ВСЕ О ЦВЕТЕ

D. Чувствительность к свету

D.1. Чувствительность к цвету глаза

D.2. Чувствительность к свету черно-белой фотопленки

D.3. Чувствительность к свету цветной фотопленки

D.4. Чувствительность к свету ПЗС-матрицы

D.1. Чувствительность к цвету глаза

Рис. D.01. Чувствительность глаза к цвету
(в процентах от длины волны).

Согласно теории цветного зрения, высказанного впервые в 1736 году М.В. Ломоносовым, глаз человека обладает цветочувствительными элементами, воспринимающие цвета трех видов. Светочувствительная сетчатая оболочка глаза (ретина) имеет два вида рецепторов. Цвет в глазе воспринимается рецепторами – колбочками, расположенных в сетчатке глаза. Особенно много колбочек на противоположном от зрачка стороне глаза. Колбочки чувствительны к красному, синему и зеленому цветам, остальные получаются смешиванием этих цветов. Кроме колбочек, в сетчатке имеются более чувствительные к свету рецепторы-палочки, которые, однако, не способны различать цвета.

Обычно при восприятии цвета раздражаются все три или два вида нервных окончаний (колбочек), и тогда глаз воспринимает сложный цвет. Глаз ощущает белый цвет, когда все виды нервных окончаний раздражаются одновременно и в одинаковой степени. Серый цвет ощущается глазом при одновременном раздражении нервных окончаний, но меньшей силы; черный цвет получается при отсутствии раздражения. Преобладающее раздражение какого-либо одного рецептора вызывает восприятие соответствующего цветного тона.

Чувствительность к цвету глаза приведена на рисунке D.01. Он представляет собой "колокол" (или кривую Гаусса) с шириной длин волн от 420 нм до 700 нм, с максимумом при 550 нм. Кривая чувствительности глаза не имеет дополнительных максимумов и ассиметрии. Наиболее ярким нашему глазу кажется желтый цвет, менее ярким – красный и синий, причем при соответствующем подборе эти два цвета могут оказаться зрительно одинаково яркими. Из числа цветов видимого спектра наиболее темным представляется фиолетовый цвет.

Как уже отмечалось ранее, примерно 10% людей страдают нарушениями цветового зрения – так называемым дальтонизмом. Этот тип нарушения впервые описал знаменитый Британский ученый Джон Дальтон, который сам страдал этим заболеванием. Большинство дальтоников нечувствительны к красному (в большинстве случаев), к красному и зеленому (несколько реже) и к красному, зеленому и синему (менее 1% от всех случаев). Совсем редко встречается полное отсутствие цветового зрения. Ослабление цветового зрения связано с тем, что рецепторы - "колбочки" не воспринимают часть спектра, и "колокол" чувствительности смещается в "синюю" сторону и становится уже.

Однако, еще раз следует отметить, что отсутствие чувствительности рецепторов к части цветового диапазона вовсе не означает неспособности человека воспринимать цвет. Сигналы, проходя через мозг человека, обрабатываются им, и мозг способен частично компенсировать недостатки рецепторов. Ярким примером возможностей мозга является цветовой зрение человека в режиме слабой освещенности, например, при лунном свете. Лунный свет не способен раздражать нервные окончания колбочек, палочки не обладают способностью различать цвета, и, следовательно, в лунном свете цвета не должны различаться. Но, если человек знает, какого цвета предмет, он "узнает" этот цвет и при лунном свете. Цвет же незнакомого предмета человек, естественно, различить не может. То же самое происходит у дальтоников – их мозг способен разделить цвета известных ему предмету, а цвет незнакомых предметов он определяет исходя из его яркости и насыщенности. Но бывают и исключения: цвета разных оттенков, но одинаковой яркости и насыщенности дальтоником не различаются. На этом свойстве восприятия цвета дальтоником основаны так хорошо знакомые многим таблицы Рабкина, с помощью которых проверяется цветовое зрение.

На свойстве дальтоников различать цвета разной яркости и насыщенности, не зависимо от его тона, основаны правила составления композиции в фотографии и работах дизайнеров. Ярким примером учета особенностей зрения различных людей построен интерфейс операционной системы Microsoft Windows – его нормально воспринимают и дальтоники, и люди с нормальным цветовым зрением.

D.2. Чувствительность к свету черно-белой фотопленки

Рис. D02. Чувствительность несенсибилизированной фотопленки к спектру
(по сравнению с глазом).

В настоящее время черно-белая фото- и кинопленка почти не используется на практике. Но именно на ее основе была затем создана цветная фотопленка, и процессы, происходящие в черно-белой и и цветной пленках, практически схожи. Поэтому автор не смог устоять от включения в рассмотрение процессов, происходящих в черно-белой фотопленках.

Если на обыкновенной фотографической пластинке или пленке сфотографировать спектр или цветную таблицу, содержащие основные спектральные цвета, то можно обнаружить различие в яркости цветов, наблюдаемых на фотопленке и в натуре. Так, окажется, что яркий желтый цвет будет передан на снимке как достаточно темный, А темный фиолетовый цвет будет выглядеть как светлый, почти белый. Одинаково яркие синий и красный цвета на фотопластинке будут переданы с различием: синий передается как очень светлый, а красный – как черный.

Такое несовпадение восприятия яркости цветов в натуре и на черно-белом фотоснимке объясняется различной цветочувствительностью глаза и галоидных солей серебра. На рисунке D.02 графически показана относительная спектральная чувствительность бромосеребряного фотографического слоя и глаза. Из рисунка можно видеть, что максимум чувствительности слоя находится в ультрафиолетовой части спектра.

Лишь около 120 лет назад, в восьмидесятых годах позапрошлого столетия, были найдены вещества, увеличивающие чувствительность к длинноволновым областям света. Вещества эти получили название оптических сенсибилизаторов.

Рис. D.03. Чувствительность к спектру
сенсибилизированных пленок

1 – несенсибилизированные материалы;
2 – ортохроматические материалы;
3 – изоортохроматические материалы;
4 – изохроматические материалы;
5 – панхроматические материалы;
6 – изопанхроматические материалы;

В зависимости от характера спектральной светочувствительности различают светочувствительные слои:

• несенсибилизированные (обыкновенные);
• ортохроматические;
• изоортохроматические;
• изохроматические;
• панхроматические;
• изопанхроматические.

(см. рисунок D.03.)

Но, как бы велика ни была чувствительность эмульсии к цветным лучам, начиная от зеленых и кончая красными, чувствительность ее к сине-фиолетовым лучам остается все же более высокой, чем ко всем остальным. Поэтому для получения на фотоснимках правильной цветопередачи действие синих и фиолетовых лучей необходимо в той или иной мере ослабить. Этого можно достигнуть применением так называемых компенсационных светофильтров. Часть из них применяется при черно-белой, а часть – при цветной съемке.

D.3. Чувствительность к свету цветной фотопленки

D.3.1. Строение цветной фото- и кинопленки

Рис. D.04. Незасвеченная цветная фотопленка
(в разрезе).

Рис. D.05. Проявленная цветная фотопленка
(в разрезе).

Современное фото- и кинопроизводство основано на использовании многослойных кинопленок, делящихся на следующие типы: обращаемая цветная, негативная цветная, позитивная цветная и т.п. В фотографической практике наибольшее распространение получила негативная цветная 35-мм кинопленка.

Уже из названия ясно, что цветная многослойная кинопленка имеет несколько эмульсионных слоев. Если посмотреть разрез незасвеченной цветной кинопленки (рисунок D.04.), то видно, что эмульсионный светочувствительный слой имеет пять слоев. Верхний (первый), третий и четвертый слои являются светочувствительными, и имеют толщину 5-7 мкм. Между верхним и третьим эмульсионными слоями находится интенсивно окрашенный, но все же прозрачный желтый фильтровой слой толщиной 1-2 мкм. Между нижним эмульсионным слоем и основой пленки находится противоореольный подслой темно-бурого цвета.

В отличие от черно-белых, многослойные цветные кинопленки не имеют защитного слоя для защиты от царапин и повреждений в фотоаппаратах. В результате на этих пленках чаще остаются царапины и пятна. Поэтому с цветной пленкой нужно обращаться осторожно.

При рассмотрении под микроскопом темных участков проявленной многослойной кинопленки (рисунок D.05.), можно отчетливо различить три слоя, окрашенных в различные цвета: нижний слой окрашен в голубой цвет, средний – в пурпурный, а верхний – в желтый цвет.

Находящиеся в кинопленке второй фильтровой и пятый противоореольные слои обесцвечиваются.

В каждом слое кинопленки при цветном проявлении образуются красители, по цвету дополнительные к цвету лучей, вызывающих изображение. После удаления серебряных зерен из эмульсионных слоев оставшиеся в кинопленке красители образуют трехцветное изображение.

Цветные изображения в эмульсионных слоях прозрачны и беззернисты, так как образованное в результате реакции серебро удалено из слоев в процессе отбелки. Однако разрешающая способность цветной фотопленки, в силу ряда причин, ниже, чем у черно-белой.

D.3.2. Свойства цветных пленок

Рис. D.06 Спектральная чувствительность разных слоев цветной фотопленки:
a) несенсибилизированный слой (синий цвет)
b) ортохроматический слой (желто-зеленый цвет)
c) панхроматический слой (красный цвет).

Цветная многослойная кинопленка чувствительна ко всем лучам видимого цвета, но эта чувствительность "размазана" по слоям. Самый верхний слой чувствителен только к синим лучам, средний – к желто-зеленым лучам, а нижний слой способен воспринимать только красно-оранжевую спектральную зону. Спектральная чувствительность слоев приведена на рисунке D.06..

Желтый фильтровый слой ограничивает доступ синих лучей к среднему и нижнему эмульсионным слоям.

Внимательно рассмотрев чувствительность слоев на рисунке D.06., можно сделать выводы, что:

• первый слой – несенсибилизированный;
• третий слой – ортохроматический;
• четвертый слой – панхроматический.

При прохождении света через цветную фотопленку, происходят следующие процессы:

• фиолетовые, синие и голубые лучи света фиксируются в первом слое;
• затем они отсекаются желтым фильтровым слоем;
• зеленый и желтый лучи фиксируются в третьем эмульсионном слое;
• красный и оранжевый лучи фиксируются в четвертом слое;
• оставшиеся лучи света поглощаются противоореольным слоем.

Требования к слоям:

• они должны поглощать лучи того участка спектра, для которого они предназначены;
• слой должен быть прозрачен для других участков спектра;
• все слои должны обладать одинаковой чувствительностью к "чисто белому" цвету;
• все слои должны обладать одинаковой контрастностью и вуалью;
• слои должны иметь близкую форму кривых цветочувствительности.

При нарушении этих условий (а это происходит всегда) нарушается цветопередача исходного изображения. Цветофотографические свойства многослойных цветных фотопленок изучает наука цветная сенситометрия. Основным ее методом является сравнение полученных с кинопленки снимков с эталонными таблицами.

Наиболее часто применяют метод оценки цветовоспроизведения при помощи нейтрально-серой шкалы. Если снимать на цветную кинопленку нейтрально-серую ступенчатую шкалу, то по качеству воспроизведения серого цвета (отсутствия хроматических оттенков) судят о качестве пленки.

D.3.3. Цветовой контраст

Понятие контраста и фотографической широты применительно к цветной кинопленке применяется иначе, чем к черно-белой. В цветном фотографическом изображении контраст в основном создается цветом, и при его регулировке может измениться цветопередача. Поэтому следует очень аккуратно подходить к освещению сцены, подбору пленки и печатающего аппарата.

D.4. Чувствительность к свету ПЗС-матрицы цифрового фотоаппарата и сканера

Как и в случае фотопленки, ПЗС-матрица не обладает цветовой чувствительностью. Поэтому для получения цветного изображения цвет, поступающий на ПЗС-матрицу, проходит через соответствующий светофильтр, пропускающий только красную, зеленую и синею его составляющую.

Поскольку каждый пиксель представляется квадратом (см. предыдущие разделы), в стандартном световом датчике присутствуют один красный, один синий и два зеленных светофильтра. Вместе они образуют так называемую RGGB-модель (см. рисунок С.07. (a)). В цифровых фотоаппаратах корпорации Sony вместе одного зеленого используется оливковый светофильтр, пропускающий как зеленые, так и синие лучи. Вместе они образуют RGTB-модель цвета(см. рисунок С.07. (b)).

Но в начале XXI века появилась технология, способная похоронить эти промежуточные модели и значительно увеличить качество получаемых с помощью цифровых камер фотоснимков. Идея проста и в чем-то позаимствована из пленочных фотоаппаратов: надо располагать ПЗС-датчики со своими светофильтрами не рядом, а друг над другом, причем каждый ПЗС-датчик будет "улавливать" только свою область спектра. Пока эта технология не очень широко распространена (из-за того, что она запатентована малоизвестной фирмой, требующей от производителей матриц по такой технологии больших лицензионных отчислений). Но, так или иначе, будущее – за такими матрицами.

30.03.2008, Версия 0.1.00 Beta

08.04.2006, Version 0.01a build 1