существуют также индивидуальные различия в восприимчивости к метамеризму из-за таких факторов, как:
Цветовое соответствие между двумя метамерными образцами может выглядеть совершенно по-разному для людей даже с незначительными аномалиями фоторецепторов. Диапазон воспринимаемых длин волн также может меняться с возрастом, поскольку оптика глаза меняется.
Это означает, что метамерные образцы, которые кажутся большинству людей хорошим цветовым соответствием, могут выглядеть несоответствующими для некоторых людей. Это создает проблемы для отраслей, стремящихся достичь однородного внешнего вида цвета среди своих клиентов.
Для оценки метамерных свойств цветных образцов часто используются следующие клинические испытания:
Эти испытания помогают количественно определить метамерные свойства и выявить образцы, склонные к несоответствию цвета. Минимизация метамерии является ключом к успешному воспроизведению цвета в различных условиях освещения.
Первоначальное открытие метамерии относится к 18 веку, когда химики заметили изменения цвета в химических растворах при свете свечи по сравнению с солнечным светом. В 1930-х годах Райт и Гилд провели обширные исследования по сопоставлению цветов и метамерии. Они ввели термин метамерия в отношении сопоставления цветов с различными спектральными отражательными способностями.
Более поздние работы Стайлза, Вышецкого, Воса и других привели к достижениям в количественной оценке и моделировании метамерных стимулов. Исследования продолжаются и сегодня, чтобы лучше понять нейрофизиологию обработки цвета в сетчатке и зрительных путях.
Подводя итог, можно сказать, что метамерия представляет собой интересную проблему в восприятии и воспроизведении цвета. Два цвета могут казаться идентичными при одном источнике света, но выглядеть разительно по-разному, когда этот источник света меняется. Тщательное управление цветом и методы тестирования необходимы для минимизации неприятных сюрпризов от метамерной неудачи.
Хотя метамерия может вызывать головные боли в фотографии, дизайне и других областях, сложность цветового зрения гарантирует, что это явление будет и дальше оставаться как полезным, так и проблемным. Более глубокое понимание нюансов восприятия цвета человеком может привести к инновациям в таких областях, как цифровые дисплеи, дизайн интерьера и наука о зрении.
| Источник света | Пример метамерной пары | Воспринимаемый цвет |
|---|---|---|
| Дневной свет | Ткань A против ткани B | Соответствие цветов |
| Флуоресцентный | Ткань A против ткани B | Несоответствие цветов |