Цветное телевидение?.. Это почти просто!

Н. — Такой же эксперимент, несомненно, можно производить с чернилами фиолетового, синего, зеленого и вообще любого цвета. Значит, если я правильно понимаю, насыщенность не зависит от цветового тона.

Л. — Для каждого цветового тона можно получить полную гамму насыщенности от 0 до 100 % (рис. 10).

Рис. 10. Изменяя соотношение между белой и окрашенной поверхностью, получают шкалу насыщенности от 0 до 100 %.

Три основные характеристики

Н. — Но я предполагаю, что насыщенность зависит от яркости. Чем сильнее свет, тем бледнее становится цвет.

Л. — Дорогой друг, ты ошибаешься. Возьми свой стакан с водой, в которую влиты чернила. Смотришь ли ты через этот стакан на 40-ваттную или 150-ваттную электрическую лампу, насыщенность идентична. Точно так же ты можешь взять полоску бумаги и с одного конца очень редко поставить маленькие цветные точки и постепенно увеличивать их густоту, чтобы на другом конце бумажной полоски точки почти сливались, образуя сплошь закрашенную поверхность. При рассматривании с некоторого расстояния такая полоска представляет собой прекрасную шкалу насыщенности. Разглядывай ее при свете свечи или на солнце, величина насыщенности не изменяется, хотя яркость изменяется в чудовищных пределах.

Н. — Понял. Теперь я хотел бы подвести итог всему сказанному тобой о восприятии цветов, чтобы посмотреть, все ли правильно уложилось в моем мозгу. Три фактора характеризуют для нас цвет: цветовой тон, яркость и насыщенность. Цветовой тон зависит от преобладающей длины волны в воздействующем на наш глаз спектре световых лучей. Яркость определяется мощностью этих лучей. И насыщенность зависит от спектрального состава совокупности воспринимаемых лучей. Можно сказать и иначе — насыщенность характеризует степень разбавленности цветового тона белым цветом.

Л. — Я в восторге от того, с какой ясностью ты сформулировал эти определения. Можешь ли ты теперь сказать мне, чему соответствуют эти факторы, если изобразить графически спектр лучей?

Н. — Цветовой тон определяется местом вершины кривой (рис. 11). Яркость соответствует высоте этой кривой. А что касается насыщенности, то можно ли сказать, что она характеризуется большей или меньшей «избирательностью» этой кривой?

Рис. 11. Кривые, характеризующие немонохроматические цвета.

_{а — цвета различаются по тону;}

_{б — цвета различаются по яркости;}

_{в — цвета различаются по насыщенности;}

_{г — цвета различаются одновременно по тону, яркости и насыщенности.}

Л. — Твоему способу выражать свои мысли не хватает изящества, но он прекрасно доказывает, что ты все правильно понял. Действительно, у насыщенных цветов кривая узкая и острая, как у избирательных контуров. Малая насыщенность характеризуется растянутой и уплощенной кривой, похожей на кривую контура с большим затуханием.

Спектакль «Цветомузыка»

Н. — Любознайкин! Мне пришла в голову потрясающая идея…

Л. — Обычно я скептически отношусь к подобным вещам. Но сегодня ты проявляешь необыкновенную живость ума, и поэтому без стеснения поделись со мной своей гениальной идеей.

Н. — Не смейся, Любознайкин! Это очень серьезно. Я думаю об аналогии между восприятием звука и света. Так как для звука мы тоже пользуемся тремя характеристиками: высота (которая зависит от основной частоты), интенсивность, или «громкость», звука (которая зависит от мощности или амплитуды колебаний) и тембр, определяемый количеством и относительной мощностью гармоник. Я предлагаю тебе подвести итог.

Разнообразные смеси

Л. — Прими поздравления, Незнайкин! Твой спектакль «Цветомузыка» мне очень понравился. Я надеюсь, что в один прекрасный день твоя таблица будет повешена здесь в коридоре, соединяющем залы акустики и оптики. А пока продолжим наши эксперименты со сложением цветов. Закрой полностью диафрагму синего фонаря и смешай красный и зеленый лучи.

Н. — У меня получился желтый цвет. Как это происходит?

Л. — В этом нет ничего удивительного. Когда мы воспринимаем желтый свет, лучи воздействуют в основном на колбочки нашей сетчатки, чувствительные к красному и зеленому цветам, так как нет специальных колбочек для восприятия желтого цвета Сейчас ты производишь такой же эффект, выдавая этим же колбочкам соответствующие порции красных и зеленых лучей.

Н. — Понял. Теперь с помощью диафрагмы я изменяю соотношение зеленого и красного и получаю все промежуточные цвета спектра, включая оранжевый.

Л. — А теперь убери красный и смешай зеленый и синий лучи И в этом случае путем изменения дозировки ты получишь все промежуточные цвета, включая цветовой тон, который называют английским термином «циан» (сине-зеленый), которому, как я уже говорил, я предпочитаю термин «бирюзовый».

Н. — А теперь я убираю зеленый и смешиваю красный и синий лучи. На этот раз получаем разные оттенки пурпурного цвета. Этих цветовых тонов в спектре нет. Они, как ты уже дал мне понять, не соответствуют определенной длине волны. Воспринимаемый цвет является результатом возбуждения колбочек, чувствительных к красному и синему цветам.

Бесконечность в кубе

Л. — Если ты будешь продолжать в таком темпе, то тебя оставят здесь во Дворце открытий в качестве лектора-демонстратора. С помощью трех фонарей с фильтрами трех основных цветов и регулируемой диафрагмы ты можешь воспроизводить бесконечное разнообразие цветов.

Н. — Я бы даже сказал «бесконечность в кубе», так как для каждого из бесконечного количества цветовых тонов может быть бесконечное количество значений напыщенности. А для каждой такой бесконечности в квадрате имеется бесконечное число градаций яркости. Для изображения этой «бесконечности в кубе» необходимо воспользоваться пространственным изображением с тремя осями координат (рис. 12).

Рис. 12. Аддитивная смесь первичных цветов. Этот рисунок (который имеется во всех книгах о цвете) показывает, какое впечатление производит одновременное восприятие двух или трех первичных цветов. Следовательно, здесь наблюдается психофизиологическое явление, вызываемое лучами света с различной длиной волны.

Л. — Ты вполне прав. Но пока до этого мы еще не дошли. Сейчас для нас самое важное сделать вывод из проделанного эксперимента о том, что с помощью соответствующей дозировки трех основных цветов, какими являются красный, синий и зеленый, можно воспроизвести любую, как ты называешь, цветовую «бесконечность в кубе». Это принцип «трехцветки», который используется в различных областях техники для воспроизведения цветных изображений.

Н. — Но скажи мне, Любознайкин, что это за странный прозрачный цилиндр, в котором видны все цвета?

Л. — Это как раз и есть один из разнообразных способов пространственного изображения того, что ты называешь «бесконечностью в кубе» цветов. По фамилии физика, который изобрел этот остроумный способ разделения цветов, прибор называется цилиндром Манселла (рис. 13).

Рис. 13. В цилиндре Манселла изображены все возможные цвета; яркость изменяется по высоте, насыщенность — по радиусу и цветовой тон — в зависимости от угла.

Разрежем цилиндр по горизонтали (эта модель на самом деле разрезана на пластинки, как колбаса на кружочки). Что ты видишь на этом круге? По периметру ты видишь всю гамму цветов: от красного через оранжевый, зеленый, синий, фиолетовый до различных оттенков пурпурного. Эти цвета имеют 100 %-ную насыщенность. А теперь посмотри по радиусу. По мере удаления от периметра насыщенность убывает и в центре становится равной нулю; это означает, что в центре окраска серая. На этом этаже — ломтике цилиндра все цветовые тона имеют одинаковую яркость. Чем выше поднимаемся мы по цилиндру, тем большей становится яркость, а в основании цилиндра она равна нулю, т, е. основание просто-напросто черное.

Н. — Изумительно! Здесь мы имеем все комбинации цветовых толов, насыщенности и яркости. Мой куб парадоксально воплощен в цилиндре!.. Я констатирую, что если разрезать цилиндр по плоскости, проходящей через его ось и ограниченной этой осью, то мы получим на этой плоскости для одного цветового тона все возможные насыщенности и яркости.

Л. — Это совершенно верно. А что мы увидим на цилиндрической поверхности, образованной на той же оси, но меньшим радиусом?

Н. — Мы увидим все возможные цветовые тона различной яркости, но идентичной насыщенности.

Л. — Браво! В дополнение к этому я хочу обратить твое внимание на то, что ось цилиндра Манселла представляет собой всю шкалу серых тонов, идущую от черного внизу до белого наверху.

Н. — Какое богатство в таком небольшом объеме! И ты говоришь, что благодаря трехцветному принципу соответствующей дозировкой трех основных цветов можно получить все это разнообразие красок.

Это только иллюзия

Л. — На этом принципе основана цветная фотография и, как ты позднее узнаешь, цветное телевидение. В цветном телевидении в качестве трех первичных составляющих используются красный, зеленый и синий цвета с точно фиксированной длиной волны.

Прежде чем уйти из этого зала, тебе, Незнайкин, было бы полезно провести несколько минут в отделе «Оптических иллюзий». Посмотри, например, на этот яркий красный свет, а теперь скажи, какого цвета этот квадрат?

Н. — Он сине-зеленоватый.

Л. — Нет, он белый. Но твои чувствительные к красному цвету колбочки устали от воздействовавшего на них яркого света. Поэтому их способность к восприятию цвета на некоторое время снизилась, и твой глаз больше реагирует на синее и зеленое излучение белого квадрата. По этой же причине эти два квадрата строго одинакового желтого цвета кажутся тебе очень разными, а дело просто-напросто в том, что один из них на черном фоне, а другой на белом фоне, где он кажется почти каштановым.

Н. — Теперь-то я понимаю глубокий смысл выражения: «Не верь глазам своим»…

Глава 4

НЕМНОГО О КОЛОРИМЕТРИИ

Как ориентироваться в бесконечном разнообразии цветов, которые могут различаться цветовым тоном, насыщенностью и яркостью? Колориметрия дает различные способы классификации и «снабжения адресами» цветов. Колориметрии посвящена настоящая глава, в которой рассматриваются следующие вопросы:

_{Спектрограмма. Двухцветный и трехцветный способы воспроизведения цветных изображений. Роль отрицательных составляющих. Пространственное изображение. Треугольник Максвелла. Определение цветности. График цветности. Дополнительные цвета. Нулевая цветность. Изображение насыщенности и цветового тона.}

Само по себе название колориметрия не точно отражает суть дела; задача колориметрии заключается не в измерении цвета, так как, если строго придерживаться смысла слов, цвет — неизмеряемая величина: можно подобрать два идентичных цвета, но нельзя сказать, что один цвет в два или три раза больше другого! Поэтому, правильнее было бы сказать «находить адрес», нежели измерять цвет.

Наш язык отличается превеликой неточностью. Так, лишь некоторые цвета имеют собственные имена, которые хорошо знают художники (ультрамарин, желтый хром, киноварь, голландская сажа, берлинская лазурь и т. д.), но найти названия всем имеющимся в природе оттенкам невозможно. Из-за отсутствия поэтического воображения физики предпочли воспользоваться цифрами.

Анализ и синтез цветов

Для обозначения чистых или монохроматических цветов достаточно двух чисел: частота (или длина волны) и световая энергия (или световой поток, или освещенность). Иначе говоря, монохроматический цвет абсолютно точно определен, когда известны его амплитуда и место, занимаемое соответствующей ему линией в спектре.