Свет и цвет: основы основ

Осознаем мы этого или нет, но мы находимся в постоянном взаимодействии с окружающим миром и принимаем на себя воздействие различных факторов этого мира. Мы видим окружающее нас пространство, постоянно слышим звуки от различных источников, ощущаем тепло и холод, не замечаем, что пребываем под воздействием естественного радиационного фона, а также постоянно находимся в зоне излучения, которое исходит от огромного количества источников сигналов телеметрии, радио и электросвязи. Почти всё вокруг нас испускает электромагнитное излучение. Электромагнитное излучение - это электромагнитные волны, созданные различными излучающими объектами – заряженными частицами, атомами, молекулами. Волны характеризуются частотой следования, длинной, интенсивностью, а также рядом других характеристик. Вот вам просто ознакомительный пример. Тепло, исходящее от горящего костра – это электромагнитная волна, а точнее инфракрасное излучение, причем очень высокой интенсивности, мы его не видим, но можем почувствовать. Врачи сделали рентгеновский снимок – облучили электромагнитными волнами, обладающими высокой проникающей способностью, но мы этих волн не ощутили и не увидели. То, что электрический ток и все приборы, которые работают под его действием, являются источниками электромагнитного излучения, вы все, конечно же, знаете. Но в этой статье я не стану рассказать вам теорию электромагнитного излучения и его физическую природу, я постараюсь более мене простым языком объяснить, что же такое видимый свет и как образуется цвет объектов, которые мы с вами видим. Я начал говорить про электромагнитные волны, чтобы сказать вам самое главное: Свет – это электромагнитная волна, которая испускается нагретым или находящимся в возбужденном состоянии веществом. В роли такого вещества может выступить солнце, лампа накаливания, светодиодный фонарик, пламя костра, различного рода химические реакции. Примеров может быть достаточно много, вы и сами можете привести их в гораздо большем количестве, чем я написал. Необходимо уточнить, что под понятием свет мы будем подразумевать видимый свет. Всё выше сказанное можно представить в виде вот такой картинки (Рисунок 1).

Рисунок 1 – Место видимого излучения среди других видов электромагнитного излучения.

На Рисунке 1 видимое излучение представлено в виде шкалы, которая состоит из «смеси» различных цветов. Как вы уже догадались – это спектр . Через весь спектр (слева направо) проходит волнообразная линия (синусоидальная кривая) – это электромагнитная волна, которая отображает сущность света как электромагнитного излучения. Грубо говоря, любое излучение – есть волна. Рентгеновское, ионизирующее, радиоизлучение (радиоприемники, телевизионная связь) – не важно, все они являются электромагнитными волнами, только каждый вид излучения имеет разную длину этих волн. Синусоидальная кривая является всего лишь графическим представлением излучаемой энергии, которая изменяется во времени. Это математическое описание излучаемой энергии. На рисунке 1 вы также можете заметить, что изображенная волна как бы немного сжата в левом углу и расширена в правом. Это говорит о том, что она имеет разную длину на различных участках. Длина волны – это расстояние между двумя её соседними вершинами. Видимое излучение (видимый свет) имеет длину волны, которая изменяется в пределах от 380 до 780nm (нанометров). Видимый свет - всего лишь звено одной очень длинной электромагнитной волны.

От света к цвету и обратно

Ещё со школы вы знаете, что если на пути луча солнечного света поставить стеклянную призму, то большая часть света пройдет через стекло, и вы сможете увидеть разноцветные полосы на другой стороне призмы. То есть изначально был солнечный свет - луч белого цвета, а после прохождения через призму разделился на 7 новых цветов. Это говорит о том, что белый свет состоит из этих семи цветов. Помните, я только что говорил, что видимый свет (видимое излучение) - это электромагнитная волна, так вот, те разноцветные полосы, которые получились после прохождения солнечного луча через призму – есть отдельные электромагнитные волны. То есть получаются 7 новых электромагнитных волн. Смотрим на рисунок 2.

Рисунок 2 – Прохождение луча солнечного света через призму.

Каждая из волн имеет свою длину. Видите, вершины соседних волн не совпадают друг с другом: потому что красный цвет (красная волна) имеет длину примерно 625-740nm, оранжевый цвет (оранжевая волна) – примерно 590-625nm, синий цвет (синяя волна) – 435-500nm., не буду приводить цифры для остальных 4-х волн, суть, я думаю, вы поняли. Каждая волна – это излучаемая световая энергия, то есть красная волна излучает красный свет, оранжевая – оранжевый, зеленая – зеленый и т.д. Когда все семь волн излучаются одновременно, мы видим спектр цветов. Если математически сложить графики этих волн вместе, то мы получим исходный график электромагнитной волны видимого света – получим белый свет. Таким образом, можно сказать, что спектр электромагнитной волны видимого света – это сумма волн различной длины, которые при наложении друг на друга дают исходную электромагнитную волну. Спектр «показывает из чего состоит волна». Ну, если совсем просто сказать, то спектр видимого света – это смесь цветов, из которых состоит белый свет (цвет). Надо сказать, что и у других видов электромагнитного излучения (ионизирующего, рентгеновского, инфракрасного, ультрафиолетового и т.д.) тоже есть свои спектры.

Любое излучение можно представить в виде спектра, правда таких цветных линий в его составе не будет, потому, как человек не способен видеть другие типы излучений. Видимое излучение – это единственный вид излучений, который человек может видеть, потому-то это излучение и назвали – видимое. Однако сама по себе энергия определенной длины волны не имеет никакого цвета. Восприятие человеком электромагнитного излучения видимого диапазона спектра происходит благодаря тому, что в сетчатке глаза человека располагаются рецепторы, способные реагировать на это излучение.

Но только ли путем сложения семи основных цветов мы можем получить белый цвет? Отнюдь. В результате научных исследований и практических экспериментов было установлено, что все цвета, которые способен воспринимать человеческий глаз, можно получить смешиванием всего лишь трех основных цветов. Три основных цвета: красный, зеленый, синий. Если с помощью смешивания этих трех цветов можно получить практически любой цвет, значит можно получить и белый цвет! Посмотрите на спектр, который был приведен на рисунке 2, на спектре четко просматриваются три цвета: красный, зеленый и синий. Именно эти цвета лежат в основе цветовой модели RGB (Red Green Blue).

Проверим как это работает на практике. Возьмем 3 источника света (прожектора) - красный, зеленый и синий. Каждый из этих прожекторов излучает только одну электромагнитную волну определенной длины. Красный – соответствует излучению электромагнитной волны длиной примерно 625-740nm (спектр луча состоит только из красного цвета), синий излучает волну длиной 435-500nm (спектр луча состоит только из синего цвета), зеленый – 500-565nm (в спектре луча только зеленый цвет). Три разных волны и больше ничего, нет никакого разноцветного спектра и дополнительных цветов. Теперь направим прожектора так, чтобы их лучи частично перекрывали друг друга, как показано на рисунке 3.

Рисунок 3 - Результат наложения красного, зеленого и синего цветов.

Посмотрите, в местах пересечения световых лучей друг с другом образовались новые световые лучи – новые цвета. Зеленый и красный образовали желтый, зеленый и синий – голубой, синий и красный - пурпурный. Таким образом, изменяя яркость световых лучей и комбинируя цвета можно получить большое многообразие цветовых тонов и оттенков цвета. Обратите внимание на центр пересечения зеленого, красного и синего цветов: в центре вы увидите белый цвет. Тот самый, о котором мы недавно говорили. Белый цвет – это сумма всех цветов. Он является «самым сильным цветом» из всех видимых нами цветов. Противоположный белому – черный цвет. Черный цвет – это полное отсутствие света вообще. То есть там, где нет света - там мрак, там всё становится черным. Пример тому - иллюстрация 4.

Рисунок 4 – Отсутствие светового излучения

Я как-то незаметно перехожу от понятия свет к понятию цвет и вам ничего не говорю. Пора внести ясность. Мы с вами выяснили, что свет – это излучение, которое испускается нагретым телом или находящимся в возбужденном состоянии веществом. Основными параметрами источника света являются длина волны и сила света. Цвет – это качественная характеристика этого излучения, которая определяется на основании возникающего зрительного ощущения. Конечно же, восприятие цвета зависит от человека, его физического и психологического состояния. Но будем считать, что вы достаточно хорошо себя чувствуете, читаете эту статью и можете отличить 7 цветов радуги друг от друга. Отмечу, что на данный момент, речь идет именно о цвете светового излучения, а не о цвете предметов. На рисунке 5 показаны зависимые друг от друга параметры цвета и света.

Рисунки 5 и 6– Зависимость параметров цвета от источника излучения

Существуют основные характеристики цвета: цветовой тон (hue), яркость (Brightness), светлость (Lightness), насыщенность (Saturation).

Цветовой тон (hue)

– Это основная характеристика цвета, которая определяет его положение в спектре. Вспомните наши 7 цветов радуги – это, иначе говоря, 7 цветовых тонов. Красный цветовой тон, оранжевый цветовой тон, зелёный цветовой тон, синий и т.д. Цветовых тонов может быть довольно много, 7 цветов радуги я привел просто в качестве примера. Следует отметить, что такие цвета как серый, белый, черный, а также оттенки этих цветов не относятся к понятию цветовой тон, так как являются результатом смешивания различных цветовых тонов.

Яркость (Brightness)

– Характеристика, которая показывает, насколько сильно излучается световая энергия того или иного цветового тона (красного, желтого, фиолетового и т.п.). А если она вообще не излучается? Если не излучается – значит, её нет, а нет энергии - нет света, а там где нет света, там черный цвет. Любой цвет при максимальном снижении яркости становится черным цветом. Например, цепочка снижения яркости красного цвета: красный - алый - бордовый - бурый - черный. Максимальное увеличение яркости, к примеру, того же красного цвета даст «максимально красный цвет».

Светлость (Lightness)

– Степень близости цвета (цветового тона) к белому. Любой цвет при максимальном увеличении светлости становится белым. Например: красный - малиновый - розовый - бледно-розовый - белый.

Насыщенность (Saturation)

– Степень близости цвета к серому цвету. Серый цвет является промежуточным цветом между белым и черным. Серый цвет образуется путем смешивания в равных количествах красного, зеленого, синего цвета с понижением яркости источников излучения на 50%. Насыщенность изменяется непропорционально, то есть понижение насыщенности до минимума не означает, что яркость источника будет снижена до 50%. Если цвет уже темнее серого, при понижении насыщенности он станет ещё более темным, а при дальнейшем понижении и вовсе станет черным цветом.

Такие характеристики цвета как цветовой тон (hue), яркость (Brightness), и насыщенность (Saturation) лежат в основе цветовой модели HSB (иначе называемая HCV).

Для того чтобы разобраться в этих характеристиках цвета, рассмотрим на рисунке 7 палитру цветов графического редактора Adobe Photoshop.

Рисунок 7 – Палитра цветов Adobe Photoshop

Если вы внимательно посмотрите на рисунок, то обнаружите маленький кружочек, который расположен в самом верхнем правом углу палитры. Этот кружочек показывает, какой цвет выбран на цветовой палитре, в нашем случае это красный. Начнем разбираться. Сначала посмотрим на числа и буквы, которые расположены в правой половине рисунка. Это параметры цветовой модели HSB. Самая верхняя буква – H (hue, цветовой тон). Он определяет положение цвета в спектре. Значение 0 градусов означает, что это самая верхняя (или нижняя) точка цветового круга – то есть это красный цвет. Круг разделен на 360 градусов, т.е. получается, в нем 360 цветовых тонов. Следующая буква – S (saturation, насыщенность). У нас указано значение 100% - это значит, что цвет будет «прижат» к правому краю цветовой палитры и имеет максимально возможную насыщенность. Затем идет буква B (brightness, яркость) – она показывает, насколько высоко расположена точка на палитре цветов и характеризует интенсивность цвета. Значение 100% говорит о том, что интенсивность цвета максимальна и точка «прижата» к верхнему краю палитры. Буквы R(red), G(green), B(blue) - это три цветовых канала (красный, зеленый, синий) модели RGB. В каждом в каждом из них указывается число, которое обозначает количество цвета в канале. Вспомните пример с прожекторами на рисунке 3, тогда мы выяснили, что любой цвет может быть получен путем смешивания трех световых лучей. Записывая числовые данные в каждый из каналов, мы однозначно определяем цвет. В нашем случае 8-битный канал и числа лежат в диапазоне от 0 до 255. Числа в каналах R, G, B показывают интенсивность света (яркость цвета). У нас в канале R указано значение 255, а это значит, что это чистый красный цвет и у него максимальная яркость. В каналах G и B стоят нули, что означает полное отсутствие зеленого и синего цветов. В самой нижней графе вы можете увидеть кодовую комбинацию #ff0000 - это код цвета. У любого цвета в палитре есть свой шестнадцатиричный код, который определяет цвет. Есть замечательная статья Теория цвета в цифрах , в которой автор рассказывает как определять цвет по шестнадцатеричному коду.
На рисунке вы также можете заметить перечеркнутые поля числовых значений с буквами «lab» и «CMYK». Это 2 цветовых пространства, по которым тоже можно характеризовать цвета, о них вообще отдельный разговор и на данном этапе незачем вникать в них пока не разберетесь с RGB.
Можете открыть цветовую палитру Adobe Photoshop и поэксперовать со значением цветов в полях RGB и HSB. Вы заметите, что изменение числовых значений в каналах R, G, и B приводит к изменению числовых значений в каналах H, S, B.

Цвет объектов

Пора поговорить о том, как так получается, что окружающие нас предметы принимают свой цвет, и почему он меняется при различном освещении этих предметов.

Объект можно увидеть, только если он отражает или пропускает свет. Если же объект почти полностью поглощает падающий свет, то объект принимает черный цвет . А когда объект отражает почти весь падающий свет, он принимает белый цвет . Таким образом, можно сразу сделать вывод о том, что цвет объекта будет определяться количеством поглощенного и отраженного света , которым этот объект освещается. Способность отражать и поглощать свет определятся молекулярной структурой вещества, иначе говоря - физическими свойствами объекта. Цвет предмета «не заложен в нем от природы»! От природы в нем заложены физические свойства: отражать и поглощать.

Цвет объекта и цвет источника излучения неразрывно связаны между собой, и эта взаимосвязь описывается тремя условиями.

- Первое условие: Цвет объект может принимать только при наличии источника освещения. Если нет света, не будет и цвета! Красная краска в банке будет выглядит черной. В темной комнате мы не видим и не различаем цветов, потому что их нет. Будет черный цвет всего окружающего пространства и находящихся в нем предметов.

- Второе условие: Цвет объекта зависит от цвета источника освещения. Если источник освещения красный светодиод, то все освещаемые этим светом объекты будут иметь только красные, черные и серые цвета.

- И наконец, Третье условие: Цвет объекта зависит от молекулярной структуры вещества, из которого состоит объект.

Зеленая трава выглядит для нас зеленой, потому что при освещении белым светом она поглощает красную и синюю волну спектра и отражает зеленую волну (Рисунок 8).

Рисунок 8 – Отражение зеленой волны спектра

Бананы на рисунке 9 выглядят желтыми, потому что они отражают волны, лежащие в желтой области спектра (желтую волну спектра) и поглощает все остальные волны спектра.

Рисунок 9 – Отражение желтой волны спектра

Собачка, та что изображена на рисунке 10 – белая. Белый цвет – результат отражения всех волн спектра.

Рисунок 10 – Отражение всех волн спектра

Цвет предмета – это цвет отраженной волны спектра. Вот так предметы приобретают видимый нами цвет.

В следующей статье речь пойдет о новой характеристике цвета -

Практический подход

Занятие 10. ПАРАМЕТРЫ: ЦВЕТОВОЙ ТОН, НАСЫЩЕННОСТЬ,

Порядок выполнения работы

Этот опыт касается любой системы Цветовой тон, Насыщенность, Яркость (TSL)

Сравните систему RGB с системой TSL.

Круг представляет собой насыщенность.

Направление луча представляет собой цветовой тон.

Параметр Яркость находится в третьем измерении.

Перемещайте цветовой прямоугольник для противопоставления с полученными цветами.

А . Где находится цвет, полученный в системе TSL?

B . Где проходит ось яркости?

C . Какова форма колориметрического диапазона?

D . Возможно ли получение такого диапазона с помощью линейной трансформации?

E . В появившемся меню выберите за основу синие цвета. Что вы думаете о полученном круге?

Результаты и выводы

А . Полученный цвет находится на пересечении луча цветового тона и круга насыщен­ности.

B . Ось яркости проходит через центр круга.

C . Полученная фигура – конус. Это одно из возможных изображений системы TSL, существуют и другие.

D . Эту фигуру невозможно было бы получить линейным методом, потому что его не­достаточно для преобразования куба в конус.

Е . Выбрав за основу синие цвета, вы получите цвета в порядке их появления на вектроскопе видеокамеры, но будьте внимательны: это не колориметрическое видеопространство, полученное линейным методом (матрицей).

Теория

Параметры цветовой тон, насыщенность, яркость присутствуют в работах многих специалистов по колориметрии, среди которых следует отметить, прежде всего, А. Манселла и В. Оствальда, которые независимо друг от друга разработали цветовые атласы на основе хроматического круга. Эти пространства называются по-английски hue, saturation, value , или HSB, Hue, Saturation, Brightness , где одним из критериев является яркость, или светлота цвета. Может возникнуть некоторая путаница с по­нятием яркости в фотометрии, поэтому более обоснованным будет использование термина светлоты, который обозначает субъективное восприятие яркости, и даже понятия субъективной яркости (brightness ). В любом случае термин яркость прочно вошел в язык, и существуют четкие различия фотометрического понятия яркости и видеозаписи, где этот термин описывает электрический сигнал. Поэтому термин luma (яркость) предпочтительнее. Также речь может идти о воспринимаемой силе света для прямых источников и об освещенности для освещенных объектов, причем оба термина являются синонимами яркости1. В психофизиологии хромией называют чувственное восприятие цветового тона и насыщенности. Параметры TSL ориенти­рованы на систему яркость-цветность, или luma-chroma для видеоизображений.

Для многих описание цвета с точки зрения параметров цветовой тон, насыщенность, яркость кажется более логичным. Так же как пространство МКО L*, а*, Ь*, эти пространства часто называют «перцептивными». Напомним, что цвет является результатом восприятия, следовательно, все колориметрические пространства - это воспринимаемые пространства. Эти пространства следовало бы даже называть психологическими. В большей части из них используются полярные координаты, хотя представление такого пространства в декартовых координатах также возможно. Отметим, что этот метод сначала не был принят МКО для разработки хроматичес­кого пространства в 1931 году.

Пусть тригонометрический круг имеет радиус величиной в единицу. Пусть точка Р обозначает цвет. В таком пространстве цветовой тон выражен уг­лом Т, образованным изначальным лу­чом и лучом, проходящим через точку р. Насыщенность будет выражена зна­чением S отрезка ОР. Ось, проходящая через центр круга в третьем измерении, обозначает яркость. Для перехода от пространства RGB к TSL используется нелинейное преобразование.

Можно построить различные виды пространств TSL, от самой простой формы конуса до формы двойного конуса или двойной шестиугольной пирамиды. Во многих программах используется именно этот вид изобра­жения цвета.

Изображение в форме конуса обладает одним недостатком: проис­ходит некоторое смешение понятий яркости и насыщенности, потому что единственный способ получения бе­лого - это уменьшение насыщенности цвета.

5.6 Пространство МКО L*, а*, b*

Пространство МКО L*, а*, b* было создано как колориметрическое пространство, соответствующее кодированию сигналов визуального восприятия и однородное с точки зрения дифференциального восприятия цветов. Это пространство также может содержать параметры Цветовой тон, Насыщенность, Яркость. Пространство МКО LAB часто называют «перцептивным» в противопоставлении с другими пространствами. Это не что иное, как сокращение: так как цвет является резуль­татом восприятия, то все колориметрические пространства можно рассматривать как перцептивные. На самом деле это определение следует сформулировать таким образом: психологическое колориметрическое пространство, относительно однородное с точки зрения дифференциального восприятия цветов. В создании этого пространства был использован принцип пространства Hunter Lab 1958 года.

Структура этого пространства основана на работах по организации системы визуального восприятия на трех оппозициях:

· черный - белый (ахроматическая ось);

· красный - зеленый;

· желтый - синий;

Центром этого пространства является ахроматическая ось. Оно вычисляется для каждого стандартного источника света.

На оси + а* – а* красный находится в оппозиции с зеленым.

На оси + b* – b* желтый находится в оппозиции с синим.

Ось L* обозначает светлоту (luma ) во избежа­ние смешения этого термина с понятием яркости в фотометрии.

В таком пространстве эллипсы равного вос­приятия должны иметь равную площадь.

Радиус круга с площадью, равной площади эллипсов, четко определяет единицу для каждого из трех измерений.

Переход от пространства МКО ХУZ к про­странству L*, а*, b* возможен, но преобразования в этом случае будут нелинейными.

Пусть - трихроматические координаты эталонного белого, взятого в качестве идеального рассеивателя.

Рис. 5.23. Три оси пространства МКО LAB

Если > 0,008856, то:

,

при (значение) = значение , если значение > 0,008856,

иначе (значение) = 7,787значение + .

Отметим, что условия, выдвинутые Паули:

предполагают, что эталонные цветовые компоненты достаточно удалены от белой точки. С другой стороны, значение яркости V соответствует ее значению на кри­вой чувствительности глаза к яркости, определение которой было дано выше (см. §3.8).

Если условия Паули учитываются, то уравнения можно записать в упрощенном виде:

С помощью обратной операции можно перейти от системы МКО LAB к системе МКО XYZ .

Если , то

Система LAB позволяет использование цилиндрических координат пространс­тва TSL с координатами L*, С*, Н*. Н* – это цветовой тон (hue ), С* – уровень насыщенности (chroma ), а значение светлоты (luma ) остается постоянным.

Н* = при a ≠ 0

Для всех случаев полное отклонение цвета

а отклонение цветового тона:

Чтобы глаз смог заметить разницу между цветами, необходимо отклонение хотя бы в единицу, = 1, однако на практике часто допускаются и колоримет­рические отклонения = 5.

Рис. 5.24. Цветовой круг в пространстве МКО L*a*b*

Система МКО L*a*b* имеет ряд недостатков:

1. Она не содержит диаграмму цветностей, то есть невозможно вычислить дополнительный цвет или чистоту цвета с помощью простых чертежей или измерений отрезков, так как линии доминантной длины волны становятся в этом пространстве кривыми.

2. При изменении яркости цвета его изображение уже не меняется по прямой. По этой причине это пространство используется в областях, где изменения яркости не являются столь важными, например, в полиграфии.

3. Преобразование насыщенных синих цветов из пространства RGB в L*a*b* немного склоняется к пурпурным, что требует коррекции с помощью программ обработки изображений, таких как Photoshop™.

4. Изохроматические зоны, или эллипсы, не обладают совершенно равной пло­щадью. В частности, изохроматические зоны имеют площадь в два раза больше в области зеленого, чем в области оранжевого. Для всех цветов, расположенных по краям круга, площади этих зон в несколько раз больше, чем площади эллип­сов в центре круга, так как дифференциальное восприятие глаза гораздо шире в области малонасыщенных цветов. Это принцип живописи акварелью, когда изображение накладывается прозрачными цветами на белый фон, и создается бесконечное множество оттенков одним мазком кисти. Что касается съемки на мультиматричную видеокамеру, то колориметрические настройки на сером фоне производить сложнее, чем на цветном фоне. Вы можете повторить первый опыт этого издания, изменив насыщенность цветных карточек (Меню > Настройки изображения > Специальные > Изменить насыщенность). Пространство МКО L*a*b* пока мало используется в видеосъемке, но широко распространено в текстильной промышленности и в полиграфии. Использование этого пространства дополняется возможностями вычислений, возникшими с прогрессом в области информатики. Многие вычисления производятся сначала в системе МКО XYZ , а затем переводятся в систему МКО LAB. Так как уравнения кодирования видеоинформации основаны на пространстве XYZ, то использование этого пространства, а также производных Yxy и Yu’v’ часто остается более простым.

Рис.5.25. Оценка изохроматических зон в пространстве МКО L*а*b*

5.7 Пространство МКО L*, u*, v*

В 1976 году МКО создала пространство L*, u*, v*, отличное от пространств МКО LAB, L, u, v и L, u", v" . Однако оно напрямую связано с пространствами МКО XYZ и L, u", v .

Допустим, что уравнения идентичны уравнениям в системе L, u", v"

Мы получаем:

Это трихроматические координаты белой точки.

Это пространство зависит от данного стандартного источника света (от белой точки). Плюсом этого пространства является возможность сохранения линейных функций (основанных на прямых линиях) на диаграмме цветностей. Тогда как система МКО LAB предназначена для цветов, нанесенных на основу и на различ­ные красители, пространство МКО LUV было разработано главным образом для цветовых систем, в которых изменения яркости являются важным параметром: например, для видеоэкранов.

Такая характеристика цвета как теплота во многом определяет воздействия цвета на человека. Собственно, даже для непосвященного человека будет несложным отличить теплый цвет от холодного. Это как раз тот случай, когда оценка зависит от простой эмоциональной оценки. Теплые цвета кажутся близкими, добрыми, внушающими доверие, в то время как холодные как бы находятся на расстоянии, независимы. Если мы обратим свой взгляд на цветовой круг, то увидим, что к теплым можно отнести оранжевые, красные и желтые оттенки. К холодным же мы причислим оттенки зеленого и синего. Следует, правда, обратить внимание на то, что существует область цветового круга, оттенки которого могут быть восприняты и как теплые и как холодные.

Как видно на следующем примере цвет слева является холодным, цвет справа скорее теплый, а оттенок посередине может показаться одновременно и теплым и холодным.

ЯРКОСТЬ, ОТТЕНОК, НАСЫЩЕННОСТЬ

На этих трех параметрах основана весьма удобная в обращении цветовая модель HSB (hue, saturation, brightness), которая входит в большинство графических пакетов. Эта модель не обеспечивает такой степени точности, как RGB, зато делает процесс подбора цвета более наглядным.

Яркость

Яркость цвета - важный элемент любого дизайна, влияющий на восприятие в целом, удобочитаемость текста, эмоциональное восприятие. Во многом именно яркость определяет пространственное восприятие изображения.

В качестве примера рассмотрим изображение справа. Так, контраст цветов по яркости определяет положение объектов в пространстве, отделяет артишок на изображении от фона, а также разграничивает листья растения. В это же время градации яркости показывают контуры форм объектов изображения.

В то же самое время достаточно сложно сходу и главное точно определить степень яркости того или иного оттенка, сравнить два цвета по яркости. Например, можете ли вы с уверенностью сказать, какой цвет в данных парах более яркий?

На самом же деле обе цветовые пары имеют одинаковые показатели яркости.

Существует удобный способ для определения яркости цвета. Как мы уже знаем, именно степень присутствия белого или черного и определяет яркость. По этому для определения степени яркости вполне логично сопоставить следующую градацию синего цвета с его черно-белым аналогом.

Теперь предположим, что нам надо сравнить по яркости два следующих цвета.

Определяем степень яркости голубого, сравнивая его с оттенками нейтрального серого. Лучше всего смотреть с некоторого расстояния - когда границы между синим и оттенком серого сливаются можно сказать, что яркости одинаковы. В данном случае синий соответствует серому справа. Сравнив, этот оттенок серого с красным цветом мы видим, что синий и красный одинаковы по яркости. Все не так уж и сложно.

Можно сказать, мы вывели правило: фон должен контрастировать по яркости с объектами переднего плана. Отталкиваясь от этого правила можно обеспечить удобочитаемость текста. Следует избегать сочетаний, где фон приближается по яркости к тексту.

Когда же текст и фон контрастируют по яркости, помимо удобочитаемости это придает опредленную эмоциональную окраску тексту. В некоторых странах законодательства даже требуют, чтобы дорожные и прочие знаки были контрастными.

Хроматичные и ахроматичные цвета

Cерый цвет слева хроматичен, насыщен, в этом оттенке серого можно угадать присутствие другого цвета. Это даже не серый - это "зеленовато-серый". Оттенко серого справа нейтрален, ахроматичен. Здесь нельзя уловить присутствие какого-нибудь другого цвета. Надо сказать, ахроматичный серый цвет не встречается в природе, поэтому выглядит неестественно.

Оттенок

Компоненты цветового круга зависят друг от друга, сочетания цветов имеют закономерности, которые необходимо знать для создания гармоничной композиции. Например, цвета расположенные на противоположных сторонах цветового круга называются комплементарными. Комлементарные цвета дополняют друг друга, а их смесь приведет кобразованию серого, либо нейтральных цветовых оттенков.

Однако не только сочетания оттенков имеют значение. Посмотрим на следующую фотографию манекенщицы.

На изображении присутствуют оттенки желтого и синего - комплементарных, контрастирующих цветов. Этот контраст помогает привлечь внимание к голубому пальто, в то время как лицо девушки несколько сливается с фоном (Это и понятно: продают пальто, а не девушку...). Здесь мы столкнулись с необходимостью в некоторых случаях подбирать контрастирующие оттенки. Это станет очевидным, если мы проанализируем области яркости изображения. Для этого переводим изображение в полутоновой формат и видим обратную картину - теперь наше внимание привлекает лицо, в то время как пальто сливается с подложкой. Дело в том, что цвета фона и пальто имеют одинаковые показатели яркости, только контраст цветов в данном случае может выделить объект, привлечь к нему внимание.

Насыщенность цвета - параметр цвета, характеризующий степень чистоты цветового тона. Чем ближе цвет к монохроматическому, тем более он насыщен.

В теории цвета насыщенность - это интенсивность определённого тона, то есть степень визуального отличия хроматического цвета от равного по светлоте ахроматического (серого) цвета. Насыщенный цвет можно назвать сочным, глубоким, менее насыщенный - приглушённым, приближённым к серому. Полностью ненасыщенный цвет будет оттенком серого. Насыщенность (saturation) - одна из трёх координат в цветовых пространствах HSL и HSV. Насыщенность (цветовая насыщенность, chroma) в цветовых пространствах CIE 1976 Lab и Luv является неформализованной величиной, используемой в представлении CIE LCH (lightness (светлота), хрома (chroma, насыщенность), hue (тон)).

В физическом плане насыщенность цвета определяется характером распределения излучения в спектре видимого света. Наиболее насыщенный цвет образуется при существовании пика излучения на одной длине волны, в то время как более равномерное по спектру излучение будет восприниматься как менее насыщенный цвет. В субтрактивной модели формирования цвета, например при смешении красок на бумаге, снижение насыщенности будет наблюдаться при добавлении белых, серых, чёрных красок, а также при добавлении краски дополнительного цвета. ()

Чистота - это степень приближения дан-ного цвета к чистому спектральному, выражаемая в долях единицы.

Наибольшей чистотой обладают цвета спектра. Поэтому чистота всех спектральных цветов прини-мается за единицу, несмотря на их различную насыщенность. Наиболее насыщен синий цвет, наименее - желтый. Особенно насыщенные цвета наблюдаются в спектре, который не содержит примесей белого или черного.

Хроматическую композицию можно построить, варьируя насыщенность одного цвета постоянной светлоты. Это достигается добавлением к выбран-ному цвету нужного количества равного ему по светлоте серого. В результате варианты выбран-ного цвета образуют чистый ряд по насыщенности, в которой насыщенность закономерно изменяется, светлота остается неизменной, а цветовой тон ахроматизируется. ()

Когда к чистому цвету добавляется черный, то меняется его светлота:

Ещё пример, как изменяется насыщенность синего при добавлении к нему серого:

Изменение насыщенности и светлоты оттенков оранжевого и синего:

Как видно на картинке, при добавлении средне-серого и черного к оттенкам теплых цветов при уменьшении насыщенности получаются коричневатые оттенки цвета, холодные цвета становятся сероватыми. На этой картинке изменение чистого цвета идет по двум параметрам: насыщенности и светлоты. Светлота уменьшается с добавлением черного, насыщенность - серого.

Наименее насыщенные и наиболее светлые цвета - пастельные:

Различают несколько качественных характеристик насыщенности цвета:
- живая (vivid) насыщенность;
- сильная (strong) насыщенность;
- глубокая (deep) насыщенность.
Ненасыщенные цвета характеризуются, как тусклые (dull), слабые (weak) или вымытые.

Пример изменения цвета в зависимости от его светлоты (value) и насыщенности (chroma), на примере красного цвета из книги цвeта Манселла:

А так выглядит зеленый цвет с одинаковой светлотой, но с разной насыщенностью (даны процентные соотношения первичных цветов в системе CMYK).

Насыщенность — характеристика цвета, которая характеризует содержание чистого хроматического цвета в смешанном цвете. Насыщенность зависит от чистоты цвета, чем более он чист, тем более он насыщен. Серый цвет придает холод цвету, но делает его менее насыщенным. Наиболее насыщенные цвета — спектральные (чистые).

Светлота — это характеристика цвета, которая определяет близость хроматического и ахроматического цветов к белому. Это единственная из характеристик цветов, которая присуща и хроматическим, и ахроматическим цветам.

Каждый хроматический цвет максимальной насыщенности имеет свою светлоту и не может быть полученным в такой же насыщенности в более светлом или более темном варианте. Применительно к колористике волос насыщенный фиолетовый может быть получен на уровне глубины тона 4, синий — 5, красный — 7, оранжевый — 9 и т. д.

Яркость — характеристика цвета, которую часто путают со светлотой, но это объективное понятие, которое зависит от количества света, попадающего в глаз наблюдателю от объекта испускающего, пропускающего или отражающего его. Объективность данной характеристики обеспечивается тем, что яркость измеряются специальными приборами, а не на глаз.

Наиболее яркий ахроматический цвет — это белый, а наиболее темный — черный. При снижении яркости любой цвет становится черным.

Чем ближе цвета в композиции по яркости, тем более спокойной композиция получается. Чем более контрастные цвета, тем более яркой и экспрессивной будет композиция.

Цветовой тон — основная характеристика хроматических цветов, которая определяет сходство цвета с одним из цветов спектра.

Часто дополнительно разделяют цвета на холодные и теплые. В упрощенной художественной трактовке холодными цветами считаются: синий, фиолетовый, зеленый, а теплыми: красный, оранжевый, желтый. Такая трактовка соответствует психологическому и вегетативному восприятию цвета. Однако, обычно цвета характеризуют только исходя из сравнения цветов между собой. Поэтому все цвета можно более тонко разложить на теплые и холодные оттенки, что позволяет подбирать холодные красные цвета или теплые зеленые. Это явление широко применяется в теории цветотипов при подборе цветов волос, одежды и макияжа.

Для удобной систематизации различных характеристик цвета и подбора гармоничных сочетаний цветов были разработаны системы цветовых кругов, а так же цветовых объемных тел (шаров, цилиндров и т. п.). На практике обычно применяются цветовые круги в различных вариациях градации, так как объемные тела сложны в использовании, хотя и содержат в себе более подробные характеристики цветов.