Аддитивный синтез цвета

Получение заданного цвета смешением основных, взятых в необхо­димых количествах, называется аддитивным синтезом.

Примером аддитивного синтеза цвета может служить проецирова­ние на экран тремя диапроекторами излучений одинаковой мощности, экранированных синим, зеленым и красным светофильтрами (рис.5.21, вкладка). Используя различные сочетания выделенных световых пото­ков, взятых в одинаковых количествах, можно получить цвета, приве­денные ниже.

Смешиваемые потоки Результирующий (синтезируемый) цвет
синий + зеленый голубой

синий + красный пурпурный

зеленый + красный желтый

синий + зеленый + красный белый

Восприятие цвета на упаковке 143

Изменяя мощности смешиваемых излучений, можно получать и дру­гие цвета. Так, смесь зеленого и красного излучений в равных количе­ствах образует чисто желтый цвет. Меняя количества этих излучений, можно получать целый ряд цветов: зеленых, желто-зеленых, красно-оранжевых, красных и т.д.

При одновременном увеличении всех трех основных излучений цвет получается более светлым.

Насыщенность цвета зависит от числа излучений, образующих тот или иной цвет. Чем меньше излучений участвует в образовании цвета, тем он более насыщен. Поэтому монохроматические излучения имеют самый насыщенный цвет. Аддитивным синтезом можно получать цвета высокой насыщенности, например при смешивании монохроматичес­ких лазерных излучений.

Приведенный пример с диапроекторами относится к аддитивному синтезу, при котором смешение излучений происходит вне глаза. Су­ществуют еще два варианта аддитивного смешения излучений. Оста­новимся вкратце на них.

Пространственное смешение. Основано на свойстве глаза не разли­чать близко расположенные друг к другу мелкие цветные участки, а вос­принимать их как единое целое, образованное смешением исходных цве­тов. Если ряд мелких цветных объектов рассматривать на достаточно большом удалении, то по отдельности они не различаются и представля­ют собой однотонную поверхность. Например, в пору начала «золотой осени» в солнечный день вся листва березовой рощи издали кажется жел­той. Однако, подойдя ближе, можно увидеть еще оставшиеся зеленые листочки. Кроме того, и сами желтые листья различаются между собой.

Такое смешение цветов разноокрашенных мелких участков с обра­зованием единого для них цвета происходит по правилам аддитивного синтеза. При взгляде на предмет его изображение непрерывно переме­щается по сетчатке глаза. Когда цветные элементы малы в сравнении с непрерывными колебаниями глаза, то на одни и те же рецепторы после­довательно попадают излучения от рядом расположенных элементов. При быстрой смене излучений глаз не различает их смену.

Пространственный способ смешения цветов известен в живописи. Художник наносит на холст краску мелкими мазками различных кра­сок, которые на некотором удалении воспринимаются как целостные изображения. На пространственном смешении цветов основано полу­чение полноцветных изображений в высокой и офсетной печати в по­лиграфии. Подробнее это рассмотрено в подразд. 5.6.4.

Временное (последовательное) смешение. Этот тип образования различных цветов основан на быстрой смене излучений вне глаза. При-

Глава 5

мером может служить быстрое вращение окрашенного волчка или диска с разноцветными секторами. При быстром чередовании цветов реакции разных цветоощущающих рецепторов на них складываются. При этом различные цвета сливаются в один цвет и цвет диска (или волчка) вос­принимается как один цвет аддитивной смеси действующих излучений.

Другим примером временного (последовательного) смешения мо­жет служить экран цветного телевизора (монитора). На экране имеют­ся мелкие (растровые) ячейки. При воздействии на них электронных пучков они создают оптическое излучение синего, зеленого и красного цветов в определенном порядке по строкам и столбцам (рис.5.22, вклад­ка) [4]. В процессе демонстрации энергия электронных пучков быстро меняется. При этом происходит последовательное смешение синих, зе­леных и красных излучений. Из-за малых размеров растровых ячеек они в отдельности не видны, а быстрая смена электрических сигналов делает незаметным последовательное свечение всех растровых элементов. По­этому изображение на экране получается резким с различными цветами.

В результате изучения оптического смешения цветов немецким ма­тематиком Грассманом в середине XIX века были сформулированы за­коны аддитивного синтеза цвета [95].

Первый закон Грассмана (трехмерности). Любой цвет однознач­но выражается тремя, если они линейно независимы.

Линейно независимыми цветами называются такие три цвета, каж­дый из которых не может быть получен смешением двух других.

Благодаря этому закону стало возможным описание цвета с помо­щью цветовых уравнений. Приняв в качестве линейно независимых цветов красный, зеленый и синий, можно выразить любой произволь­ный цвет с помощью уравнения

ц=кк+зз+сс,

где Ц — синтезируемый цвет; КК,33,СС — цветовые составляющие

цвета Ц; К,3,С — цветовые координаты; К,3,С — единицы основных

цветов.

Второй закон Грассмана (непрерывности). При непрерывном из­менении излучения цвет изменяется также непрерывно. Данный закон утверждает, что нет таких цветов, которые бы стояли особняком и к которым нельзя было бы подобрать бесконечно близкий цвет.

Третий закон Грассмана (аддитивности). Цвет смеси зависит только от цвета смешиваемых излучений и не зависит от их спектраль­ного состава. Из этого закона следует, что если каждый из двух визу­ально одинаковых цветов смешивать с третьим, то независимо от спек-

Восприятие цвета на упаковке 145

трального состава этих двух цветов результирующий цвет в обоих слу­чаях будет одинаковым. Например, при смешивании желтого излуче­ния или смеси зеленого с X =546 нм и красного с Л =700 нм, дающих также желтое излучение, с одним и тем же голубым излучением полу­чаются два одинаковых цвета, не отличимых друг от друга.

5.6.3. Субтрактивный синтез цвета

В отличие от аддитивного, субтрактивный синтез основан не на сло­жении, а на вычитании излучений. В этом случае часть излучения белого цвета, образованного красным, зеленым и синим световыми пучками, попадает в глаз, преобразуясь окрашенной поверхностью объекта. Ины­ми словами, слой вещества, дающий окраску, вычитает определенную долю красного, зеленого или синего излучения, направленного на объект, то есть поглощает. Таким образом, окраска объекта преобразует энер­гию упавшего на него излучения. Это приводит к тому, что, отражаясь от поверхности объекта или проходя через него (для прозрачных тел), одни лучи поглощаются полностью или ослабевают сильнее, чем другие. В этом случае на сетчатку глаза цвета основных излучений попадут в различных количествах, что вызовет ощущение того или иного цвета.

Для субтрактивного синтеза характерно то, что результат определя­ется не столько тем, какие лучи отражает (пропускает) красочный слой (или слои), а тем, какие лучи он поглощает. Субтрактивный синтез мож­но еще определить как смешение окрашенных сред. Цвета таких сред являются дополнительными к основным цветам аддитивного синтеза. Такими средами могут служить триадные краски: желтая (Ж), пурпур­ная (П) и голубая (Г) или прозрачные красители того же цвета.

Рассмотрим общие закономерности субтрактивного синтеза на при­мере идеальных светопоглощающих красочных слоев. Это такие среды, которые имеют поглощение строго в одной зоне спектра (рис. 5.23, вкладка) и не обладают светорассеянием.

На рис.5.24 (вкладка) показано образование различных цветов суб­трактивного синтеза в проходящем свете. При прохождении белого све­та, содержащего в равных количествах излучения всех трех зон спект­ра, через желтую окрашенную среду поглощаются синие лучи. На пур­пурный окрашенный слой попадут лучи только двух зон спектра — зе­леной и красной. В этом случае будут поглощены зеленые лучи. Таким образом, через обе окрашенные среды пройдет лишь красное излуче­ние. В результате цвет будет красным (рис. 5.24, а). На рис. 5.24, б пока­зано получение зеленого цвета при прохождении белого излучения че­рез желтый и голубой слои и синего (рис. 5.24, в) через пурпурный и голубой. При прохождении белого света через все три окрашенные ере-

146 _____________________________________________________ Глава 5

ды происходит поглощение всех его составляющих. В результате цвет становится черным (рис. 5.24, г).

Управляя толщиной красочных слоев, можно менять поглощение в той или иной зоне спектра. При совмещении таких слоев можно полу­чать различные цвета — оранжевые, желто-зеленые, зелено-голубые и т.д.

На рис. 5.25 (вкладка) показаны примеры субтрактивиого синтеза идеальными красками в отраженном свете. Например, в случае нало­жения на бумагу двух красок — желтой и голубой — цвет будет воспри­ниматься так же, как и в проходящем свете, — зеленым. Однако в дан­ном случае излучение будет дважды проходить через красочные слои, наложенные на бумагу. Это привносит некоторые особенности, но не меняет сущности самого субтрактивиого синтеза.

Когда все три краски наложены друг на друга, все три составляю­щие белого излучения К, 3 и С поглощаются при попадании на красоч­ные слои. Цвет будет черным.

Используя при субтрактивном синтезе идеальные краски, можно получить широкую гамму цветов как в проходящем, так и в отражен­ном свете.

При использовании не идеальных, а реальных красок (красителей) (рис.5.26, вкладка) число синтезируемых цветов заметно уменьшается. Это связано с тем, что реальные краски имеют поглощение не в одной, а в двух или трех зонах спектра. Это приводит к искажению цветового тона. Так, желтая краска при наличии вредного поглощения в зеленой зоне спектра начинает приближаться к оранжевой. Кроме того, реаль­ные краски не являются прозрачными, а обладают определенной степе­нью светорассеяния. Это заметно сказывается на насыщенности синте­зируемых цветов. Она уменьшается и, как следствие, уменьшается чис­ло цветов, воспроизводимых такими красками. Все это приходится учи­тывать при воспроизведении цветных оригиналов.