Цвет является фундаментальной частью человеческого восприятия и опыта. Мы видим цвет повсюду вокруг себя, от зеленых деревьев и голубого неба до разнообразных оттенков человеческой кожи, волос и глаз. Цвет помогает нам идентифицировать и различать объекты и вызывает психологические и эмоциональные реакции. Но откуда берутся цвета? Как из света создается огромный спектр цветов?
На самом базовом уровне цвет возникает из света. Солнечный свет кажется нашим глазам белым, но на самом деле он состоит из спектра различных длин волн света. Когда солнечный свет проходит через призму, различные длины волн преломляются под разными углами, разделяя белый свет на цвета радуги.
Видимый спектр света, который могут видеть люди, варьируется от фиолетового света с короткими длинами волн до красного света с более длинными длинами волн. Длины волн между ними составляют другие цвета — синий, зеленый, желтый, оранжевый. Таким образом, в этом смысле все цвета происходят из различных длин волн в спектре видимого света.
| Цвет | Длина волны (нм) |
|---|---|
| Фиолетовый | 380-450 |
| Синий | 450-495 |
| Зеленый | 495-570 |
| Желтый | 570-590 |
| Оранжевый | 590-620 |
| Красный | 620-750 |
В этой таблице показан видимый спектр света, который могут видеть люди, от фиолетового с самыми короткими длинами волн до красного с самыми длинными длинами волн. Длины волн между ними соответствуют другим цветам радуги.
В то время как видимый спектр показывает, что все цвета происходят от разных длин волн света, конкретные цвета, которые мы воспринимаем, на самом деле создаются комбинацией трех основных цветов света: красного, зеленого и синего.
Это известно как цветовая модель RGB или красный, зеленый, синий. Модель RGB используется для воспроизведения цвета, например, на экранах телевизоров, компьютерных мониторах, камерах и других устройствах формирования изображений.
Эти устройства используют крошечные точки или пиксели люминофоров, которые излучают цветной свет при возбуждении электронами. Комбинируя различные интенсивности красного, зеленого и синего света, можно воспроизвести любой цвет. Смешивание красного и зеленого дает желтый, красного и синего дает пурпурный, а зеленого и синего дает голубой. Все три вместе в полной интенсивности выглядят белыми.
Изменение уровней интенсивности компонентов RGB позволяет отображать миллионы цветов. Например:
| Цвет | Значение красного | Значение зеленого | Значение синего |
|---|---|---|---|
| Красный | 255 | 0 | 0 |
| Зеленый | 0 | 255 | 0 |
| Синий | 0 | 0 | 255 |
| Желтый | 255 | 255 | 0 |
В этой таблице показано, как цвета создаются путем смешивания различных уровней красного, зеленого и синего компонентов.
Идея о том, что все цвета можно сопоставить с использованием трех основных цветов, известна как трихроматическая теория. Эта теория была впервые предложена Томасом Янгом в начале 19 века. Он выдвинул гипотезу, что сетчатка содержит три типа цветовых фоторецепторных клеток, которые преимущественно чувствительны к красному, зеленому и синему свету.
Более поздние работы физиологов в 1960-х годах подтвердили существование этих трех типов фоторецепторов колбочек. Пиковая чувствительность колбочек примерно соответствует красному, зеленому и синему свету. Сигналы от этих трех типов колбочек обрабатываются зрительной системой для создания восприятия широкого спектра цветов.
Трихроматическая теория является основой того, как человеческий глаз и зрительная система воспринимают цвет с помощью трех типов колбочек. Сетчатка содержит около 120 миллионов палочек, которые определяют яркость, и около 6 миллионов колбочек, которые определяют цвет.
Существует три типа колбочек:
Сигналы от этих трех типов колбочек обрабатываются в параллельных нервных путях, которые сходятся и смешиваются в зрительной коре, что позволяет воспринимать любой цвет посредством различной стимуляции колбочек. Эта трихроматическая теория объясняет, как глаз может обнаруживать миллионы цветов, используя всего три типа рецепторов.
| Тип колбочки | Пиковая чувствительность | Диапазон поглощения |
|---|---|---|
| S-колбочки (синие) | 420 нм | 400-500 нм |
| M-колбочки (зеленые) | 534 нм | 450-630 нм |
| L-колбочки (красные) | 564 нм | 500-700 нм |
В этой таблице показана пиковая чувствительность и диапазон поглощения для трех типов колбочек. Сочетание сигналов от этих трех колбочек позволяет глазу воспринимать весь спектр видимых цветов.
Трихроматическая теория также помогает объяснить такие нарушения цвета, как дальтонизм. Это может произойти, если один или несколько типов колбочек отсутствуют или не функционируют нормально.
Например, при красно-зеленой цветовой слепоте поражаются колбочки L и M, что затрудняет различение красных и зеленых оттенков. При сине-желтой цветовой слепоте поражаются колбочки S. Полная цветовая слепота, при которой ни один из типов колбочек не работает правильно, встречается очень редко.
Итак, подведем итог: три типа колбочек позволяют зрительной системе человека охватывать весь спектр видимого света, обеспечивая трихроматическое цветовое зрение. Дефекты в колбочках приводят к недостаткам цветового зрения.
Цветовая модель RGB использует аддитивное смешивание цветов. Это означает, что основные цвета света складываются вместе, чтобы создать другие цвета. Начиная с темноты, добавление большего количества цветов создает все более светлые оттенки.
Напротив, субтрактивное смешивание цветов начинается с белого света, а цвета создаются путем вычитания длин волн с помощью пигментов или фильтров. Цветовая модель CMYK использует субтрактивное смешивание с основными цветами голубого, пурпурного и желтого. Их объединение поглощает части спектра белого света.
Компьютерные экраны и дисплеи используют аддитивное смешивание цветов RGB. Печатные материалы, такие как книги, журналы и фотографии, используют субтрактивное смешивание CMYK. Обе модели основаны на смесях трех основных цветов и обе могут воспроизводить широкий спектр оттенков.
Модели RGB и CMYK являются двумя наиболее распространенными способами представления цвета, но есть и другие цветовые модели.
Модель HSV представляет оттенок, насыщенность и значение/яркость. HSL аналогично представляет оттенок, насыщенность и светлоту. Эти модели отделяют хроматическое/цветовое содержимое (оттенок и насыщенность) от яркости или яркости.
Существуют также цветовые модели, основанные на смешивании пастелей или красок. Модель RYB использует красный, желтый и синий в качестве основных цветов. CMY — это упрощенная субтрактивная модель для смешивания пигментов.
Таким образом, хотя RGB и CMYK являются наиболее широко используемыми, существуют и другие цветовые модели для различных приложений и с различными преимуществами. Но большинство по-прежнему полагаются на три основных цвета, чтобы воссоздать разнообразие оттенков, видимых человеческому глазу.
Интересная вещь о цвете заключается в том, что он не является неотъемлемым свойством света или самих объектов. Цвет создается в мозге и зрительной системе. Нет цвета, который существовал бы вне восприятия.
Длины волн света не имеют цвета сами по себе. Они производят цвет только после обработки и интерпретации зрительной системой и мозгом. В некотором смысле цвет является творением разума.
Это придает цвету странное неуловимое качество. Красный цвет яблока и зеленый цвет листа не имеют реальности за пределами нашего субъективного восприятия их. Тем не менее, цвет также является такой фундаментальной частью восприятия и так глубоко взаимодействует с настроением, чувствами и эстетикой.
Так что в этом смысле восприятие цвета уникально связано с биологией и человеческим сознанием. Длины волн физического мира приобретают цвет только через призму разума и зрительной системы.
Когда смешиваются несколько длин волн света, результаты могут быть сложными. Иногда длины волн объединяются, образуя новое цветовое ощущение. В других случаях они могут нейтрализовать или взаимодействовать по-разному.
Например, красный и синий свет, освещенный одним и тем же местом, выглядит пурпурным. Это не длина волны, обнаруженная в спектре — это цвет, созданный в глазу путем объединения ответов от L- и S-колбочек.
Смешивание зеленого и красного света создает желтый цвет. Это аддитивное сочетание длин волн. Однако смешивание зеленых и красных пигментов создает темно-коричневый цвет путем вычитания частей спектра.
Некоторые пары, такие как зеленый и пурпурный или синий и желтый, являются противоположными цветами и нейтрализуют друг друга. Эти сложные комбинации показывают, как восприятие цвета зависит как от физики света, так и от биологической обработки в зрительной системе.
Люди склонны воспринимать цвет как относительно постоянный, даже если условия освещения резко меняются. Эта способность зрительной системы называется цветовой константностью.
Например, белый лист бумаги кажется нам белым на солнце, в тени или при искусственном освещении. Но фактическая смесь длин волн, попадающая в глаз в каждом случае, совершенно разная. Тем не менее, мозг компенсирует