Когда вы слышите, что тот или иной телевизор (или дисплей монитора) передаёт миллион и более цветовых оттенков, вам кажется, что глаз различает все эти миллион цветов. Но на самом деле глаз видит гораздо меньше цветов, всего несколько десятков тысяч. Давайте разберёмся, почему это так.
У любого цвета есть три характеристики: цветовой тон, насыщенность и светлота. Один и тот же цветовой тон, например, красный, может быть светлее или темнее, может быть более насыщенным или почти серым с едва заметным красным оттенком. Поэтому прежде чем обсуждать общее количество цветов, различаемых нашим глазом, необходимо определить, сколько цветовых оттенков мы видим, т.е. сколько различаем цветовых тонов. Большая часть цветовых тонов размещена в спектре. Отсюда возникает первый вопрос - а сколько цветов мы видим в спектре? Конечно, больше чем семь. Число "7" понадобилось Ньютону, чтобы привязать количество цветов к некому "божественному" числу - к количеству отверстий в теле человека. В спектре человек способен различить более сотни цветовых оттенков.
Член-корреспондент Академии наук СССР С.В.Кравков, в книге "Цветовое зрение" написал, что первые работы по выяснению вопроса, как человеческий глаз различает цветовые тона, были сделаны нашими соотечественниками Мандельштамом (1867) и Добровольским (1872).
Ими было найдено, что в различных участках спектра глаз не одинаково чувствителен к изменению длины световой волны. особенно хорошо различение в областях цветов жёлтых и голубых; цвета же красные, зелёные и сине-фиолетовые различаются много хуже. Применявшаяся в этих первых работах методика была, однако, ещё не совершенна. Показывавшиеся испытуемым близкие друг к другу спектральные цвета отличались не только по своему цветовому тону, но и по яркости.
Поскольку книга "Цветовое зрение" была издана в 1951 году и написана "с позиций марксистско-ленинской теории отражения и павловского учения", то возможно, что при прочих равных условиях, предпочтения отдавались отечественным естествоиспытателям (хотя в это же время в этой области работали и иностранные исследователи).
В исследованиях ХХ века принимались меры к тому, чтобы различий в яркости между сравниваемыми лучами спектра не было, а речь шла бы только о различии в цветовом тоне. Например, жёлтый участок спектра, кажущийся самым ярким, необходимо притемнять.
В спектре есть участки, где изменения цветности хорошо различаются даже при небольшом изменении длины волны. По данным экспериментов Райта и Питта (Wright, 1946) - это наблюдается в зеленовато-голубом цвете (494 нм) и в оранжево-жёлтом (585 нм).
Это легко объяснить с точки зрения трёхкомпонентной теории цветового зрения. В глазу есть три типа цветовых рецепторов. Там, где пересекаются зоны чувствительности соседних рецепторов, там наибольшее различие цветовых тонов. Например, 494 нм - это голубой цвет, на этой длине наблюдается равная чувствительность синих и зелёных рецепторов.
При увеличении длины волны от 500 до 520 нм количество синего уменьшается, а количество зелёного возрастает - голубовато-бирюзовые тона превращаются в зелёные. Дальше длина волны продолжает увеличиваться с 525 до 535 нм, меняется на 10 нм, но глаз на этом участке не видит никаких изменений цвета - для глаза это один и от же зелёный цвет. Как видно из рисунка, это происходит из-за того, что чувствительность "синих" рецепторов к 535 нм сошла до минимума, и дальнейшие длины волн проецируются только на зелёную кривую. Поскольку "красный" рецептор ещё не подключился, то длина волны в спектре меняется, а цветовой тон остаётся прежним.
Здесь мы не будем приводить области пересечения чувствительности зелёного и красного рецептора глаза, поскольку у нас с вами сразу возникнут разногласия. Я буду говорить о спектральной чувствительности глаза, как о системе, без уточнения морфологии восприятия, а вы мне будете приводить кривые чувствительности только колбочек, как будто спектральная чувствительность системы в целом и чувствительность отдельных элементов - это одно и то же. Подробное изложение этого факта будет сделано нами в следующей статье. Однако напомним, что ощущение жёлтого цвета возникает на длине волны 570-580 нм. На этом участке должна быть равная чувствительность (равный ответ) зелёных и красных рецепторов, если мы объясняем восприятие цвета через трёхкомпонентную теорию цвета.
После этого участка жёлтого цвета красная линия чувствительности глаза должна подниматься вверх, а зелёная - опускаться вниз. В конце спектра должна остаться только красная линия. Все длины волн после 655 нм до 700 (и даже до 760 нм) - это один и тот же красный цвет, без изменения цветового тона.
В красном конце спектра плохая различимость длин волн. И такая же плохая различимость в начале спектра, в фиолетовом участке. Вы крутите на спектрофотометре ручку изменения длин волн от 400 до 430 нм, а фиолетовый цвет вообще никак не меняется.
Я уже хотел было привести график различения длин волн в спектре из работы Райта и Питта, но потом подумал, что достаточно будет словесного описания. Так, на краях спектра впервые замечаемое различие по цветовому тону происходит только через 5-6 нм. А в голубой и жёлтой зоне (вы уже знаете, почему) глаз чувствует разницу в изменении длины волны всего на 1-2 нм.
Учитывая, что в диапазоне от 400 до 700 нм находится 300 целых длин волн, а среднее замечаемое различие это 2-3 нм (в зависимости от методики сравнения длин волн), то получается, что максимально в спектре мы можем различить до 150 цветовых оттенков.
Однако в природе существуют ещё пурпурно-фиолетовые цвета, которые в спектре отсутствуют. Число пурпурных оттенков, различимых глазом, как показали специальные опыты, близко к 30. Следовательно, число цветовых тонов, различаемых глазом в цветах максимальной насыщенности, равно примерно 180.
Сколько же ступеней насыщенности можно различать в пределах одного цветового тона - от спектрально и равнояркого с ним серого цвета? Источники света никогда не воспринимаются глазом как "серые", они кажутся нам белыми, просто меньшей яркости. С.В.Кравков приводит данные из работы Мартина, Уорбертона и Моргана, из которой следует, что число различимых ступеней насыщенности колеблется от 4 (для жёлтого) до 25 (для красного).
Приведу подобный график из книги издания Московского Универститета "Психофизиология цветового зрения", Измайлов Ч.А., Соколов Е.H., Черноризов А.М., 1989.
Что же касается различаемых глазом оттенков яркости, то оно равняется нескольким сотням. Согласно разным исследованиям, оно близко к 600.
Для подсчёта общего числа различных цветов, видимых глазом, можно было бы, как кажется с первого взгляда, перемножить число цветовых тонов (180) на число ступеней яркости (600) и на число различимых ступеней насыщенности (скажем условно, в среднем 10). Произведение 180 х 600 х 10 = 1 080 000 показывало бы, что мы можем различать более миллиона цветовых оттенков. Это, однако, неверно, так как подсчитывать вышеуказанным образом нельзя.
Дело в том, что число различимых глазом цветовых тонов изменяется в зависимости от изменений яркости и насыщенности цвета. При уменьшении насыщенности, равно как при значительном увеличении или уменьшении яркости, мы различаем цветовые тона всё хуже и хуже.
Пронаблюдаем это на примере 24 цветов, размещённых по кругу, из Атласа цветов Оствальда.
Теоретически, на последнем, правом, круге всё те же 24 цвета, но из-за того, что все они малой яркости, близки к чёрному, обнаружить цветоразличие между ними практически невозможно.
Уменьшение насыщенности приводит к тому, что все цвета стремятся стать серыми.
При минимальной насыщенности хроматические цвета сводятся к двум различным тонам: желтоватому (тёплому) и синеватому (холодному). Подобным же образом обедняется "цветовая гамма" и тогда, когда хроматические цвета становятся очень близки к белому или чёрному.
Поэтому хроматических цветов человеческий глаз различает много меньше миллиона, но всё-таки достаточно большое число, близкое к нескольким десяткам тысяч. По Эмсу (Ames, 1921), например, это число равняется приблизительно 13 000. Существуют атласы цветов на бумаге, воспроизводящие более 2000 различных оттенков, например, Атлас цветов для лёгкой промышленности - 45 таблиц примерно по 50-60 цветов. Каждая таблица - отдельный цветовой тон. Внутри самой таблицы вертикально вниз идёт уменьшение светлоты (от белого до чёрного), а вправо - увеличение насыщенности, от минимальной (серые тона) до максимально возможной для данной яркости.
Пока что те источники, что были доступны мне, утверждают, что количество наблюдаемых цветовых оттенков, которые может различить глаз, не превышает 45 000.
Может, кто-то располагает другой информацией?
*
С вами был кинооператор Л.Коновалов. До новых встреч!
