2.1. ВОСПРИЯТИЕ СВЕТА

Согласно словарю Вебстера [1], свет есть «лучистая энергия, которая, действуя на органы зрения, дает им возможность выполнять зрительные функции». Физические свойства света изучены довольно хорошо, но механизм взаимодействия света с органами зрения еще не вполне понятен. Как известно, свет есть форма электромагнитного излучения, лежащего в относительно узкой области спектра в диапазоне длин волн от 350 до 780 нм. Характеристикой источника света является интенсивность излучения заданной длины волны. В зрительную систему человека попадает свет либо от самосветящегося источника, либо отраженный от некоторого предмета, либо прошедший через него. Пусть  есть спектральная плотность излучения первичного источника света, а  и  - коэффициент пропускания и коэффициент отражения соответственно. Тогда для предмета, пропускающего свет, спектральная плотность излучения наблюдаемого света будет

,                        (2.1.1)

а для предмета, отражающего свет,

.                        (2.1.2)

Рис. 2.1.1. Спектральная плотность излучения обычных источников света [2]:а - солнечный свет; б - вольфрамовая лампа накаливания; в - светоизлучающий диод; г - ртутная дуговая лампа; д - гелий-неоновый лазер.

На рис. 2.1.1 представлены графики спектральной плотности излучения некоторых обычных источников света, применяемых в             изображающих системах: солнечного, вольфрамовой лампы накаливания, светоизлучающего диода, ртутной дуговой лампы и гелий-неонового лазера. Свет от этих источников воспринимается зрителями по-разному. Солнечный свет кажется очень ярким и желтовато-белым, а свет лампы накаливания  - менее ярким и довольно желтым. Светоизлучающий диод дает тусклый зеленый свет, а ртутная лампа - очень яркий, голубовато-белый. Наконец, лазер создает чрезвычайно яркий световой пучок чистого красного цвета. Эти наблюдения порождают много вопросов. Например, полностью ли описывает спектральная плотность излучения особенности восприятия этого излучения? Как будет видно, получен только частичный ответ на этот вопрос.

Рис. 2.1.2. Преломление света в призме.

Существуют три основные характеристики ощущения света — светлота, цветовой тон и насыщенность. Эти характеристики рассматриваются ниже.

Если имеются два источника света с одинаковой формой спектральной плотности излучения, то источник с большей интенсивностью излучения воспринимается как более яркий. Известно, однако, много примеров, когда предмет с одинаковой интенсивностью излучения всех точек не воспринимается как имеющий равномерную светлоту. Следовательно, интенсивность света не является адекватной количественной мерой светлоты.

Признак, которым отличается, например, красный свет от зеленого, называется цветовым тоном. С помощью призмы и щели, показанных на рис. 2.1.2, можно получать почти монохроматический свет различного цвета. Ясно, однако, что длина волны не является адекватной мерой цвета, так как в природе встречаются такие цвета, которые не наблюдаются в радуге, создаваемой призмой. Отсутствует, например, пурпурный цвет, который может быть получен смешением в равных количествах узкополосных красного и синего света. Если два источника света с одинаковыми спектральными плотностями наблюдать в одинаковых условиях, их цветовой тон будет одинаковым. Однако можно взять два таких источника света с разными спектральными плотностями, которые будут восприниматься как имеющие одинаковый цветовой тон (такие два излучения называются метамерической парой.)

Третья характеристика ощущения света – его насыщенность. Этот признак позволяет отличать спектральный цвет от пастельного блеклого цвета такого же цветового тона. По существу насыщенность описывает «белизну» цвета. Можно измерять насыщенность в процентах, сравнивая данный свет со спектральным цветом на графике цветностей, изображенном на рис. 3.4.3. Однако обычно насыщенность не используют как количественную характеристику.

Рис. 2.1.3. Субъективные характеристики цвета.

Для классификации цветов удобно рассматривать их как точки некоторого цветового пространства (рис. 2.1.3). Но для того чтобы можно было делать количественные выводы, расстояние между двумя точками в цветовом пространстве должно соответствовать субъективно воспринимаемой разнице между представляемыми цветами, где бы ни находилась эта пара цветов. Такие цветовые пространства будут рассматриваться далее.