Цвет как физическое и психофизиологическое явление¶
Цвет — это характеристика зрительного восприятия объектов, обусловленная спектральным составом излучаемого или отражённого света и особенностями работы зрительной системы. В физике цвет описывается длиной волны электромагнитного излучения в видимом диапазоне (примерно 380–780 нм); в психофизиологии — субъективным ощущением, формируемым мозгом на основе сигнала с сетчатки глаза.
¶Физическая природа цвета
Видимый свет — узкая часть электромагнитного спектра. Каждой длине волны соответствует определённый цвет: фиолетовый — около 380–450 нм, синий — 450–485 нм, голубой — 485–500 нм, зелёный — 500–570 нм, жёлтый — 570–590 нм, оранжевый — 590–620 нм, красный — 620–780 нм. Монохроматический свет (одна длина волны) воспринимается как чистый спектральный цвет. Большинство окружающих объектов отражает смесь волн различной длины, поэтому их цвет называется ахроматическим или полихроматическим.
Спектральный состав излучения описывается спектральной характеристикой — распределением энергии по длинам волн. Два излучения с разным спектральным составом могут восприниматься одинаково; такие излучения называются метамерами, а явление — метамеризмом. Именно метамеризм позволяет передавать цвет на экранах, где используются лишь три базовых излучения.
¶Теории цвета
¶Трихроматическая теория
Трихроматическая теория Янга — Гельмгольца (1802, 1852) объясняет цветовое зрение работой трёх типов колбочек сетчатки, каждая из которых чувствительна к определённому диапазону длин волн (примерно к красному, зелёному и синему). Совокупный сигнал трёх каналов мозг интерпретирует как цвет. Теория объясняет нормальное цветовое зрение и его аномалии — дальтонизм, при котором один из типов колбочек отсутствует или работает ненормально.
¶Теория противоположных цветов
Теория противоположных цветов Геринга (1878) предполагает наличие в зрительной системе трёх пар антагонистических каналов: «красный — зелёный», «синий — жёлтый», «чёрный — белый». Теория объясняет явление последовательных контрастов и то, почему не существует «красно-зелёного» или «сине-жёлтого» цвета. Современная нейрофизиология считает обе теории взаимодополняющими: трихроматическая описывает работу рецепторов, теория противоположных — обработку сигнала на уровне сетчатки и латерального коленчатого тела.
¶Цветовые модели
Для описания и воспроизведения цвета разработаны числовые цветовые модели:
- RGB — аддитивная модель (сложение излучений), используется в экранах: цвет задаётся интенсивностями красного, зелёного и синего каналов.
- CMYK — субтрактивная модель (вычитание из белого света при поглощении красителем), применяется в печати: голубой, пурпурный, жёлтый и чёрный.
- HSV/HSB — описывает цвет через оттенок (hue), насыщенность (saturation) и яркость (brightness), удобна для работы с цветом в графических редакторах.
- CIE XYZ — стандартная модель Международной комиссии по освещению (МКО, CIE), основанная на цветовых функциях нормализованного наблюдателя; из неё выведены пространства CIELAB и CIELUV, в которых расстояние между точками примерно соответствует субъективной разнице цветов.
¶Восприятие цвета человеком
Цветоощущение формируется в коре затылочной доли мозга. Сетчатка содержит два типа фоточувствительных клеток: палочки (около 120 млн, работают при слабом свете, цвет не различают) и колбочки (около 6–7 млн, обеспечивают цветовое зрение). Три типа колбочек (L, M, S) с пиками чувствительности примерно 560, 530 и 420 нм дают трихроматическое начало восприятия.
Около 8 % мужчин и 0,5 % женщин страдают формами дальтонизма — чаще всего неспособностью различать красный и зелёный (дейтераномалия и протаномалия). Полная ахроматопсия (отсутствие цветового зрения) встречается крайне редко.
¶Цвет в культуре и науке
Уже в античности цвет связывали с четырьмя стихиями (Эмпедокл). Систематическую теорию цветов построил Исаак Ньютон, разложивший белый свет призмой на спектр («Оптика», 1704). В 1810 году Иоганн Вольфганг Гёте опубликовал «Учение о цвете», критиковавшее чисто физиологический подход. В XIX веке работали Михаил Ломоносов (опыты с «цветными стёклами»), Якоб Бернулли, Герман Гельмгольц, Эвальд Геринг. В XX веке важный вклад в теорию цветности внесли Дэвид Брюстер, Альберт Манч, а в область цветоведения — работавшие в СССР А. В. Мироненко, В. Д. Заде, Г. В. Лагузен.
В русском языке базовые цветовые термины («белый», «чёрный», «красный», «синий», «зелёный», «жёлтый») имеют древние индоевропейские корни; лингвисты отмечают, что слово «красный» исторически означало «красивый» (отсюда «красавица», «Красная площадь»).
¶Применение
Цветовые характеристики учитываются в полиграфии (цветопроба, управление красками), телевидении и цифровой фотографии (баланс белого, цветовые профили ICC), медицине (диагностика по цвету кожных покровов, слизистых), промышленном дизайне и архитектуре. Цветовая маркировка применяется в стандартизации: например, в России цветовая маркировка проводов регламентируется ГОСТ Р 50462.
Источники:
- Гельмгольц Г. «Учение о зрительных ощущениях человека»
- Ньютон И. «Оптика»
- Вавилов С. И. «Ньютон»
- Заде В. Д. «Цвет и цветовосприятие»
- Шенкель В. «Цвет и свет»
- Мироненко А. В. «Цветоведение»