Электромагнитная природа света

Свет имеет электромагнитную природу. Это означает, что свет представляет собой композицию (смесь) множества электромагнитных волн. Электромагнитная волна есть распространяющиеся в пространстве колебания электрического и магнитного полей. Колебание, как известно, характеризуется частотой, а волна — длиной. Для света частота колебаний/ и длина волны А. связаны простой формулой: f = с/А, где с — скорость света (в вакууме она равна примерно 300 000 км/с). Луч белого света, проходя через стеклянную призму, расщепляется на множество лучей различного цвета — от красного до фиолетового (цвета радуги), образуя так называемый спектр цветов. Угол преломления луча света, проходящего через призму, зависит от его длины волны. Поскольку белый свет является смесью электромагнитных волн различной длины, то каждая волна после призмы распространяется по своему направлению. Красный луч испытывает наименьшее отклонение, а фиолетовый — наибольшее. Одноцветные лучи, называемые монохроматическими, проходя через призму, уже не разлагаются на другие цвета.

Рис. 8. Луч белого света, проходя через призму,
разлагается на цветные составляющие

Видимый цвет однозначно определяется длиной волны соответствующего излучения. Электромагнитные волны, которые воспринимает наше зрение, лежат в области примерно от 0,75 до 0,4 мкм. Левой границе соответствует красный цвет, левее находится диапазон инфракрасных (тепловых) волн, а еще левее (0,3 мм—30000м) расположены радиоволны. Правой границе видимого диапазона волн соответствует фиолетовый цвет, правее находятся ультрафиолетовые, рентгеновские, гамма - и космические лучи. Инфракрасные лучи наш глаз не чувствует, но они воздействуют, например, на термометр. Ультрафиолетовые лучи также невидимы, но они способны заставить светиться люминофор — вещество, применяемое в электронно-лучевых трубках мониторов.

Рис. 2. Спектр электромагнитных волн

Если лучи различных цветов с помощью линз и зеркал сфокусировать (т. е. смешать) в один пучок, то вновь получим белый цвет. Опыты по разложению белого света на цветные составляющие и сведению их снова в белый луч впервые провел И. Ньютон в XVII веке. Путем смешения лучей различных цветов можно получать другие цвета, даже такие, которых нет в спектре разложения белого цвета. Различные цвета можно получать и смешением красок. Однако цвет, возникающий в результате смешения цветных лучей света, будет отличаться от цвета, полученного смешением аналогичных красок. Например, красный, зеленый и синий лучи света вместе дают белый цвет, а смешение соответствующих красок — грязно-коричневый. Попробуйте зачертить на одном месте бумаги сначала красным карандашом, потом зеленым и синим. Никакого подобия белого цвета вы не получите. Таким образом, чтобы предсказать, какой цвет получится, необходимо знать, что вы будете смешивать - лучи света или краски. Все сказанное имеет прямое отношение к компьютерной графике. Мониторы отображают цвета в результате смешения цветных лучей света, испускаемых люминофорами, а печатающие устройства — смешивают краски, т. е. вещества, обладающие способностью поглощать одну часть лучей света и отражать-другую.

Вещество может отражать, поглощать и пропускать через себя свет. Свет, получаемый в результате взаимодействия с веществом, отличается, в общем случае, от исходного света. Таким образом, информация о предмете, переносимая светом, претерпевает изменения из-за взаимодействия света с веществом на пути его распространения.

Резюме

Ø Цвет — это как субъективная субстанция, суть которой в индивидуальном восприятии, так и объективная, поскольку физические причины, вызывающие ощущение цвета, существуют вне человека.

Ø На этапе анализа цветовая информация с помощью фильтров преобразуется в яркостную (техническая система избавляется от цвета как такового). Полученная яркостная информация реализуется в виде цветовых каналов (на самом деле — серых) в пиксельных изображениях.

Ø Визуализация цвета происходит на этапе синтеза, когда фиксированная яркостная картина используется как регулятор степени вклада каждой цветовой составляющей в общем цветном изображении. Синтез цвета осуществляется совсем другими средствами, например: свечением капель люминофора или отражением цветных пятен на бумаге, что делает принципиально невозможным абсолютно точное воспроизведение исходной цветовой информации.

Ø Для превращения цвета в цифровую форму необходимо его математическое описание. Оно производится на основе нескольких моделей цвета.

Ø Аддитивная модель цвета RGB описывает излучаемые цвета. Монитор и сканер используют эту модель для оцифровки цвета. Субтрактивная модель цвета CMY описывает отраженные цвета. Полиграфическая модель CMYK создана на основе CMY путем введения четвертого, черного канала.

Ø Модели RGB и CMYK являются аппаратно-зависимыми, то есть цвет с одинаковым описанием будет визуально отличаться на устройствах с разными характеристиками.

Ø Различные устройства имеют разный цветовой охват. Цветовой охват зависит от способа генерации или восприятия цвета устройством.

Ø В процессе подготовки изображения используются устройства с различным цветовым охватом и работающие на основе разных цветовых моделей. Для достижения корректного воспроизведения цветов разработана система цветокоррекции CMS.

Ø Система цветокоррекции состоит в определении профиля, то есть способа изображения цветов каждым из устройств. Эти профили интерпретируются ядром CMS. Процесс построения профилей называется калибровкой.