Хант Р.В.Г. Цветовоспроизведение

Подождите немного. Документ загружается.

Часть первая

ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ

ЦВЕТОВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ

1 СПЕКТРАЛЬНОЕ

ЦВЕТОВОСПРОИЗВЕДЕНИЕ

1.1 ВВЕДЕНИЕ

риста пятьдесят лет назад студентфизик Кембриджа

сказал бы: «Белое — это

то, что по всем направлениям испускает мощный равномерночистый свет.

Черное — это то, что совсем не испускает света или отдает его очень мало. Красное —

это то, что испускает свет более чистый, чем обычно, но с теневыми промежутками.

Синее — это то, что светится разреженным светом, поскольку состоит из перемешан

ных белых и черных частиц... Синий цвет моря возникает оттого, что белизна соли пе

ремешивается с чернотой воды, в которой эта соль растворена» (Houston, 1923).

Немудрено, что Поуп

написал в итоге:

Во тьме глубокой человек

Природы тайны постигал...

«Да будет Ньютон!» — Вышний рек,

И свет над миром просиял.

Когда в 1666 г. Ньютон обнаружил, что дневной (солнечный) свет — это смесь всех

«цветов» спектра, он тем самым заложил краеугольный камень науки о цвете. Это от

крытие стало также и отправной точкой рассуждений об основных принципах цвето

воспроизведения.

1.2 СПЕКТР

Представим себе, что мы держим в руках цветную фотографию улицы, сделанную

солнечным днем: весь свет, падающий на улицу, исходит от солнца — либо непосред

ственно (если небо ясно), либо будучи рассеянным облаками (если пасмурно), либо рас

сеянным атмосферой (при освещении только ясным небом). Известно, что солнечный

свет — это «смесь» всех «цветов» спектра. Некоторые компоненты этой «смеси» отра

жаются природными объектами: так, например, листва содержит хлорофилл

, благо

даря которому лист, освещенный дневным светом, подавляет «красные», «желтые»

и «синие» компоненты этого света, вследствие чего в глаз попадают только «зеленые»

компоненты, и мы говорим, что листва зеленая. Аналогично помидоры, выставленные

в витрине овощного магазина, выглядят красными, поскольку поглощают бо<льшую

часть «синих», «зеленых» и «желтых» компонентов дневного света, отражая при этом

Кембридж (англ. Cambridge) — город на востоке Англии, административный центр графст

ва, один из старейших университетских центров Европы. — Прим. пер.

Ссылки находятся в конце глав и идентифицируются по автору и году издания.

Александр Поуп — английский поэт первой половины XVIII в. — Прим. пер.

Хлорофилл — пигмент, поглощающий преимущественно «красный», «желтый» и «синий»

света, но пропускающий «зеленый».

в основном «красные» компоненты. Таким образом, совершенно ясно, что и качество

осветителя, и характер объектов вносят свой вклад в цветовое восприятие.

Если вечером мы выйдем на улицу, освещенную натриевыми лампами, то обнару

жим, что и листья, и помидоры стали коричневыми, поскольку освещение содержит

теперь только «желтый» свет, поглощаемый листвой и помидорами, а «зеленого» све

та, отражаемого листвой, равно как и «красного» света, отражаемого помидорами,

нет, в результате чего не может возникнуть и соответствующих цветовых ощущений.

Однако натриевая лампа с ее необычным светом — вещь исключительная, боль

шинство же источников света подобны солнцу, так как испускают смесь излучений

всех «цветов» спектра (сказанное справедливо в отношении ламп накаливания, элек

тронных фотовспышек и большинства флуоресцентных ламп), при этом степень, с ко

торой разные предметы отражают спектральные «цвета», дает возможность весьма

ценного измерения цветовых свойств самого спектра.

До сего момента мы весьма вольно рассуждали о «красном», «желтом», «зеленом»

и «синем» светах, не указывая при этом точно, к какой именно части спектра они при

надлежат. Поскольку любой свет имеет волнозависимые свойства и свет различных

частей спектра согласован с волнами различных длин, то каждый спектральный

«цвет» удобно определять через длину волны его света.

Все длины волн запредельно коротки, и удобными единицами их измерения явля

ются:

— микроны, или микрометры (mm), составляющие миллионную долю метра;

— миллимикроны, или нанометры (mm), — тысячные доли микрона, то есть милли

ардные (10

9

) метра;

— ангстремы (А), составляющие одну десятитысячную микрона.

Мы будем пользоваться преимущественно нанометрами.

Основные спектральные «цвета» занимают участки со следующими длинами волн:

«фиолет» — 450 нм и ниже, «синий» — от 450 до 480 нм, «синезеленый» — от 480 до

ГЛАВА 1 СПЕКТРАЛЬНОЕ ЦВЕТОВОСПРОИЗВЕДЕНИЕ

Рис. 1.1 (а) Распределение «цветов» спектра; (b) Кривая спектрального коэффициента отраже



ния красного цветового пачта.

510 нм, «зеленый» — от 510 до 550 нм, «желтозеленый» — от 550 до 570 нм, «жел



тый» — от 570 до 590 нм, «оранжевый» — от 590 до 630 нм, «красный» — от 630

и выше (рис. 1.1 [а]). На протяжении всего спектра «цвета» плавно переходят один

в другой, и то, где кончается восприятие одного и начинается восприятие другого, во

многом зависит от условий просмотра.

На рис. 1.1 (b) даны величины энергии отраженного света в процентном выраже

нии от общего количества света, упавшего на красную поверхность. Кривая, получен

ная таким путем, именуется кривой спектрального коэффициента отражения образца

и дает детальное описание цветовых свойств поверхности. В нашем случае красного

света отразилось 65%, оранжевого — 55%, желтого — 30%, желтозеленого — 15%,

зеленого — 10%, синезеленого — 10%, синего — 5% и фиолетового — 5%. Данные

спектральные коэффициенты отражения определяют специфический красный цвет

исследуемой поверхности, которая на самом деле является поверхностью помидора.

Теперь рассмотрим цветную фотографию того же помидора как некий цветовой

патч. Очевидно, что если последний будет иметь такую же кривую спектрального ко

эффициента отражения, что и сам помидор, то физически оба «цвета» будут одинако

выми. Следовательно, и восприниматься в одних и тех же условиях просмотра они бу

дут одинаково. Таким образом, если оригинал и репродукция, находящиеся в одина

ковых окружениях, будут рассматриваться вначале при солнечном свете, затем при

свете ламп накаливания, а затем, скажем, при свете натриевых ламп — то во всех трех

случаях они будут выглядеть одинаково (более того: они будут одинаковыми в воспри

ятии их животными и цветослепыми людьми), хотя, конечно, оба будут менять свой

цвет при смене осветителя. Цветовоспроизведение в данном случае было бы, как гово

рят, спектрально корректным, но на практике весьма трудноосуществимым.

Существует два способа спектрального цветовоспроизведения (оба относятся к цвет

ной фотографии): микродисперсионный метод и метод Липпмана.

1.3 МИКРОДИСПЕРСИОННЫЙ МЕТОД

Микродисперсионный метод схематически представлен на рис. 1.2: объектив фото

камеры фокусирует изображение сцены на грубой решетке, состоящей из чередую

щихся, параллельных друг другу, щелей и прутьев (с одинаковой частотой 300 lpi).

Большая плосковыпуклая линза собирает свет от всех щелей и посылает его сквозь

ГЛАВА 1 СПЕКТРАЛЬНОЕ ЦВЕТОВОСПРОИЗВЕДЕНИЕ

ÎÁÚÅÊÒÈÂ ÊÀÌÅÐÛ

ÐÅØÅÒÊÀ (300 lpi)

ÄÈÑÏÅÐÑÈÎÍÍÀß

ÑÈÑÒÅÌÀ

ÌÀËÛÅ ÏÐÎÑÒÐÀÍÑÒÂÅÍÍÛÅ

ÑÏÅÊÒÐÛ, ÎÁÐÀÇÎÂÀÍÍÛÅ ÍÀ

ÏËÀÑÒÈÍÅ

Рис. 1.2 Микродисперсионный метод цветной фотографии (схематично).

узкоугловую призму. Линзы, стоящие по обе стороны от призмы, фокусируют изобра



жение на фотопластине. Изображение при этом состоит из полос, каждая из которых

разложена призмой на т.н. малый пространственный спектр. Таким образом, коль

скоро свет от каждого элемента регистрируемой сцены

развертывается в отдельный

спектр, пластиной фиксируется информация о кривой спектрального коэффициента

отражения каждого из этих элементов.

Пластину проявляют обычным путем, а позитивный отпечаток выполняют на дру

гой пластине (или, альтернативно, обращают оригинальный фотоматериал). Таким

образом, позитив содержит спектры, взаимопозиции которых строго соответствуют

взаимопозициям спектров реальной сцены.

Пропустив белый свет в обратном направлении (справа налево по рис. 1.2) и исполь

зуя объектив камеры как проекционный, можно получить цветовую репродукцию

сцены, в которой каждый элемент изображения будет иметь ту же кривую спектраль

ного коэффициента отражения, что и в оригинале.

1.3.1 Недостатки микродисперсионного метода

Недостатки микродисперсионного метода очевидны: необходимое оборудование

громоздко и дорого, решетка снижает интенсивность света, а необходимая сверхмел

козернистая эмульсия низкочувствительна, отчего регистрация спектров занимает

минуты. Однако метод интересен тем, что дает спектрально точную репродукцию.

1.4 МЕТОД ЛИППМАНА

Еще один цветофотографический метод, дающий спектрально точную репродук

цию, представляет собой одно из самых изящных изобретений в истории фотографии:

в 1891 г. парижский профессор Габриэль Липпман

с помощью специальной техники

получил фотоэмульсию с зернами (кристаллами галоидного серебра) всего лишь

0.01—0.04 mm в диаметре. Эту эмульсию он нанес на пластины, которые экспонирова

лись обычной фотокамерой — обычной, за исключением того, что эмульсионная сто

рона пластины была расположена под непрямым углом к оптической оси объектива; с

обратной стороны пластины наливался слой ртути (см. рис. 1.3 [a]).

Ртутноэмульсионная граница работала как зеркало, в результате чего падающие и

отраженные световые волны интерферировали друг с другом и образовывали на эмуль

сии стоячую волну. Участок стоячей волны регистрировался эмульсионным слоем

пластины в виде скрытого изображения, и после проявки в эмульсии образовывалась

некая последовательность слоев восстановленного серебра. Толщина слоя была равна

ГЛАВА 1 СПЕКТРАЛЬНОЕ ЦВЕТОВОСПРОИЗВЕДЕНИЕ

Элемент сцены — это отраженный от того или иного объекта сцены световой поток, угловой

размер которого лежит сразу над порогом пространственного различения. — Прим. пер.

Здесь автор допускает серьезную неточность: спектральный коэффициент отражения экра

на останется неизменным, поскольку спектральный коэффициент отражения поверхностей не

зависит от состава падающего света; вероятнее всего, автор имел в виду то, что, пропуская свет

в обратном направлении, мы получим то же самое спектральное распределение энергии цвето

вых стимулов, что и в оригинальной сцене, освещенной тем же светом. — Прим. пер.

Габриэль Липпман (фр. Gabriel Lippmann, 16 августа 1845, Холлерих, Люксембург —

13 июля 1921) — французский ученый, лауреат Нобелевской премии по физике 1908 г. «за соз



дание метода фотографического воспроизведения цветов на основе явления интерферен



ции». — Прим. пер.

половине длины волны экспонирующего света. Чувствительность эмульсии по всему

спектральному диапазону обеспечивалась за счет специальных сенсибилизирующих

красителей (Eder, 1945).

Поскольку красный свет имеет бо<льшую длину волны, нежели зеленый, слои се

ребра, активированного красным лучом (наклонная линия на рис. 1.3 [a]), находятся

друг от друга на большем расстоянии, чем слои серебра, активированные зеленым лу

чом (горизонтальная линия на рис. 1.3 [а]).

После обработки негативная пластина рассматривалась в отраженном свете

(рис. 1.3 [b]). В получении позитива путем обращения не было необходимости, по

скольку проявленные серебряные слои негатива имели очень мелкое зерно и при про

смотре в отраженном свете давали позитивное изображение. Более того: полученное

позитивное изображение было цветным, поскольку серебряные пластины эффективно

отражали свет только с теми длинами полуволн, что были равны расстоянию между

слоями, и весьма слабо отражали (или даже совсем не отражали) свет с иными длина

ми волн. Следовательно, все монохроматические цветовые стимулы

(равно как и про

чие) воспроизводились со спектрально точной цветопередачей.

ГЛАВА 1 СПЕКТРАЛЬНОЕ ЦВЕТОВОСПРОИЗВЕДЕНИЕ

(a) ÏÎËÓ×ÅÍÈÅ

(b) ÏÐÎÑÌÎÒÐ

ËÈÏÏÌÀÍÎÂÑÊÀß ÝÌÓËÜÑÈß

(ÑÈËÜÍÎ ÓÂÅËÈ×ÅÍÎ)

ÐÒÓÒÜ

Рис. 1.3 Липпмановский метод цветной фотографии (схематично).

Чтобы согласовать индивидуальную лексику автора с общепринятой колориметрической

терминологией, слово «colour» здесь и далее будет переводиться контекстно, то есть: либо как

«цветовой стимул», если речь идет о физическом факторе, вызывающем цветовое ощущение,

либо как «цвет» («цветовое ощущение»), если речь идет о цветовом восприятии зрительного

стимула. — Прим. пер.

1.4.1 Недостатки липпмановского метода

Профессор Липпман и его последователи выполнили множество великолепных

цветных фотографий. Вероятно, липпмановский метод — это самый элегантный спо

соб спектрального репродуцирования, который когдалибо был придуман. Впрочем,

у него есть существенные недостатки:

— вопервых, липпмановские эмульсии сверхмелкозернисты, а значит, и сверх

низкочувствительны, — в результате, чтобы выполнить цветную фотографию, даже

на солнечном свету требуется несколько минут экспозиции. Использовать высокочув

ствительную эмульсию невозможно, поскольку период регистрируемой интерферен

ционной картины в этом случае оказывается меньше, чем размер зерна высокочувст

вительной эмульсии;

— вовторых, поскольку липпмановские фотографии необходимо рассматривать

в отраженном свете, их трудно проектировать на экран, но даже когда их рассматрива

ют в строго отраженном свете, критичен угол просмотра (Nareid, 1998).

1.5 ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ИДЕНТИЧНЫХ КРАСИТЕЛЕЙ

В ряде случаев воспроизвести спектральный коэффициент отражения поверхности

удается за счет использования красителей, сходных с теми, какими окрашены ориги

нальные объекты. Так, например, текстильщики при воспроизведении того или иного

цвета на неокрашенном материале могут получить спектрально корректную цветовую

репродукцию, если будут использовать те же самые краски и в тех же количествах, что

в оригинале. В нашей книге, однако, термин «цветовоспроизведение»(color

reproduction) в основном будет употребляться в смысле «получение изображений

сцен», поскольку использование идентичных красок возможно только в определен

ных случаях, в частности при копировании цветных фотографий или отпечатков (под

робно см. раздел 15.7).

1.6 ПРИБЛИЗИТЕЛЬНОЕ СПЕКТРАЛЬНОЕ

ЦВЕТОВОСПРОИЗВЕДЕНИЕ

При использовании шести (и более) разнотоновых красок, чернил или пигментов

становится возможным получение цветовой репродукции, спектральный состав кото

рой аппроксимирует большинство оригиналов (Taplin и Berns, 2001). Этот принцип —

принцип приблизительного спектрального цветовоспроизведения — расширяет цве

товой охват воспроизводимых стимулов, что иногда используется при копировании

произведений живописи (см. раздел 28.16), плюс к тому, он позволяет минимизиро

вать цветоискажения при использовании осветителей с разной цветностью, что, в ча

стности, критично при издании товарных каталогов.

1.7 УПРОЩЕННЫЙ ПОДХОД

Неудивительно, что трудности, свойственные микродисперсионному и липпманов

скому методам, делают эти методы совершенно непопулярными, да и использование

более чем шести колорантов также весьма проблематично. Более того, ни один из со

временных методов цветовоспроизведения не работал бы, если бы человеческое зрение

не обладало свойством существенно снижать сложность воспринимаемых цветовых

ГЛАВА 1 СПЕКТРАЛЬНОЕ ЦВЕТОВОСПРОИЗВЕДЕНИЕ

стимулов. Поэтому оставшаяся часть нашей книги посвящена описанию принципов и

методов получения цветовых репродукций, основанных на радикально более простом

подходе: несмотря на то что в спектре «работают» волны каждой из возможных длин,

суммарный эффект от них (в случае человеческого зрения) объединяется всего лишь

в три группы.

Хотя данный упрощенный подход лежит в основе цветовоспроизведения в фотогра

фии, телевидении и печати (и применяется весьма успешно), мы видим, что должное

понимание его зачастую требует весьма серьезных усилий. Поэтому при первом зна

комстве с материалом мы рекомендуем опустить главы 8, 9, 15, 16, 17 и 22.

ПРЕДМЕТНЫЕ ССЫЛКИ

Houston, R.A., Light and Colour, p. 5, Longmans Green & Co., London (1923).

Eder, J.M., History of Photography, Columbia University Press, New York, pp.

668–670 (1945).

Nareid, H., J. Phot. Sci., 36, 140 (1988).

Taplin, L.A., and Berns, R.S., IS&T and SID’s 9th Color Imaging Conference, Color Science

and Engineering.

Systems, Technologies, Applications, page 209. IS&T, Springfield, Va., U.S.A. (2001).

ЛИТЕРАТУРА

Berns, R.S., Billmeyer and Saltzman’s Principles of Color Technology, 3rd Edn., Wiley,

New York (2000).

Coote, J.H., The Illustrated History of Colour Photography, Fountain Press, King

stonuponThames (1993).

Evans, R.M., An Introduction to Color, Wiley, New York (1948).

Friedman, J.S., History of Color Photography, Chapter 3, American Photographic

Publishing Co., Boston (1944).

Hunt, R.W.G., Measuring Colour, 3rd Edn., Fountain Press, KingstonuponThames

(1998).

Le Grand, Y., Light, Colour, and Vision, 2nd Edn., Chapman & Hall, London (1968).

Murray, H.D., Colour in Theory and Practice, Chapman & Hall, London (1952).

Smith, R.C., Colour Photography, p. 137 (April, 1962).

Smith, R.C., Brit. J. Phot., 114, 1122 (1967).

Wright, W.D., The Measurement of Colour, 4th Edn., Hilger, London (1969).

ГЛАВА 1 СПЕКТРАЛЬНОЕ ЦВЕТОВОСПРОИЗВЕДЕНИЕ