Notions de base. Représentation de la couleur en infographie

Qui se posent lorsque l'on travaille avec des images, et bien d'autres sujets, par exemple sur le thème du traitement de l'image, touchent d'une manière ou d'une autre aux questions de couleur et de reproduction des couleurs. Mais malheureusement, la plupart de ces articles décrivent le concept de couleur et les caractéristiques de sa reproduction de manière très superficielle ou tirent des conclusions hâtives, voire des erreurs. Le nombre d'articles et de questions sur des forums spécialisés sur les aspects pratiques d'une reproduction précise des couleurs, ainsi que de nombreuses tentatives incorrectes pour donner des réponses à ces questions, même par des spécialistes expérimentés eux-mêmes, suggèrent que des problèmes surviennent assez souvent lors du travail avec la couleur, et c'est difficile d'y trouver des réponses raisonnées et claires.

Les connaissances insuffisantes ou erronées de la plupart des informaticiens en matière de reproduction des couleurs s'expliquent, à mon avis, par le fait que très peu de temps est consacré à l'étude de la théorie des couleurs, car ses bases sont d'une simplicité trompeuse : puisqu'il existe trois types de cônes sur la rétine de l'œil, puis en mélangeant certaines trois couleurs, vous pouvez sans aucun problème obtenir tout l'arc-en-ciel de couleurs, ce qui est confirmé par les régulateurs RVB ou CMJN dans certains programmes. Pour la plupart, cela semble suffisant et leur soif de connaissances dans ce domaine prend fin. Mais les processus d'obtention, de création et de reproduction d'images vous préparent à de nombreuses nuances et problèmes possibles, qui peut être résolu en comprenant la théorie des couleurs, ainsi que les processus qui la sous-tendent. Ce sujet est destiné à combler le manque de connaissances dans le domaine de la science des couleurs et sera utile à la plupart des designers, photographes, programmeurs et, espérons-le, à d'autres spécialistes informatiques.

Essayez de répondre aux questions suivantes :

• Pourquoi la physique ne peut-elle pas définir le concept de couleur ?
• Laquelle des sept unités de mesure SI de base est basée sur les propriétés du système visuel humain ?
• Quelle tonalité de couleur ne fait pas partie du spectre ?
• Comment était-il possible de mesurer le sens des couleurs d’une personne il y a 90 ans ?
• où sont utilisées les couleurs sans luminosité ?

Définition de la notion de couleur. Sa dimension

Personne ne sera surpris d'apprendre que nous percevons les couleurs à l'aide de nos yeux, qui captent la lumière du monde qui nous entoure. La lumière est un rayonnement électromagnétique dans la gamme de longueurs d'onde de 390 à 740 nm (visible à l'œil), essayons donc de trouver la clé des moyens de mesurer la couleur dans les propriétés de ces rayons, en supposant que la couleur est la caractéristique de la lumière qui entre dans notre yeux. Cela ne contredit en aucun cas nos pensées : c'est la lumière qui pénètre dans les yeux qui fait percevoir la couleur chez une personne.

La physique connaît et peut facilement mesurer des paramètres de la lumière tels que la puissance et sa composition spectrale (c'est-à-dire la répartition de la puissance sur les longueurs d'onde - spectre). En mesurant le spectre de la lumière réfléchie, par exemple, par une surface bleue et rouge, nous verrons que nous sommes sur la bonne voie : les graphiques de distribution de puissance seront sensiblement différents, ce qui confirme notre hypothèse selon laquelle la couleur est une propriété. rayonnement visible, puisque ces surfaces différentes couleurs. La première difficulté qui nous attend est la nécessité d'enregistrer au moins 35 valeurs numériques du spectre (plage de longueurs d'onde visibles 390-740 nm avec un pas de 10 nm) pour décrire une couleur. Avant même de commencer à réfléchir aux moyens de résoudre ce problème mineur, nous découvrons que les spectres de certains échantillons de couleur identique se comportent étrangement (graphiques rouges et verts) :

Nous constatons que les spectres diffèrent considérablement, malgré la couleur indubitablement identique des échantillons (dans ce cas, le gris ; ces deux émissions sont appelées métamères). La formation de la sensation de couleur de ces échantillons est influencée uniquement par la lumière qui y est réfléchie (on oubliera ici l'influence de la couleur de fond, le niveau d'adaptation de l'œil à l'éclairage et d'autres facteurs mineurs), car son la distribution spectrale est tout ce que les mesures physiques de nos échantillons peuvent nous apporter. Dans ce cas, deux distributions spectrales sensiblement différentes définissent la même couleur.

Donnons un deuxième exemple du problème de description spectrale de la couleur. Nous savons que les rayons de chaque partie du spectre visible sont colorés pour nous dans une certaine couleur : du bleu aux alentours de 400 nm, en passant par le bleu, le vert, le jaune, l'orange jusqu'au rouge avec une longueur d'onde de 650 nm et plus. Le jaune se situe quelque part entre 560 et 585 nm. Mais nous pouvons sélectionner un mélange de rayonnement rouge et vert qui sera perçu comme jaune malgré absence totale tout rayonnement dans la plage « jaune » 560-585 nm.

Il s'avère qu'il n'y a pas paramètres physiques ne peut expliquer l'identité de couleur dans la première situation et la présence de couleur jaune des rayons dans la seconde situation. Situation étrange? Où avons-nous commis une erreur ?

En menant une expérience de mesure de spectres, nous avons supposé que la couleur était une propriété du rayonnement, mais nos résultats réfutent cette hypothèse, car nous avons trouvé différents rayons de lumière sur tout le spectre qui sont perçus comme la même couleur. Si notre hypothèse était correcte, tout changement notable dans la courbe spectrale entraînerait un changement de couleur perçu, qui n’est pas observé. Puisque nous recherchons maintenant des moyens de mesurer la couleur et que nous avons vu que la mesure des spectres ne peut pas être appelée mesure de la couleur, nous devons rechercher d'autres moyens par lesquels cela sera réalisable.

En fait, dans le premier cas, deux expériences ont été réalisées : l’une à l’aide d’un spectromètre, qui a donné lieu à deux graphiques, et l’autre une comparaison visuelle d’échantillons par une personne. La première méthode mesure composition spectrale lumière, et le second compare sensations dans l'esprit humain. Étant donné que la première méthode ne nous convient pas, nous essaierons d'utiliser une personne pour mesurer la couleur, en supposant que la couleur est la sensation qu'une personne éprouve lorsqu'elle applique de la lumière à ses yeux. Mais comment mesurer les sensations d’une personne, en comprenant la complexité et l’incertitude de ce concept ? Des électrodes dans le cerveau ou un encéphalogramme ne devraient pas être proposés, car ces méthodes ne fournissent pas encore la précision nécessaire pour un concept aussi subtil que la couleur. De plus, ce problème a été résolu avec succès dans les années 20 du XXe siècle sans la présence de la plupart des technologies actuelles.

Luminosité

Il a été possible de mesurer la sensation de luminosité provenant du rayonnement de chaque longueur d'onde en comparant visuellement la luminosité du rayonnement avec les puissances connues par une personne. C'est assez simple : en contrôlant l'intensité du rayonnement, il faut égaliser la luminosité de deux flux monochromatiques (spectralement aussi étroits que possible), tout en mesurant leurs puissances. Par exemple, pour égaliser la luminosité d'un rayonnement monochromatique d'une longueur d'onde de 555 nm avec une puissance d'un watt, vous devez utiliser un rayonnement de deux watts avec une longueur d'onde de 512 nm. Autrement dit, notre système visuel est deux fois plus sensible au premier rayonnement. En pratique, pour une grande précision des résultats, une expérience plus complexe a été réalisée, mais cela ne change rien à l'essence de ce qui a été dit (le processus est décrit en détail dans l'ouvrage scientifique original de 1923). Le résultat d'une série de telles expériences pour l'ensemble du domaine visible est la courbe d'efficacité lumineuse spectrale (vous pouvez également trouver le nom « courbe de visibilité ») :

L'axe X représente les longueurs d'onde et l'axe Y représente la sensibilité relative du système visuel humain à la longueur d'onde correspondante.

Disposant d'un appareil avec la même sensibilité spectrale, vous pouvez facilement déterminer la luminosité du rayonnement lumineux souhaité en l'utilisant. C'est à cette courbe que la sensibilité de divers photomètres, luxmètres et autres appareils est soigneusement ajustée, dans le fonctionnement desquels il est important de déterminer la luminosité perçue par une personne. Mais la sensibilité de tels dispositifs n'est toujours qu'une approximation de la courbe d'efficacité lumineuse spectrale humaine, et pour des mesures de luminosité plus précises, la distribution spectrale de la source lumineuse d'intérêt est utilisée.

La distribution spectrale est obtenue en divisant le rayonnement en zones spectrales étroites et en mesurant la puissance de chacune d'elles séparément. On peut considérer la luminosité de notre source comme la somme des luminosités de toutes ces zones spectrales, et pour cela on détermine la luminosité de chacune d'elles (une formule pour ceux qui ne sont pas intéressés à lire mes explications sur les doigts) : on multipliez la puissance mesurée par la sensibilité de notre système visuel correspondant à cette longueur d'onde (respectivement axes Y et X du graphique précédent). Après avoir résumé les luminosités de toutes les zones du spectre ainsi obtenues, nous obtiendrons la luminosité de notre rayonnement primaire en unités photométriques, qui donnent une idée précise de​​la luminosité perçue de certains objets. L'une des unités photométriques est incluse dans les unités SI de base - la candela, qui est déterminée par la courbe d'efficacité lumineuse spectrale, c'est-à-dire basée sur les propriétés du système visuel humain. La courbe de sensibilité relative du système visuel humain a été adoptée comme norme internationale en 1924 par la Commission internationale de l'éclairage (dans la littérature soviétique, vous pouvez trouver l'abréviation MKO), ou CIE - Commission Internationale de l'Éclairage.

Système CIE RVB

Une propriété des rayons lumineux est connue depuis longtemps (en fait, c'est une caractéristique de notre système visuel) : si vous mélangez deux rayonnements colorés différents, vous pouvez obtenir une couleur qui sera complètement différente de celle d'origine. Par exemple, en dirigeant la lumière verte et rouge de certaines puissances sur une feuille de papier blanche en un point donné, vous pouvez obtenir une tache purement jaune sans aucun mélange de teintes vertes ou rouges. En ajoutant un troisième rayonnement, et le bleu convient mieux aux deux existants (car on ne peut pas l'obtenir avec un mélange de rouge et de vert), on obtient un système qui va permettre d'obtenir de nombreuses couleurs.

Si nous égalisons visuellement certains rayonnements de test dans un tel appareil, nous obtiendrons trois indicateurs : l'intensité des émetteurs rouge, vert et bleu, respectivement (comme la tension appliquée aux lampes, par exemple). Autrement dit, à l'aide de notre appareil (appelé colorimètre visuel), qui reproduit la couleur, et de notre système visuel, nous avons pu obtenir des valeurs numériques de la couleur d'un certain rayonnement, ce que nous recherchions. pour. Ces trois significations sont souvent appelées coordonnées de couleur, car il est pratique de les représenter comme des coordonnées d’un espace tridimensionnel.

Des expériences similaires ont été menées avec succès dans les années 20 du XXe siècle, indépendamment par les scientifiques John Guild et David Wright. Wright a utilisé des rayonnements monochromatiques de rouge, vert et couleurs bleues avec des longueurs d'onde de 650, 530 et 460 nm, respectivement, et Guild a utilisé un rayonnement plus complexe (non monochromatique). Malgré des différences significatives dans l'équipement utilisé et le fait que les données ont été moyennées sur seulement 17 observateurs avec vision normale(10 pour Wright et 7 pour Guild), les résultats finaux des deux chercheurs se sont révélés très proches les uns des autres, ce qui témoigne de la grande précision des mesures effectuées par les scientifiques. Schématiquement, la procédure de mesure est représentée sur la figure :

Un mélange de rayonnements provenant de trois sources est projeté sur la partie supérieure de l'écran, et le rayonnement étudié est projeté sur la partie inférieure, et le participant à l'expérience les voit simultanément à travers un trou dans le rideau. Le chercheur confie au participant la tâche d'égaliser la couleur entre les champs de l'appareil et dirige en même temps le rayonnement étudié vers le champ inférieur. Le participant ajuste les puissances des trois rayonnements jusqu'à ce qu'il y parvienne, et le chercheur enregistre les intensités des trois sources.

Dans de nombreux cas, il n'est pas possible d'égaliser certains rayonnements monochromatiques lors d'une telle expérience : le champ d'essai, à n'importe quelle position des régulateurs des trois rayonnements, reste plus saturé que le mélange utilisé. Mais, étant donné que le but de l'expérience est d'obtenir des coordonnées de couleur, et non de les reproduire, les chercheurs ont utilisé une astuce : ils n'ont pas mélangé un rayonnement principal de l'appareil avec les deux autres, mais l'ont dirigé vers le bas. de l'écran, c'est-à-dire qu'ils l'ont mélangé avec le rayonnement test :

Une égalisation supplémentaire est effectuée comme d'habitude, mais la quantité de rayonnement mélangée à celle étudiée sera considérée comme négative. On peut ici faire une analogie avec le changement de signe lors du transfert d'un nombre vers une autre partie d'une équation ordinaire : l'égalité visuelle étant établie entre les deux parties de l'écran du colorimètre, sa partie supérieure peut être considérée comme une partie de l'équation, et la partie inférieure comme l'autre.

Les deux enquêteurs ont pris des mesures visuelles de tous les individus rayonnement monochromatique spectre visible. En étudiant ainsi les propriétés du spectre visible, les scientifiques ont supposé que leurs résultats pouvaient être utilisés pour décrire n’importe quel autre rayonnement. Les scientifiques ont opéré avec les puissances de trois rayonnements indépendants et le résultat d'une série de telles expériences est trois courbes, et non une, comme cela a été le cas lors de la création de la courbe d'efficacité lumineuse.

Pour créer un système de spécification de couleur pratique et universel, le comité CIE a fait la moyenne des données de mesure de Guild et Wright et a recalculé leurs données pour les trois rayonnements principaux avec des longueurs d'onde de 700, 546,1 et 435,8 nm (rouge, vert, bleu - RVB). Connaissant le rapport de luminosité des rayonnements principaux d'un tel système moyenné, qui sont nécessaires pour reproduire la couleur blanche (respectivement 1 : 4,5907 : 0,0601 pour les rayons rouges, verts et bleus, qui a été établi expérimentalement avec recalcul ultérieur) et en utilisant le spectre Courbe d'efficacité, les membres de la CIE ont calculé les courbes de coordonnées de couleur spécifiques, qui montrent la quantité requise des trois rayonnements principaux de ce système pour l'équation de tout rayonnement monochromatique d'une puissance d'un watt :

L'axe X montre les longueurs d'onde et l'axe Y montre les quantités requises des trois rayonnements nécessaires pour reproduire la couleur provoquée par la longueur d'onde correspondante. Les sections négatives des graphiques correspondent aux rayonnements monochromatiques qui ne peuvent pas être reproduits par les trois principaux rayonnements utilisés dans le système, et pour les préciser, il faut recourir à l'astuce de réglage décrite ci-dessus.

Pour construire un tel système, nous pouvons choisir trois autres rayonnements quelconques (en gardant à l’esprit qu’aucun d’entre eux ne doit être reproduit par un mélange des deux autres), ce qui nous donnera d’autres courbes spécifiques. Les principales émissions sélectionnées dans le système CIE RGB reproduisent grand nombre le spectre du rayonnement et ses courbes spécifiques sont obtenus avec une grande précision et standardisés.

Des courbes de coordonnées de couleur spécifiques éliminent le besoin d'utiliser un colorimètre visuel encombrant, avec sa lente méthode d'ajustement visuel, pour obtenir des coordonnées de couleur à l'aide d'une personne, et permettent de les calculer uniquement à partir de la distribution spectrale du rayonnement, qui est obtenue assez rapidement et facilement. à l'aide d'un spectromètre. Cette méthode est possible car tout rayonnement peut être représenté comme un mélange de rayons monochromatiques dont la puissance correspond à l'intensité de la zone correspondante du spectre de ce rayonnement.

Vérifions maintenant nos deux échantillons, devant lesquels la physique a abandonné, montrant spectres différents pour les objets monochromes, en utilisant des courbes de coordonnées spécifiques, la formule est la suivante : nous multiplierons alternativement la distribution spectrale des puissances de lumière réfléchie par les échantillons par trois courbes spécifiques et additionnerons les résultats pour chacune d'elles (comme lors du calcul de la luminosité à partir du distribution spectrale, mais ici trois courbes sont utilisées). Le résultat sera trois nombres, R, G et B, qui sont les coordonnées de couleur dans le système CIE RGB, c'est-à-dire les quantités de trois émissions de ce système, dont un mélange est de couleur identique à celui mesuré. Nous en aurons trois mêmes indicateurs RVB pour nos deux échantillons, ce qui correspond à notre sensation identique de couleur et confirme notre hypothèse selon laquelle la couleur est une sensation et ne peut être mesurée qu'avec la participation de notre système visuel, ou de son modèle sous forme de trois courbes du système CIE RGB ou tout autre dont les coordonnées spécifiques sont connues (nous examinerons en détail un autre système de ce type, basé sur d'autres couleurs primaires, un peu plus tard). En utilisant un colorimètre CIE RGB pour mesurer directement la lumière réfléchie par les échantillons, c'est-à-dire en alignant visuellement la couleur du mélange des trois émissions du système avec la couleur de chaque échantillon, nous obtenons les trois mêmes coordonnées RVB.

Il convient de noter que dans les systèmes colorimétriques, il est d'usage de normaliser les quantités de rayonnement basique de manière à ce que R=G=B=1 corresponde à la couleur blanche acceptée dans le système. Pour le système CIE RVB, cette couleur blanche est considérée comme la couleur d'une hypothétique source d'énergie égale qui émet uniformément à toutes les longueurs d'onde du spectre visible. Sans une telle normalisation, le système s'avère peu pratique, car la luminosité de la source bleue est très faible - 4,5907 : 0,0601 par rapport au vert, et sur les graphiques, la plupart des couleurs « colleraient » à l'axe bleu du diagramme. En introduisant une telle normalisation (respectivement 1 : 4,5907 : 0,0601 pour les rayons rouge, vert et bleu du système), on passera des unités photométriques aux unités colorimétriques, ce qui rendra un tel système plus pratique.

Il convient de noter que le système CIE RVB ne repose sur aucune théorie de la vision des couleurs et que les courbes de coordonnées de couleur spécifiques ne représentent pas la sensibilité spectrale des trois types de cônes de la rétine humaine, car elles sont souvent interprétées à tort. Un tel système se passe facilement des données sur les propriétés des pigments du cône rétinien et sans aucune donnée sur des processus très complexes traiter les informations visuelles dans notre cerveau. Cela témoigne de l'ingéniosité et de la prévoyance exceptionnelles des scientifiques qui ont créé un tel système malgré des informations insignifiantes sur les propriétés de l'appareil visuel humain à cette époque. De plus, le système CIE RGB est à la base de la science de la couleur, presque inchangé jusqu'à ce jour, malgré les énormes progrès scientifiques au fil du temps.

Il convient également de noter que malgré le fait qu'un moniteur utilise également trois rayonnements pour reproduire la couleur, tout comme le système CIE RVB, les trois valeurs des composantes de couleur (RVB) du moniteur ne spécifieront pas strictement la couleur, car différents moniteurs reproduisent couleur différemment avec un écart assez large, et de plus, les émissions principales des moniteurs sont assez différentes des émissions principales du système CIE RGB. Autrement dit, vous ne devez pas considérer les valeurs RVB du moniteur comme une sorte de définition absolue de la couleur.

Pour une meilleure compréhension, il convient de noter que lorsque nous disons « le rayonnement/source/longueur d’onde/lampe est vert », nous entendons en réalité que « le rayonnement/source/longueur d’onde/lampe est verte ». évoque un sentiment vert." Le rayonnement visible est seulement stimulus pour notre système visuel, et la couleur est le résultat de la perception de ce stimulus et les propriétés de la couleur ne doivent pas être attribuées aux ondes électromagnétiques. Par exemple, comme dans l’exemple ci-dessus, aucune onde de la gamme jaune du spectre n’apparaît lorsque les rayons monochromatiques rouges et verts sont mélangés, mais nous percevons leur mélange comme jaune.

Des couleurs irréelles. Système CIE XYZ

Pour comprendre sur la base de quoi un tel système a été créé, la couleur doit être représentée comme un vecteur, car l'addition de deux ou plusieurs couleurs obéit aux mêmes règles que l'addition de vecteurs (cela découle des lois de Grassmann). Par exemple, le résultat du mélange des rayonnements rouge et vert peut être représenté comme l'addition de deux vecteurs dont les longueurs sont proportionnelles à la luminosité de ces rayonnements :

La luminosité du mélange sera égale à la longueur du vecteur obtenu par addition, et la couleur dépendra du rapport de la luminosité des rayonnements utilisés. Plus le rapport est en faveur d'une des couleurs primaires, plus le rayonnement résultant sera plus proche en couleur de ce rayonnement :

Essayons de la même manière de représenter graphiquement le mélange de couleurs dans le colorimètre utilisé pour créer le système CIE RVB. Comme on s'en souvient, il utilise trois rayonnements de rouge, vert et bleu. Aucune couleur de ces trois ne peut être obtenue par la somme des deux autres, il faudra donc représenter tous les mélanges possibles de ces rayonnements dans l'espace tridimensionnel, ce qui n'empêche pas d'utiliser propriétés vectorielles ajouter des couleurs dans ce cas :

Il n'est pas toujours pratique de dessiner des diagrammes en trois dimensions, c'est pourquoi un graphique simplifié est souvent utilisé, qui est une projection de toutes les couleurs nécessaires sur un seul plan (surligné en bleu) d'un diagramme en trois dimensions :

Le résultat d'une telle projection du vecteur de couleur sera un point sur le diagramme dont les axes seront les côtés du triangle, qui sont spécifiés par les points des couleurs primaires du système CIE RVB :

Un tel point aura des coordonnées dans le système de ce triangle sous la forme de la distance à partir de deux de ses côtés (la troisième coordonnée est redondante, car dans un triangle, tout point peut être déterminé par deux distances aux sommets ou aux côtés). Les coordonnées dans un tel triangle sont appelées coordonnées de chromaticité et déterminent des paramètres de couleur tels que la teinte (bleu, cyan, vert, etc.) et la saturation (gris, pâle, saturé, etc.). En raison du fait que nous sommes passés d'un diagramme tridimensionnel à un diagramme plat, cela ne nous permet pas d'afficher le troisième paramètre de couleur - la luminosité, mais dans de nombreux cas, seule la détermination de la valeur de chromaticité sera suffisante.

Pour éviter toute confusion, soulignons séparément que les coordonnées couleurs est la position de la fin du vecteur de couleur dans système tridimensionnel, et ils sont notés en majuscules (RVB, XYZ par exemple), et les coordonnées chromaticité- c'est la position d'un point de couleur sur un diagramme de chromaticité plat, et ils sont désignés lettres minuscules(rg, xy) et deux d'entre eux suffisent.

Usage système de coordonnées dans lequel il n'y a pas entre les axes angle droit n'est pas toujours gênant, c'est pourquoi en colorimétrie, un tel système est souvent utilisé trois vecteurs, dont le plan unitaire forme triangle rectangle. Ses deux côtés proches de l'angle droit sont utilisés comme axes du diagramme de chromaticité :

Plaçons maintenant sur un tel diagramme toutes les chromaticités possibles, dont la limite sera la raie des émissions spectralement pures avec la raie des chromaticités violettes, souvent appelée le locus, qui limite l'aire des couleurs réelles sur le diagramme. (ligne rouge) :

La ligne des chromaticités violettes se situe entre les chromaticités du rayonnement aux extrémités bleues et rouges du spectre. Nous ne pouvons associer aucune zone du spectre aux couleurs violettes, comme nous pouvons le faire avec n'importe quelle autre couleur, car la sensation de couleur violette se produit lorsque les rayons bleus et rouges agissent simultanément sur notre système visuel, et pas un seul.

Une partie importante du lieu (dans la zone 380-546 nm) dépasse le triangle limité par les chromaticités des rayonnements principaux, c'est-à-dire qu'elle a des coordonnées de chromaticité négatives, car cette partie des rayonnements spectraux n'a pas pu être égalisée sur le Colorimètre CIE. Cela correspond aux courbes de coordonnées de couleur spécifiques, dans lesquelles cette même partie du spectre a des coordonnées négatives (dans la plage de 380 à 440 nm, ce sont de petites valeurs invisibles sur le graphique).

La présence de coordonnées négatives de couleur et de chromaticité a rendu les calculs colorimétriques une tâche difficile : dans les années 20-30, la plupart des calculs étaient effectués à l'aide de règle à calcul, et la quantité de calculs dans le travail colorimétrique est assez importante.

Le diagramme précédent nous montre que toutes les coordonnées positives ont uniquement des couleurs situées à l’intérieur du triangle formé par les couleurs des principales radiations utilisées dans ce système. Si le lieu se trouvait au milieu du triangle, toutes les couleurs auraient des coordonnées positives, ce qui simplifierait grandement les calculs. Mais il est impossible de trouver sur le lieu trois points qui pourraient l’inclure complètement, en raison de sa forme convexe. Plus tard, il a été découvert que la raison de cette forme du lieu réside dans les particularités de la sensibilité spectrale des trois types de cônes de notre œil, qui se chevauchent et tout rayonnement excite les cônes, qui sont responsables d'une autre zone du locus. spectre, ce qui abaisse le niveau de saturation des couleurs.

Et si nous allions au-delà du lieu et utilisions des couleurs qui ne peuvent être ni reproduites ni vues, mais dont les coordonnées peuvent être facilement utilisées dans des équations avec les coordonnées de couleurs réelles ? Puisque nous sommes déjà passés de l'expérimentation aux calculs, rien ne nous empêche d'utiliser des couleurs aussi irréelles, car toutes les propriétés du mélange des couleurs sont préservées ! Trois couleurs nous conviennent, dont le triangle peut inclure le lieu des couleurs réelles, et nous pouvons facilement dessiner de nombreux triplets de couleurs primaires irréelles (il serait conseillé de construire un tel triangle aussi étroitement que possible autour du lieu, de cette façon il y aura moins de zones inutiles sur le schéma) :

Pour justifier le choix de trois nouvelles couleurs (rappelons qu’elles n’existent que dans les calculs), qui ont finalement été choisies par les scientifiques pour cela, revenons à notre diagramme de coordonnées volumétriques des couleurs. Pour plus de clarté et de facilité de compréhension, nous utiliserons le système de coordonnées rectangulaires habituel. Plaçons dessus un plan sur lequel toutes les couleurs auront la même luminosité photométrique. Comme on s'en souvient, les luminosités unitaires des rayonnements principaux rouge, vert et bleu dans le système CIE RGB sont corrélées comme 1 : 4,5907 : 0,0601, et pour revenir à unités photométriques ils doivent être pris dans la proportion 1/1 à 1/4,59 à 1/0,0601, soit 1:0,22:17, ce qui nous donnera un plan de couleurs avec la même luminosité photométrique dans le système colorimétrique CIE RVB (le point L'intersection du plan avec l'axe B est située à l'extérieur de la figure en position 17) :

Toutes les couleurs dont les coordonnées sont sur ce plan auront la même luminosité photométrique. Si vous effectuez plan parallèle moitié moins basse que la précédente (0,5:0,11:8,5), on obtient la position des couleurs avec une luminosité deux fois inférieure :

De même, ci-dessous, vous pouvez dessiner un nouveau plan parallèle qui coupera l'origine des coordonnées, sur lequel seront situées toutes les couleurs avec une luminosité nulle, et encore plus bas, vous pouvez dessiner des plans de luminosité négative. Cela peut paraître absurde, mais rappelez-vous que nous travaillons avec représentation mathématique système tricolore, où tout cela est possible dans les équations que nous utiliserons.

Revenons au diagramme plat rg, en y projetant un plan de luminosité nulle. La projection sera la ligne de luminosité nulle - alikhne, qui coupe l'origine des coordonnées :

Il y a des chromaticités sur l'alichne qui n'ont pas de luminosité, et si vous utilisez la couleur placée dessus dans l'égalisation des couleurs (pas réelle, avec mélange des flux lumineux, mais dans des équations où de telles couleurs sont possibles), cela n'affectera pas la luminosité de le mélange obtenu. Si nous plaçons deux couleurs d'un système tricolore sur une alichna, alors la luminosité de l'ensemble du mélange sera déterminée par une seule couleur restante.

Permettez-moi de vous rappeler que nous recherchons les coordonnées de couleur de ces trois couleurs hypothétiques qui peuvent égaliser les couleurs de tous les rayonnements réels sans utiliser valeurs négatives(le triangle doit inclure l'ensemble du lieu) et en même temps, le nouveau système inclura l'étalon de luminosité photométrique lui-même. En plaçant deux couleurs sur l'alichne (nommées X et Z) et une troisième au dessus du lieu (Y), on résout les deux problèmes :

En transformant le triangle obtenu en un triangle rectangulaire, nous obtenons le diagramme de chromaticité xy familier à beaucoup :

Il faut rappeler que le diagramme xy est une projection du système avec les points principaux de XYZ sur le plan unité, de même le diagramme rg et le système RGB. Ce diagramme vous permet d'illustrer sous une forme pratique les couleurs de divers rayonnements, par exemple les gammes de couleurs de divers appareils. Le diagramme en a un propriété utile: les coordonnées chromatiques d'un mélange de deux rayonnements seront situées strictement sur la ligne qui relie les points de ces deux rayonnements sur le schéma. Par conséquent, la gamme de couleurs du moniteur, par exemple, dans un tel diagramme sera un triangle.

Le diagramme xy présente également un inconvénient à retenir : segments égaux les différentes zones du graphique ne représentent pas la même différence de couleur perçue. Ceci est illustré par les deux lignes blanches de la figure précédente. Les longueurs de ces segments correspondent à la sensation de la même différence de couleur, mais les segments diffèrent de trois fois en longueur.

Calculons les courbes de coordonnées de couleur spécifiques du système résultant, qui montrent le nombre requis de trois couleurs primaires XYZ pour l'équation de tout rayonnement monochromatique d'une puissance d'un watt :

On voit qu'il n'y a pas de sections négatives dans les courbes (ce qui a été observé dans le système RVB), ce qui était l'un des objectifs de la création du système XYZ. De plus, la courbe y (la flèche avec un tiret en haut) coïncide complètement avec la courbe de l'efficacité lumineuse spectrale de la vision humaine (cela a été discuté ci-dessus pour expliquer la détermination de la luminosité des émissions lumineuses), donc la valeur Y détermine le luminosité de la couleur directement - elle est calculée de la même manière que la luminosité photométrique par la même courbe. Ceci est réalisé en plaçant les deux autres couleurs du système sur le plan des luminances nulles. Par conséquent, la norme colorimétrique de 1931 inclut la norme photométrique de 1924, ce qui élimine le besoin de calculs ou de mesures inutiles.

Ces trois courbes définissent le Standard Colorimetric Observer, la norme utilisée dans l'interprétation colorimétrique des mesures spectrales et qui est à la base de toute la science des couleurs, pratiquement inchangée à ce jour. Bien que le colorimètre visuel XYZ ne puisse pas exister physiquement, ses propriétés permettent des mesures de couleurs très précises et aident de nombreuses industries à reproduire et à communiquer les informations sur les couleurs de manière prévisible. Toutes les autres réalisations dans la science de la couleur sont basées sur le système XYZ, par exemple le système bien connu CIE L*a*b* et autres, ainsi que derniers systèmes CIECAM, qui utilise des programmes modernes pour créer des profils de couleurs.

Résultats

1. Travailler avec précision avec la couleur nécessite de la mesurer, ce qui est tout aussi nécessaire que de mesurer la longueur ou le poids.
2. Mesurer la luminosité perçue (un des attributs de la sensation visuelle) du rayonnement lumineux est impossible sans prendre en compte les caractéristiques de notre système visuel, qui ont été étudiées avec succès et incluses dans toutes les grandeurs photométriques (candela, lumen, lux) du forme d'une courbe de sa sensibilité spectrale.
3. La simple mesure du spectre de la lumière étudiée ne répond pas en soi à la question de sa couleur, car il est facile de trouver différents spectres perçus comme une seule couleur. Différentes quantités exprimant le même paramètre (la couleur, dans notre cas) indiquent l'incohérence de cette méthode de détermination.
4. La couleur est le résultat de la perception de la lumière (stimulus de couleur) dans notre esprit, et non propriété physique ce rayonnement, donc cette sensation doit être mesurée d'une manière ou d'une autre. Mais mesure directe les sensations humaines sont impossibles (ou étaient impossibles au moment de la création des systèmes colorimétriques décrits ici).
5. Ce problème a été contourné en égalisant visuellement (avec la participation humaine) la couleur du rayonnement étudié en mélangeant trois rayonnements dont les quantités dans le mélange seront celles souhaitées. expression numérique couleurs. L'un des systèmes de ces trois rayonnements est le CIE RGB.
6. Après avoir égalisé expérimentalement tous les rayonnements monochromatiques séparément à l'aide d'un tel système, on obtient (après quelques calculs) les coordonnées spécifiques de ce système, qui montrent les quantités de rayonnement requises pour égaliser la couleur de tout rayonnement monochromatique d'une puissance d'un watt.
7. Connaissant les coordonnées spécifiques, il est possible de calculer les coordonnées de couleur du rayonnement étudié en fonction de sa composition spectrale sans correspondance visuelle humaine des couleurs.
8. Le système CIE XYZ a été créé par des transformations mathématiques du système CIE RVB et est basé sur les mêmes principes : n'importe quelle couleur peut être spécifiée avec précision par le nombre de trois rayonnements, dont un mélange est perçu par une personne comme une couleur identique. La principale différence entre le système XYZ est que la couleur de ses principaux « rayonnements » n'existe que dans des équations colorimétriques, et il est physiquement impossible de les obtenir.
9. La principale raison de la création du système XYZ est de faciliter les calculs. Les coordonnées de couleur et de chromaticité de toutes les émissions lumineuses possibles seront positives. De plus, la coordonnée de couleur Y exprime directement la luminosité photométrique du stimulus.

Conclusion

Ce sujet ne prétend pas fournir des informations exhaustives et complètes sur le sujet abordé, mais n'est qu'une « image pour attirer l'attention » pour les informaticiens, dont beaucoup doivent simplement comprendre les bases de la science des couleurs. Pour faciliter la compréhension, beaucoup de choses ici sont simplifiées ou présentées au passage, voici donc une liste de sources qui intéresseront ceux qui souhaitent se familiariser davantage avec la théorie des couleurs (tous les livres peuvent être trouvés en ligne ) :
photométrie candela Ajouter des tags

Une représentation graphique des couleurs nécessiterait un système de coordonnées tridimensionnelles, ce qui n'est pas toujours pratique. La chromaticité peut être exprimée en traçant les coefficients x et y sur un système bidimensionnel conventionnel Coordonnées cartésiennes. Ce graphique s'appelle nuancier(Fig. 4). La ligne continue sur la figure montre l'emplacement des couleurs spectrales pures tracées sur la base des courbes de mélange IOC.

Le système de coordonnées rectangulaires est actuellement le plus couramment utilisé pour exprimer les résultats des mesures de couleurs. Auparavant, on utilisait plus souvent à cet effet un triangle équilatéral (appelé triangle de couleur ou triangle de Maxwell), dont les sommets correspondent au contenu d'une seule primaire en quantité, égal à un. Les coefficients tricolores de chaque couleur correspondant à un certain point à l'intérieur du triangle sont déterminés par la longueur des perpendiculaires tracées de ce point aux trois côtés du triangle. Des propriétés d'un triangle équilatéral, il s'ensuit que la somme des perpendiculaires de tous les points à l'intérieur du triangle est constante, ce qui est requis pour les coefficients tricolores. Un tel triangle est représenté sur la Fig. 5.

Les coefficients tricolores définissent un certain point (« point de couleur ») sur le diagramme de chromaticité. Ainsi, pour les illuminateurs normaux, les valeurs des coordonnées de couleur qui déterminent leurs points de couleur (« point blanc ») sont les suivantes :

illuminateur A....x = 0,448 ; y= 0,407

illuminateur B....x = 0,3485 ; y = 0,352

illuminateur C....x = 0,310 ; y = 0,316

Rayonnement standard UN représente le rayonnement d'un corps complètement noir à une température de 2856 K. Le spectre de rayonnement correspond au rayonnement d'une lampe à incandescence.

Rayonnement standard DANS- un rayonnement avec une température de couleur corrélée de 4874 K, ce qui correspond à un ensoleillement direct à une altitude solaire inférieure à 30 degrés.

Rayonnement standard AVEC- lumière diffuse du ciel diurne, couvert de nuages ​​à une altitude du soleil inférieure à 30º, avec une température de couleur corrélée de 6774 K.

Le diagramme de chromaticité possède une propriété qui le rend indispensable pour représenter les résultats du mélange optique de deux ou plusieurs stimuli. Sur la figure 4, une partie du rouge est représentée par le point R, une partie du vert par le point G. Quelles que soient les proportions dans lesquelles ces deux stimuli sont mélangés, la couleur résultante se situera toujours sur la droite reliant R à G.

Riz. 4.

Riz. 5.

En raison de cette propriété du diagramme de chromaticité, toutes les couleurs réelles doivent se situer dans le plan limité par la courbe des couleurs spectrales.

Il est facile de voir qu'aux extrémités de la ligne tracée par " point blanc", se mentiront mutuellement couleurs supplémentaires, et leurs quantités nécessaires pour composer la couleur blanche seront proportionnelles aux longueurs des segments depuis le blanc jusqu'au point de couleur correspondant.

Considérons maintenant mélanger les couleurs avec point mathématique vision comme une sorte de construction géométrique. La couleur peut être représentée sous forme de vecteur dans espace tridimensionnel, où les valeurs X, Y et Z sont tracées selon trois axes, c'est-à-dire qu'une couleur donnée correspond à un point de l'espace. Un point correspondant à une autre couleur dont les composantes sont x?, y? et z?, est situé à un endroit différent. Comme nous le savons déjà, la somme de deux couleurs est une nouvelle couleur, obtenue par sommation vectorielle des deux premières. Le diagramme peut être simplifié et tout peut être représenté sur un plan si l'on utilise l'observation suivante : on prend de la lumière d'une certaine couleur et on double simplement les coefficients X, Y et Z, c'est-à-dire qu'on augmente toutes les composantes, mais on laisse la relation entre eux inchangée; alors vous obtenez une lumière de la même couleur, mais plus brillante. Par conséquent, il est possible d’amener n’importe quelle lumière à la même intensité, puis de projeter l’ensemble de la construction dans un espace tridimensionnel sur un plan, comme cela est le cas sur la figure 4.

Il s'ensuit que toute couleur obtenue en mélangeant deux couleurs données est représentée par un point situé sur une ligne qui relie les deux couleurs sélectionnées. Par exemple, un mélange composé à parts égales des deux couleurs se trouve au milieu du segment qui les relie ; un mélange de 1/4 d'une couleur et de 3/4 d'une autre se trouve à une distance de 1/4 de la longueur du segment, etc.

Puisque le phénomène de la couleur lui-même comprend des principes physiques objectifs (source de lumière et objet observé) et subjectifs (vision), alors pour définition sans ambiguïté Les couleurs suggèrent de manière plutôt conditionnelle l'utilisation de caractéristiques objectives et subjectives de la couleur (tableau 1).

spectrocolorimètre polychromateur colorimétrie par réflexion

Tableau 1

Lorsque nous regardons deux objets colorés, nous remarquons non seulement que leurs couleurs sont différentes, mais aussi en quoi ils diffèrent l'un de l'autre. Ainsi, d’une part, on distingue les couleurs rouge, vert, bleu et leurs nuances : jaune-vert, bleu-vert, etc. Dans de tels cas, on dit que les couleurs diffèrent selon la teinte. Pour rendre la tonalité de couleur spécifique, indiquez la longueur d'onde (tableau 1), c'est-à-dire parler de la tonalité de couleur de telle ou telle longueur d'onde l, nm, qui est donc considérée comme une quantité objective mesurable, la tonalité de couleur est une propriété de la sensation visuelle, c'est-à-dire caractéristique subjective.

Deux couleurs de même teinte peuvent différer d’autres manières. Parmi les fleurs endroit spécial appartient à "incolore" ou achromatique. Ceux-ci sont blancs et tous gris jusqu'au noir. Les couleurs achromatiques sont celles qui n’ont pas de tonalité de couleur. En revanche, les couleurs chromatiques, c'est-à-dire couleurs avec la composante chromatique la plus prononcée (avec une tonalité de couleur fortement prononcée). Ces couleurs sont généralement classées comme couleurs saturées. Au contraire, plus la tonalité de la couleur est faible, plus la couleur est proche du chromatique, moins elle est saturée. Saturation - caractéristique subjective, peut être quantifié, déterminé par la pureté.

La pureté des couleurs est une caractéristique objective et est exprimée en %. Ainsi, la saturation est une caractéristique qui permet d’évaluer la proportion de la composante chromatique pure dans la sensation globale de couleur. La saturation est estimée par le nombre de seuils de discrimination des couleurs. N, le temps. Pureté - le degré d'approximation de la couleur par rapport au P spectral pur, %. La teinte et la saturation, ou la longueur d'onde et la pureté, appelées saturation, sont considérées comme des caractéristiques qualitatives de la couleur. Caractéristiques quantitatives déterminé par sa luminosité (L, cd/m2). L'expression quantitative du niveau de sensation visuelle produite par la luminosité est appelée luminosité, mesurée en seuils B,pores. La grande majorité des objets qui nous entourent absorbent et réfléchissent simultanément (et transmettent la lumière) la lumière dans une large gamme de longueurs d'onde dans la région visible du spectre (380 à 760 nm), c'est-à-dire les surfaces réagissent sélectivement à la lumière qui les frappe, mais le degré de réflexion (et, par analogie, de transmission) du rayonnement de différentes longueurs d'onde est différent (Fig. 6).

Riz. 6. Courbes de réflectance spectrale de la surface de neige fraîchement tombée : (1), papier jaune (2) et courbes de transmission spectrale des verres verts (3), rouges (4) et bleus (5).

Lorsqu’un corps est éclairé, une partie de la lumière monochromatique (rouge, bleue, etc.) sera réfléchie, une partie le traversera éventuellement et une autre sera absorbée par lui. Le rapport du rayonnement lumineux monochromatique d'une longueur d'onde donnée l réfléchi par une surface à la lumière monochromatique incidente sur cette surface est appelé réflectance spectrale c l :

où F sl est un rayonnement monochromatique réfléchi d'une longueur d'onde donnée l ; F l - lumière monochromatique de longueur d'onde l incidente sur un objet.

En conséquence, le rapport entre la lumière monochromatique transmise à travers un milieu (par exemple, le verre coloré) et la lumière monochromatique incidente est appelé coefficient de transmission spectrale Tl :

où F T est la lumière monochromatique transmise à travers le support ; F l - lumière monochromatique incidente.

Les courbes des coefficients de réflexion spectrale et de transmission présentées sur la Fig. 7 montrent que la surface de la neige fraîchement tombée reflète également le rayonnement de toutes les longueurs d'onde de la lumière incidente sur elle ; le papier jaune reflète bien les rayons jaunes et oranges, les rayons verts et rouges un peu moins bien, et les rayons bleus et violets très peu. Le verre vert ne transmet que bien le rayonnement vert, le rayonnement bleu et jaune est pire et ne transmet presque pas le reste. Le verre rouge transmet bien les rayons rouges, les rayons orange et jaunes sont un peu pires et ne transmettent pas le reste. Bleu - transmet bien le bleu et le violet, le bleu est pire et ne transmet pas les autres rayons.

Lors de la réflexion et de la transmission de corps réfléchissants et transmettant sélectivement, la composition spectrale du flux lumineux change. Par conséquent, la couleur de ces surfaces dépend à la fois de la composition spectrale du flux lumineux incident sur elles, et de la réflectivité ou transmittance de la surface, caractérisée par l et T l. Ainsi, la vision juge la couleur d’une surface par la lumière réfléchie par celle-ci et entrant dans l’œil.

À l’aide du triangle de chromaticité, nous déterminons les limites des couleurs réellement observées. Puisqu’il n’existe pas de couleurs plus saturées que les couleurs spectrales, les points de couleur qui les expriment détermineront cette limite.

Traçons sur le triangle des couleurs les valeurs des coordonnées chromatiques correspondant à rayonnement spectral de 380 à 700 nm. Pour ce faire, nous utiliserons les courbes d'addition r (A), £ (A), 6 (X), qui sont des fonctions de répartition sur le spectre des coordonnées de couleur d'un rayonnement monochromatique d'une puissance de 1 W (Fig. 5.32). De telles coordonnées sont dites spécifiques. Avec leur aide, nous déterminons la position des points correspondant aux coordonnées chromatiques du rayonnement monochromatique (Fig. 5.33). En reliant ces points, nous obtenons une ligne de couleurs spectrales. La courbe s'avère ouverte. Ses points limites correspondent aux couleurs rouge (K = 700 nm) et violette (A = 380 nm) les plus saturées. En fermant les extrémités des points limites d'une ligne droite

(ligne pointillée sur le graphique), on obtient lieu points des couleurs violettes les plus saturées. Puisqu'il n'y a pas de couleurs violettes dans le spectre (les couleurs magenta - X, nm sont un mélange de rayonnement rouge et violet), alors à 49°

La ligne pointillée ne contient aucune valeur de longueur d’onde. Une ligne qui est le lieu géométrique des points de couleur du rayonnement monochromatique et fermée par la ligne violette - ^ 533 Lieu en couleur

C'est ce qu'on appelle un lieu (lat. locus - triangle

Emplacement) (voir Fig. 5.33). À l'intérieur du lieu

Toutes les vraies couleurs sont trouvées. En dehors du lieu se trouvent des couleurs imaginaires (ou, comme on les appelle souvent, irréelles), plus saturées que les couleurs spectrales exprimées dans un système colorimétrique donné.

Les propriétés générales de tout lieu, quel que soit le type de système colorimétrique choisi, sont :

1) le point blanc a les coordonnées (0,33 ; 0,33) ;

2) la saturation des couleurs augmente du point blanc vers le centre ;

3) sur la droite reliant le point blanc au lieu, il y a des couleurs de même teinte, mais de saturation différente.

En appliquant une grille de coordonnées rectangulaires au lieu, un diagramme de couleurs est obtenu (Fig. 5.34). Avec son aide, vous pouvez déterminer les caractéristiques qualitatives de la couleur - la longueur d'onde dominante (caractéristiques)

Il indique la tonalité de la couleur) et la pureté de la couleur (caractérise la saturation) d'une couleur particulière. La zone délimitée par le lieu et la ligne de fleurs violettes qui la ferme est appelée le champ des vraies fleurs.

Comme le montre la figure 5.34, les chromaticités de la plupart des rayonnements sont caractérisées par une coordonnée négative r< 0, а у пурпурных g < 0. Это затрудняет расчеты цвета по его спектральному составу. Кроме того, определение яркости цветов в системе СШИСВ связано с расчетом всех трех координат цвета.

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Considérons maintenant le mélange des couleurs d'un point de vue mathématique comme une sorte de construction géométrique. La couleur décrite par l'équation (35.4) peut être représentée sous forme de vecteur dans un espace tridimensionnel, où les quantités sont tracées le long de trois axes une, b et c, c'est-à-dire que cette couleur correspond à un point de l'espace. Un point correspondant à une autre couleur dont les composantes sont égales à a, b " et c", est situé à un endroit différent.

Figue. 35.4. Nuancier standard.

Comme nous le savons déjà, la somme de deux couleurs est une nouvelle couleur, obtenue par sommation vectorielle des deux premières. Le schéma peut être simplifié et tout peut être représenté sur un plan si l'on fait le constat suivant : prendre une lumière d'une certaine couleur et doubler simplement les coefficients a, b et c, c'est-à-dire que nous augmenterons toutes les composantes, mais laisserons la relation entre elles inchangée ; alors vous obtenez une lumière de la même couleur, mais plus brillante. Par conséquent, n’importe quelle lumière peut être amenée à la même intensité puis projeter la structure entière dans un espace tridimensionnel sur un plan, comme cela est fait sur la Fig. 35.4.

Il s'ensuit que toute couleur obtenue en mélangeant deux couleurs données est représentée par un point situé sur une ligne qui relie les deux couleurs sélectionnées. Par exemple, un mélange composé à parts égales des deux couleurs se trouve au milieu du segment qui les relie ; un mélange de 1/4 d'une couleur et 3/4 d'une autre se trouve à une distance de 1 / 4 longueur du segment, etc.

Si vous choisissez le rouge, le vert et le bleu comme couleurs primaires, alors toutes les couleurs obtenues avec des coefficients positifs se trouvent à l'intérieur du triangle indiqué par la ligne pointillée sur la figure. Essentiellement, le triangle contient presque toutes les couleurs que nous voyons, puisqu'en général toutes les couleurs disponibles à notre vision sont contenues dans une courbe de forme plutôt étrange qui dépasse légèrement du triangle. D'où vient cette courbe ? Quelqu'un a un jour réalisé avec beaucoup de soin des mélanges de toutes les couleurs visibles à partir de trois couleurs choisies. Mais nous ne vérifierons pas Tous couleurs; Il suffit d'étudier uniquement les tons spectraux purs, les raies du spectre.

Figue. 35.5. Coefficients de couleur des tons spectraux purs pour une sélection de couleurs primaires. 1 - rouge ; 2 - vert ; 3 - bleu.

Toute couleur peut être considérée comme une somme de tons spectraux purs avec des coefficients différents mais positifs (purs d'un point de vue physique). Toute couleur est composée d’une certaine quantité de rouge, de jaune, de bleu, etc. dans tout le spectre. Sachant comment les tons spectraux sont composés des trois couleurs primaires, vous pouvez calculer la proportion requise de couleurs primaires pour n'importe quelle couleur. Ainsi, après avoir défini coefficients de couleur toutes les tonalités spectrales en rapport avec les trois couleurs primaires, il est facile de composer tableau complet mélanger les couleurs.

A titre d'exemple, sur la Fig. La figure 35.5 montre des données expérimentales sur le mélange de trois couleurs. Les courbes montrent la quantité de chacune des trois couleurs primaires (rouge, vert, bleu) qui forment l'une des couleurs du spectre lorsqu'elles sont mélangées. Le rouge est situé à l'extrémité gauche du spectre, vient ensuite couleur jaune, etc. jusqu'à la couleur bleue située sur le bord droit. A noter que dans certains cas il faut prendre des coefficients négatifs. C'est à partir de ces données que les positions des points de toutes les couleurs sur le diagramme ont été déterminées et les coordonnées X Et à sont liés aux quantités relatives de couleurs primaires utilisées pour produire différentes couleurs. À partir de là, la courbe limite du diagramme a également été trouvée. Il représente l'emplacement géométrique de tous les tons spectraux purs. Mais chaque couleur peut être obtenue en mélangeant des tons spectraux, donc toute couleur sur une ligne reliant deux points arbitraires sur une courbe existe dans la nature. Dans le diagramme, une ligne droite relie les extrémités du spectre violet extrême et rouge lointain. Il contient couleurs violettes. À l'intérieur de la courbe se trouvent les couleurs qui peuvent être créées à l'aide de la lumière, et les couleurs à l'extérieur de la courbe ne peuvent pas du tout être créées par la lumière, et personne ne les a jamais vues (sauf dans un rêve !).

Fin des travaux -

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Optique. Principe du moindre temps

Lumière, réflexion et réfraction. principe du moindre temps de ferme. application du principe de la ferme. une formulation plus précise du principe des fermes. mécanisme quantique...

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Indice de réfraction
Nous avons déjà dit que la lumière se déplace plus lentement dans l'eau que dans l'air, et dans l'air un peu plus lentement que dans le vide. Ce fait est pris en compte en introduisant l'indice de réfraction n. Essayons maintenant de comprendre.

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Il reste maintenant à savoir si le champ de charges oscillantes dans la plaque a la même forme que le champ Ea au deuxième terme de (31.8). Si tel est le cas, nous trouverons ainsi l'indice de réfraction

Dispersion
Le résultat que nous avons obtenu est très intéressant. Il donne non seulement l'indice de réfraction exprimé en termes de constantes atomiques, mais indique également comment l'indice de réfraction change avec la fréquence de la lumière w. Avec pompon

Absorption
Vous avez probablement déjà remarqué quelque chose d'étrange dans le dernier formulaire.

Énergie des ondes lumineuses
Comme nous l'avons vu, la partie imaginaire de l'indice de réfraction caractérise l'absorption. Essayons maintenant de calculer l'énergie transférée par une onde lumineuse. Nous avons exprimé des considérations en faveur du fait que l'énergie de St.

Diffraction de la lumière sur un écran opaque
C’est le moment opportun pour appliquer les méthodes de ce chapitre à un autre type de problème. Pouce. 30, nous avons dit que la distribution de l'intensité lumineuse - le diagramme de diffraction qui apparaît

Résistance aux radiations
Dans le chapitre précédent, nous avons montré qu’un système de charges oscillantes émettait de l’énergie et nous avons trouvé une formule pour l’énergie de rayonnement. La quantité d'énergie qui passe en 1 seconde mètre carré surface

Intensité du rayonnement
Calculons maintenant pleine d'énergie, émis par la charge lors de l'accélération. Pour généraliser, prenons le cas d'une accélération arbitraire, en considérant toutefois le mouvement comme non relativiste. Lorsque l'accélération est dirigée, disons

Atténuation radiative
Une charge attachée à un ressort de fréquence naturelle w0 (ou à un électron dans un atome), même dans un espace absolument vide, ne pourra pas osciller indéfiniment, puisque, lorsqu'elle oscille, elle

Avant de passer au deuxième sujet de ce chapitre - la diffusion de la lumière, nous aborderons un cas particulier du phénomène d'interférence, que nous n'avons pas abordé jusqu'à présent. Nous parlerons du cas où l'interférence

Diffusion de la lumière
Les exemples ci-dessus nous aideront à comprendre un phénomène qui se produit dans l’air en raison de la disposition désordonnée des atomes. Dans le chapitre sur l'indice de réfraction, nous avons dit que l'incident

Vecteur de champ électrique d'onde lumineuse
Dans ce chapitre, nous considérerons une série de phénomènes associés à la nature vectorielle du champ électrique d'une onde lumineuse. DANS chapitres précédents nous n'étions pas intéressés par la direction des oscillations du champ électrique,

Polarisation de la lumière diffusée
Le premier exemple de phénomène de polarisation, dont nous avons déjà parlé, est la diffusion de la lumière. Prenons par exemple un faisceau de lumière traversant l'air. soleil. Le champ électrique excite

Biréfringence
Il y en a un autre fait intéressant du domaine des phénomènes de polarisation. Il existe des milieux dont l'indice de réfraction est différent pour la lumière polarisée linéairement dans un sens ou dans l'autre. Dopu

Polariseurs
Jusqu'à présent, nous avons parlé de milieux dont l'indice de réfraction est différent pour différentes directions de polarisation du faisceau lumineux incident. Grande valeur Pour applications pratiques en avoir d'autres avec

Activité optique
Un effet de polarisation intéressant a été découvert dans les matériaux dont les molécules n'ont pas de symétrie miroir ; ce sont des molécules en forme de tire-bouchon, de gant d'une main, ou d'une autre forme en général, pour

Intensité de la lumière réfléchie
Considérons ici la dépendance quantitative du coefficient o

Réfraction anormale
Considérons pour la dernière fois le phénomène de polarisation, qui a été historiquement le premier à être découvert : la réfraction anormale de la lumière. Les marins qui ont visité l’Islande ont apporté des cristaux islandais en Europe.

Gyutochiki en mouvement
Dans ce chapitre, nous parlerons d'un certain nombre d'effets associés aux rayonnements, et nous terminerons ici la présentation théorie classique Sveta. L’analyse des phénomènes lumineux que nous avons effectuée dans les chapitres précédents était complète.

Définition du mouvement « apparent »
L'équation ci-dessus peut être simplifiée de manière assez intéressante

Rayonnement synchrone
Dans un synchrotron, les électrons se déplacent en cercle à des vitesses élevées, proches de la vitesse de la lumière, et le rayonnement décrit peut être considéré comme de la vraie lumière ! Discutons de ce phénomène plus en détail.

Rayonnement einchrotron cosmique
En 1054 après JC, les civilisations chinoise et japonaise étaient parmi les plus avancées au monde : les Chinois et les Japonais surveillaient déjà les phénomènes dans l'Univers et, cette même année, ils enregistraient des observations.

Bremstrahlung
Nous parlerons brièvement d'un autre effet intéressant associé au rayonnement d’une particule se déplaçant rapidement. Essentiellement, ce processus est très similaire au rayonnement que nous venons de décrire. Supposons que nous ayons

Effet Doppler
Considérons maintenant un certain nombre d'autres effets associés au mouvement

Quatre vecteurs (w, k)
Les relations (34.17) et (34.18) ont très propriété intéressante: la nouvelle fréquence w" est liée linéairement à l'ancienne fréquence w et à l'ancien nombre d'onde k, et le nouveau nombre d'onde est représenté par k

Aberration
Lors de la dérivation des formules (34.17) et (34.18), nous avons pris un exemple simple

Impulsion d'onde lumineuse
Abordons maintenant une autre question. Dans les chapitres précédents, nous n’avons jamais parlé du champ magnétique d’une onde lumineuse. Généralement, les effets associés à champ magnétique, sont très petits, mais il y en a un intéressant

Oeil humain
Le phénomène de couleur est en partie dû à des processus physiques. Nous avons déjà parlé de la gamme de couleurs des films de savon provoquées par les interférences. Mais la couleur est également associée au fonctionnement de l’œil et au fait que

La couleur dépend de l'intensité
L’une des propriétés les plus remarquables de la vision est la capacité de l’œil à s’habituer (à s’adapter) à l’obscurité. Lorsque nous entrons dans une pièce sombre depuis une pièce bien éclairée, nous ne voyons rien pendant un certain temps.

Mesure de la perception des couleurs
Nous allons maintenant traiter de la vision réalisée à l'aide de cônes, c'est-à-dire la vision en lumière vive. Le plus important et le plus propriété caractéristique d'une telle vision est la couleur. Nous le savons déjà lumière blanche Avec

Mécanisme de vision des couleurs
La première question qui se pose concernant les motifs énoncés est la suivante : pourquoi les couleurs se comportent-elles de cette façon ?

La théorie la plus simple proposée par Jung et Helmholtz suggérait que
Propriétés physicochimiques de la vision des couleurs

Que peut-on dire de la comparaison des courbes obtenues avec les propriétés d’un véritable pigment oculaire ? Les pigments extraits de la rétine sont principalement constitués d’un type appelé pigment optique.
Sensation de couleur

Lorsque l’on parle du mécanisme de la vision, il faut d’abord comprendre que nous ne voyons généralement pas un ensemble aléatoire de couleurs ou de points lumineux (bien sûr, à moins que nous ne soyons à une exposition d’art moderne).
Physiologie de la vision

Nous avons commencé à parler non seulement de la vision des couleurs, mais de la vision en général uniquement pour rappeler les connexions internes de la rétine, illustrées sur la Fig. 35.2. La rétine ressemble vraiment à une surface
Bâtons

Voyons maintenant plus en détail ce qui se passe dans les bâtonnets de la rétine. Sur la fig. La figure 36.5 montre une microphotographie du milieu du bâton (son extrémité s'étend vers le haut au-delà des limites de la photographie). À droite, une vue agrandie de la couche derrière
Yeux composés d'insectes Revenons maintenant à la biologie. L'œil humain n'est en aucun cas le seul type

yeux. Bien que les yeux de presque tous les vertébrés soient similaires à ceux des humains, on en trouve de nombreux autres types chez les animaux inférieurs.
Autres types d'yeux

Outre les abeilles, de nombreux autres animaux peuvent distinguer les couleurs. Les poissons, les papillons, les oiseaux et les reptiles peuvent également distinguer les couleurs. Mais on pense que la plupart des mammifères n’en sont pas capables. Les primates, cependant
Mécanismes neuronaux de la vision L'un des thèmes principaux de ce chapitre est l'interconnexion et l'information mutuelle. pièces détachées

yeux. Regardons l'œil complexe du limule, qui a fait l'objet de nombreuses expérimentations.
Mécanique atomique

Dans les derniers chapitres, nous avons examiné de nombreux concepts essentiels, sans lesquels il est impossible de comprendre ni le phénomène de la lumière ni celui du rayonnement électromagnétique en général. (Certains spéciaux
Expérience de mitrailleuse

En essayant de comprendre le comportement quantique des électrons, nous le comparons au mouvement familier des particules ordinaires, comme les balles, et aux ondes ordinaires, comme les vagues sur l’eau. Nous allons d'abord faire quelques tournages.
Expérimentez avec les électrons

Imaginons maintenant la même expérience avec des électrons. Son schéma est présenté sur la Fig. 37.3. Nous fournirons un canon à électrons, constitué d'un fil de tungstène chauffé par le courant et placé
Essayons d'analyser la courbe de la Fig. 37.3 et voyons si nous pouvons comprendre le comportement des électrons. La première chose que je voudrais noter, c'est que puisqu'elles sont présentées en portions, chacune des portions (la sienne aussi)

Comment suivre un électron ?
Essayons de faire cette expérience. Nous placerons une source de lumière puissante dans notre appareil électronique juste derrière le mur entre les deux trous (Fig. 37.4). On sait que les charges électriques dissipent la lumière

Principes initiaux de la mécanique quantique
Résumons maintenant les principales conclusions de nos expériences. Nous ferons cela sous une forme telle qu'ils soient valables pour toute la classe d'expériences similaires. Un résumé peut être rédigé plus facilement si vous

Principe d'incertitude
C'est ainsi que Heisenberg lui-même a formulé son principe d'incertitude : si vous étudiez un corps et que vous êtes capable de déterminer la composante z de l'impulsion du corps avec l'incertitude Dр, alors vous ne pouvez pas

Mesure de position et d'élan
Pour comprendre pourquoi l’incertitude de position et/ou de quantité de mouvement apparaît en mécanique quantique, considérons deux exemples. On a déjà vu auparavant que si ce n'était pas le cas, si c'était possible

Diffraction cristalline
Considérons maintenant la réflexion des ondes de matière sur un cristal. Le cristal est solide, composé de nombreux atomes identiques disposés en rangées ordonnées. Comment organiser ce système ?

Diffusion de neutrons d'une chaudière à travers un bloc de graphite
Il passe sans se réfléchir, sans se disperser, sans se perdre. En particulier, la lumière (son l est beaucoup plus grand que ces espaces) traverse sans donner aucun motif de réflexion depuis les plans cristallins.

Taille de l'atome
Examinons une autre application du principe d'incertitude (38.3), mais ne prenez pas ce calcul trop au pied de la lettre ; l'idée générale est correcte, mais l'analyse n'a pas été faite de manière très précise

Niveaux d'énergie
Nous avons déjà parlé de l’atome dans l’état d’énergie le plus bas possible. Mais il s’avère que l’électron est capable de bien plus. Il peut tourner et osciller beaucoup plus énergiquement, par exemple

Un peu de philosophie
Parlons un peu plus de philosophie mécanique quantique. Comme toujours, il y a ici deux faces : le contenu philosophique de la physique et son extrapolation à d’autres domaines de la connaissance. Quand les idées philosophiques, la connexion

Considérons maintenant le mélange des couleurs d'un point de vue mathématique comme une sorte de construction géométrique. La couleur décrite par l'équation (35.4) peut être représentée comme un vecteur dans un espace tridimensionnel, où les quantités et sont tracées le long de trois axes, c'est-à-dire qu'une couleur donnée correspond à un point dans l'espace. Le point correspondant à une autre couleur, dont les composantes sont égales à et , est situé à un endroit différent. Comme nous le savons déjà, la somme de deux couleurs est une nouvelle couleur, obtenue par sommation vectorielle des deux premières. Le diagramme peut être simplifié et tout peut être représenté sur un plan si nous utilisons l'observation suivante : nous prenons une lumière d'une certaine couleur et doublons simplement les coefficients et , c'est-à-dire que nous augmentons toutes les composantes et laissons la relation entre elles inchangée. ; alors vous obtenez une lumière de la même couleur, mais plus brillante. Par conséquent, il est possible d’amener n’importe quelle lumière à la même intensité, puis de projeter la structure entière dans un espace tridimensionnel sur un plan, comme cela est fait sur la Fig. 35.4.

Graphique 35.4. Nuancier standard.

Il s'ensuit que toute couleur obtenue en mélangeant deux couleurs données est représentée par un point situé sur une ligne qui relie les deux couleurs sélectionnées. Par exemple, un mélange composé à parts égales des deux couleurs se trouve au milieu du segment qui les relie ; un mélange d'une couleur et d'une autre se trouve à une distance égale à la longueur du segment, etc.

Si vous choisissez le rouge, le vert et le bleu comme couleurs primaires, alors toutes les couleurs obtenues avec des coefficients positifs se trouvent à l'intérieur du triangle indiqué par la ligne pointillée sur la figure. Essentiellement, le triangle contient presque toutes les couleurs que nous voyons, puisqu'en général toutes les couleurs disponibles à notre vision sont contenues dans une courbe de forme plutôt étrange qui dépasse légèrement du triangle. D'où vient cette courbe ? Quelqu'un a un jour réalisé avec beaucoup de soin des mélanges de toutes les couleurs visibles à partir de trois couleurs choisies. Mais nous ne vérifierons pas toutes les couleurs ; Il suffit d'étudier uniquement les tons spectraux purs, les raies du spectre. Toute couleur peut être considérée comme une somme de tons spectraux purs avec des coefficients différents mais positifs (purs d'un point de vue physique). Toute couleur est composée d’une certaine quantité de rouge, de jaune, de bleu, etc. dans toutes les couleurs du spectre. Sachant comment les tons spectraux sont composés des trois couleurs primaires, vous pouvez calculer la proportion requise de couleurs primaires pour n'importe quelle couleur. Par conséquent, en déterminant les coefficients de couleur de tous les tons spectraux par rapport aux trois couleurs primaires, il est facile de créer une table complète de mélange de couleurs.

A titre d'exemple, sur la Fig. La figure 35.5 montre des données expérimentales sur le mélange de trois couleurs. Les courbes montrent la quantité de chacune des trois couleurs primaires (rouge, vert, bleu) qui forment l'une des couleurs du spectre lorsqu'elles sont mélangées. Le rouge se trouve à l’extrémité gauche du spectre, suivi du jaune, et ainsi de suite, jusqu’à ce que le bleu soit à l’extrémité droite. A noter que dans certains cas il faut prendre des coefficients négatifs. C'est à partir de ces données que les positions des points de toutes les couleurs sur le diagramme ont été déterminées, et les coordonnées sont associées aux quantités relatives des couleurs primaires utilisées pour obtenir différentes couleurs. À partir de là, la courbe limite du diagramme a également été trouvée. Il représente l'emplacement géométrique de tous les tons spectraux purs. Mais chaque couleur peut être obtenue en mélangeant des tons spectraux, donc toute couleur sur une ligne reliant deux points arbitraires sur une courbe existe dans la nature. Dans le diagramme, une ligne droite relie les extrémités du spectre violet extrême et rouge lointain. Il contient des couleurs violettes. À l'intérieur de la courbe se trouvent les couleurs qui peuvent être créées à l'aide de la lumière, et les couleurs à l'extérieur de la courbe ne peuvent pas du tout être créées par la lumière, et personne ne les a jamais vues (sauf dans un rêve !).

Graphique 35.5. Coefficients de couleur des tons spectraux purs pour une sélection de couleurs primaires.

1 – rouge, 2 – vert, 3 – bleu.