Устройство человеческого глаза имеет много общего с принципом работы современного фотоаппарата. Аналогом сетчатки – принимающего элемента – является пленка или матрица; также схожие функции выполняют объектив и оптическая система, фокусирующая изображение рассматриваемых предметов на сетчатку. Восприятие цвета человеческим глазом также лежит в основе понимания фотографических цветовых процессов. Немного вспомним курс школьной анатомии, чтобы лучше разобраться в этом вопросе и понять аналогии.

Рассмотрим подробнее работу глаза. Свет поступает в глаз через прозрачную роговую оболочку, проходит через переднюю камеру, заполненную жидкостью, и отверстие в радужной оболочке – зрачок. Радужная оболочка непрозрачна. Она содержит пигмент, определяющий цвет глаза. Кольцевая мышца может изменить диаметр зрачка в пределах 2 - 8 мм, в зависимости от поступающего в глаз светового потока. (Напрашивается аналогия с диафрагмой, не так ли?) В общей сложности зрачок может изменять световой поток 16 раз, предохраняя в нужных случаях сетчатку от воздействия сильного света.


За зрачком расположен хрусталик – студенистое упругое тело в форме двояковыпуклой линзы. Мышечные волокна, расположенные по окружности хрусталика, могут растягивать его, уменьшая кривизну поверхности и тем самым увеличивая фокусное расстояние оптической системы глаза. Таким образом, осуществляется аккомодация, или, если терминами фотографии, наведение на резкость изображения разноудаленных предметов.

Пройдя хрусталик и стекловидное тело, свет попадает на сетчатку, которая выстилает глазное дно. Она представляет собой переплетение нервных волокон, заканчивающихся светочувствительными клетками (рецепторами). Именно эти рецепторы и являются компонентами, отвечающими за восприятие интенсивности света и восприятие разных цветов. Различают два вида рецепторов: палочки, имеющие удлиненную форму, и грушевидные колбочки. Палочки обладают очень высокой светочувствительностью и обеспечивают зрение в условиях очень низкой освещенности (так называемое ночное зрение), однако они не могут различать цветов и создают ахроматический (черно-белый) образ. В условиях же дневного света работа глаза обеспечивается колбочками, обладающими меньшей светочувствительностью, но способными различать цвета окружающего мира. При дневном свете палочки практически не работают. Вся сетчатка содержит приблизительно 6,5 миллионов колбочек и 120 млн. палочек. (Снова можно провести аналогию с разрешением и количеством пикселей у матрицы).

Именно колбочки по принципу работы имеют сходство с пикселем, который содержит три цветовых детектора. Красители, которые присутствуют в колбочках, по-разному поглощают свет и, в зависимости от этого, колбочки составляют три группы. Колбочки различных групп вызывают в мозгу различные ощущения. Наиболее чувствительные к свету с длиной волны 360 - 510 нм вызывают ощущение синего цвета, 470 - 560 нм – зеленого, а 540 – 760 нм – красного. Соответственно принято различать сине-, зелено- и красночувствительные колбочки (КЗС-приемники). Это и есть то самое RGB-пространство, состоящее из трех первичных цветов. Свет, действующий на приемники только одного типа, вызывает соответствующие ощущения синего, зеленого или красного цвета. При одновременном воздействии на колбочки двух видов возникает ощущение промежуточных цветов, причем в зависимости от степени возбуждения той или иной группы изменяется и цвет. К примеру, при одинаковом воздействии на красночувствительные и зеленочувствительные рецепторы возникает ощущение желтого цвета, а при неодинаковом – от зеленого, зелено-желтого, оранжевого и до красного. Процесс получения множества цветов с помощью ограниченного их набора называется синтезом цвета.

Большинство цветов воспринимается при одновременном возбуждении всех трех групп колбочек. Если на какой-либо участок сетчатки попадает свет достаточно большой интенсивности, который вызывает одинаковое воздействие на колбочки всех трех видов, возникает ощущение белого цвета, при очень слабой интенсивности света или при его отсутствии возникает ощущение черного цвета. Слово ощущение употребляется не случайно. Ведь по сути цвета в природе не существует, он возникает лишь в мозге человека, цвет напрямую зависит от длины волны попадающего на сетчатку глаза светового потока, который отражается от рассматриваемого нами предмета. Само же разложение света на три составляющих называется цветоделением. Кроме того, степень возбуждения колбочек (и палочек) несет информацию о яркости (светлоте) деталей наблюдаемого объекта – градационный процесс.

Таким образом, в основе механизма цветового зрения человека лежат три процесса: цветоделение, градационный и синтез цвета. Это позволяет сделать вывод: все воспринимаемое человеком многообразие цветов передается смешением синего, зеленого и красного цветов в различных пропорциях. Именно на этих принципах основаны способы воспроизведения цвета и в фотографии.

Исходя из вышесказанного, можно дать следующее определение цвету: цвет – это ощущение, вызываемое в глазах и мозгу человека светом различных длин волн и интенсивности. Излучения (объективно существующее физическое явление) вызывают ощущение определенных цветов. Но сами по себе цвета не имеют.

Так как причиной возникновения цветовых ощущений является излучение света, то естественно связать объективные характеристики излучения: длину волны, яркость и чистоту цвета с субъективными характеристиками цвета: цветовым тоном – ощущением света с определенной длиной волны, насыщенностью – ощущением чистоты цвета, светлотой – ощущением яркости. Эти же параметры являются одними из основных при корректировке фотографии в графическом редакторе или правке баланса этих показателей перед съемкой в фотокамерах, поддерживающих эти настройки.

Цветовой тон и насыщенность – качественные характеристика цвета (вместе они составляют цветность), а светлота – количественная его характеристика.

Цветовой тон – основной признак цвета, характеризующий отличие одного цвета от другого и качественно определяемый понятиями (названиями, словами), например, синий, алый, оранжевый и т.д. Натренированный человек способен различать порядка 180 цветовых тонов. Белый, черный и серый цвета не имеют цветового тона, они называются ахроматическими. Все остальные цвета, имеющие цветовой тон, называются хроматическими.

Цветовой тон – субъективная, обусловленная свойствами зрительного восприятия человека характеристика цвета соответствующего излучения, объективной характеристикой которой является длина волны.

Насыщенность цвета – степень субъективного восприятия цветового тона, т.е. величина, показывающая, насколько данный конкретный цвет отличается от белого или серого. Эта характеристика цвета соответствует характеристике излучения – чистоте цвета. То есть, если любой цвет оптически сложить с белым, цветовой тон останется неизменным, однако визуально они будут отличаться. Поэтому можно считать, что насыщенность есть ощущение чистоты цвета. У цветов одного тона человек способен различить до 25 градаций по насыщенности.

Светлота цвета – субъективный признак цвета, характеризующий вызываемое им ощущение яркости.

Яркость рассматриваемой поверхности определяет интенсивность воздействующего на глаз излучения (интенсивность светового раздражения глаза), от которого зависит сила светового ощущения. Мера светового ощущения – светлота.

Яркость – объективная величина, и ее можно измерять соответствующими приборами. Для светлоты же имеет смысл лишь сравнение при рассмотрении группы предметов, в процессе которого определяется уровень светлоты одного из предметов по отношению к другому. Фотометрическая яркость (световой поток с единицы площади светящейся поверхности) зависит от освещенности и отражательной способности (оптической плотности поверхности). Светлота, кроме этого, зависит от цветового тона и насыщенности. В частности, при прочих равных условиях синие цвета имеют меньшую светлоту (кажутся более темными), чем желтые и зеленые, а красные занимают промежуточное положение. Четкая зависимость существует также между светлотой и насыщенностью: с увеличением насыщенности светлота уменьшается. Поэтому, к примеру, насыщенно-синий цвет воспринимается как темно-синий.

Светлота – единственный признак цвета, который имеют и хроматические цвета и ахроматические. По этому и только по этому признаку можно эти цвета сравнивать друг с другом. Количество градаций светлоты зависит от уровня освещенности: при пониженной человек может различить порядка 20 градаций, при повышенной - до 64.

О синтезе цвета, выражении цветовых соотношений и примени их свойств при воспроизведении цвета на практике в фотографии, а также цветовой температуре будет рассказано во второй части статьи.

 Синтез цвета. Светофильтры. Цветовые соотношения