Проблемы цвета и его правильного воспроизведения. Теория и история. Каждый охотник желает знать… или Немного науки Проблемы цвета и его правильного воспроизведения были актуальны во все времена. Думаю, излишне говорить о насущности этого вопроса для специалистов в области фотографии, полиграфии, компьютерного дизайна и смежных профессий. Но сейчас, в период настольных типографий и домашних фотолабораторий, он становится актуальным не только для профессионалов, но и для простых пользователей. Наверняка каждый из вас не раз сталкивался с проблемой, когда на всех этапах работы с цифровым изображением цвет каждый раз был иным. Я сама не раз наблюдала, что на дисплее цифрового фотоаппарата цветное изображение выглядит одним, при просмотре на мониторе у него уже несколько другой оттенок, а отпечаток, сделанный на струйном принтере, имеет цвет, отличный и от первого, и от второго. Или, например, отпечаток с фотопленки и тот же кадр, но отсканированный, выглядят совершенно по-разному. Нет сомнений, что правильное воспроизведение цвета крайне важно в любой работе с изображениями, будь то создание фотоальбома на собственном сайте или сканирование старых фотопленок. Для того чтобы понять, из-за чего это происходит и как с этим бороться, необходимо усвоить некоторое количество теоретической информации. Постараюсь изложить её вам в наиболее доступной и увлекательной форме. Признаюсь, лично для меня глубокое изучение вопросов, связанных с цветом, оказалось весьма интересным и полезным в работе. Итак, как обычно, немного истории. Изучение вопросов, связанных с цветом, началось в глубокой древности. В тот период, когда среди всех наук царила философия, вбиравшая в свой круг проблемы из подавляющего большинства других областей науки, многие мыслители высказывали свои воззрения на природу цвета. Среди них были Пифагор, Демокрит, Платон, Аристотель и многие другие. Взгляды древних на цвет довольно любопытны и сейчас. Вот фрагмент из труда ученика Аристотеля Теофраста, изложившего учение Демокрита о цветах:Начало исследованиям, ставшим основой современной науки о цвете, положил Исаак Ньютон. Он определил, что белый цвет является смешением всех цветов, первым выделил спектральные цвета – красный, оранжевый, жёлтый, зелёный, голубой, синий, фиолетовый (наверняка, многие помнят иллюстрацию из школьного учебника по физике с призмой и проходящим через неё белым светом, превращающимся в «радугу»). Большое внимание изучению цвета уделял и великий ученый и поэт Иоганн Вольфган Гете, написавший труд «Наука о цветах». Исследованиями в этой области занимался и великий русский ученый Михайло Ломоносов. Художники и теоретики искусства также не обошли своим вниманием эту тему. Среди самых значительных исследований можно назвать труд Василия Кандинского «О духовном в искусстве» и «Искусство цвета» Иоханнеса Иттена. В наше время проблемы цвета изучаются физикой, физиологией, химией, искусствоведением, психологией, и многими другими областями знаний. Есть даже отдельная наука о цвете – цветоведение и наука, занимающаяся его измерением – колориметрия. Существуют организации, занимающиеся исследованиями и разработкой стандартов – CIE ( Commission Internationale de l'eclairage – Международная Осветительная Комиссия), ICC (International Color Consortium – Международный Консорциум по цвету). Цветоведение преподаётся во многих средних и высших учебных заведениях, готовящих специалистов в области компьютерного дизайна и дизайна среды, одежды, тканей, так как немалое значение имеет воздействие цвета на эмоциональное и физическое состояние человека. В психиатрии даже есть методы лечения психических заболеваний с помощью цветотерапии. И всем наверняка известен психологический цветовой тест Люшера. Существует немало книг, затрагивающих эту тему в разных областях – живописи, полиграфии, фотографии, обработке изображений и многих других. Для начала нам следует выяснить, что же такое собственно цвет, каким образом его воспринимает наш глаз, как он воспроизводится на мониторах и на отпечатанном изображении, регистрируется считывающим устройством сканера и матрицей фотоаппарата. Упомянутый выше опыт из школьного учебника иллюстрирует, что когда белый свет проходит через призму, он разлагается на семь основных спектральных цветов – красный, оранжевый, жёлтый, зелёный, голубой, синий и фиолетовый («каждый охотник желает знать, где сидит фазан»). И наоборот, если смешать цвета спектра, получится луч белого света. То есть цвет и свет – это одно и то же.Свет – видимая часть электромагнитного спектра, разновидность электромагнитного излучения, имеющая такую же природу, как рентгеновские лучи, инфракрасное и ультрафиолетовое излучение и радиоволны. Все эти виды излучений различаются длиной волны – расстоянием между её гребнями. Если рентгеновские лучи обладают свойством создавать изображение на покрытой серебром плёнке, радиоволны помогают передавать звук на расстоянии, то световые волны обладают свойством восприниматься человеческим глазом.Глаз способен воспринимать волны длиной от 400 до 700 нанометров (нанометр – одна миллиардная метра, единица измерения длины световых волн). С двух сторон от видимой части спектра находятся ультрафиолетовые и инфракрасные области, которые не воспринимаются человеческим глазом, но могут улавливаться специальным оборудованием. С помощью инфракрасного излучения работают камеры ночного видения, а ультрафиолетовое излучение хоть и невидимо человеческому глазу, но может нанести зрению значительный вред.Световые волны попадают на сетчатку глаза, где воспринимаются светочувствительными рецепторами, передающими сигналы в мозг, и уже там складывается ощущение цвета. Это ощущение зависит от длины волн и интенсивности излучения. Длина волны формирует ощущение цвета, а интенсивность – его яркость. Каждый цвет имеет определённый диапазон длины волн. Самые короткие волны – фиолетовые, самые длинные – красные. А все предметы, которые окружают нас, могут или излучать свет (цвет), или отражать, или пропускать падающий на них свет частично или полностью. Например, если трава зелёная, это значит, что из всего диапазона волн она отражает в основном волны зелёной части спектра, а остальные поглощает. Способность прозрачных предметов задерживать волны какой-либо длины применяется, например, в фотографии при использовании светофильтров. Таким образом, если мы говорим, что какой-нибудь объект имеет какой-то цвет, это значит что на самом деле этот объект (или его поверхность) имеет свойство отражать волны определённой длины, и отражённый свет воспринимается как цвет предмета. Если предмет полностью задерживает падающий свет, он будет казаться нам чёрным, а если отражает все падающие лучи – белым. Правда, последнее утверждение будет верным только в том случае, если свет будет белым, неокрашенным. Если же свет приобретает какой-то оттенок, то и отражающая поверхность будет иметь такой же оттенок. Это можно наблюдать на закатном солнце, которое делает всё вокруг багровым, или в сумеречный зимний вечер, когда снег кажется синим. А при использовании окрашенного цвета привычные вещи могут оказаться и вовсе неожиданными и даже неприятными. Вот фрагмент из книги Иттена «Искусство цвета»:Ощущение цвета создается при условии преобладания в цвете волн определённой длины. Но если интенсивность всех волн одинаковая, то цвет воспринимается как белый или серый. Не излучающий волн предмет воспринимается как чёрный. Эти цвета называются ахроматическими. Хроматическими же называются все остальные цвета. Теперь выясним, как же глаз улавливает волны. Ощущение цвета складывается в мозге человека, куда идет сигнал из глаза. В глаз же свет попадает, проникнув через роговую оболочку и зрачок, «регистрируясь» на сетчатке, на которой расположены нервные клетки – нейроны с двумя типами рецепторов. Один тип рецепторов – тонкие и длинные – называются палочками. Они ответственны за чёрно-белое зрение в условиях слабой освещённости и не задействованы в условиях полной освещённости. Но так как в процессе эволюции человек выбрал дневной образ жизни, палочек у него ровно столько, чтобы в темноте он мог видеть только контуры предметов. А у охотящихся ночью животных количество и чувствительность палочек позволяет ориентироваться в темноте не хуже, чем днём. За дневное и цветное зрение отвечает другой тип рецепторов. Толстые и короткие колбочки регистрируют информацию о цвете благодаря находящимся в них пигментным клетках. Пигменты в свою очередь делятся на 3 вида – эпитролаб, хлоролаб, цианолаб – каждый из которых чувствителен к одному из трёх основных цветов – красному, зелёному или синему, улавливая волны определённой длины. Длина волны в диапазоне 600–700 нм воспринимается как красный цвет, 500–600 – как зёленый, 400–500 – как синий.Получая сигнал, нейроны отправляют электрические импульсы в мозг, где из информации о пропорциях и интенсивности основных цветов складывается полноцветная картина мира с огромным количеством оттенков. Следовательно, всё, что нас окружает, можно описать, используя всего три основных цвета. Это явление используется, например, в телевизорах и ЭЛТ-мониторах – вся плоскость экрана представляет собой крошечные ячейки, в каждой из которых есть 3 луча – красный, зеленый и синий, образующих в сложении цветную точку. Этот принцип синтеза цвета также используется в сканерах и цифровых фотоаппаратах. Для его обозначения используется аббревиатура RGB (Red Green Blue).При помощи смешения этих трёх цветов можно получить любые цвета. При их одинаковой интенсивности получается белый (при 100%-й интенсивности) или серый цвет. Отсутствие излучения воспринимается как чёрный цвет. Первыми учёными, разработавшими теорию о том, что любой цвет можно получить смешением трёх основных, были англичанин Томас Юнг и немец Герман фон Гельмгольц. Эта теория называется теорией Юнга-Гельмгольца, или трёхкомпонентной. Эти учёные первыми установили, что в сетчатке человеческого глаза существует три типа светочувствительных клеток, воспринимающих красный, зелёный и синий свет. Цветным зрением обладает не только человек, но и многие животные. Наличие или отсутствие цветового зрения обусловлено его необходимостью для жизни. Например, у глубоководных рыб, к которым через толщу воды цвет не доходит, колбочки отсутствуют, а палочек вполне достаточно для того, чтобы видеть контуры предметов. Также колбочки заменены б о льшим количеством палочек у ночных животных – они помогают им лучше видеть в темноте. А пчёлы, которых привлекают яркими красками цветы, обладают таким же зрением, как и человек. Есть виды, у которых присутствует только один вид колбочек, у некоторых же их число доходит аж до пяти. А у грызунов есть уникальный тип колбочек – чувствительных к ультрафиолетовому свету. У некоторых людей восприятие цвета нарушено – у них может отсутствовать один или несколько типов светочувствительных клеток. Общее название этого нарушения – дальтонизм – было дано по имени первого исследователя этого явления Джона Дальтона, впервые описавшего и исследовавшего его в 1798 году. До 26 лет он не подозревал о своей неполноценности, как и многие люди, у которых такое нарушение может быть выявлено лишь в зрелом возрасте при помощи специального исследования, например, на врачебной комиссии для получения водительских прав. Для определения дальтонизма созданы специальные полихроматические таблицы, на которых из цветных пятен создано изображение. Цветовые пятна разные по цвету, но одинаковы по яркости. На таблице человек с нормальным цветовым зрением увидит определённую фигуру, сложенную из разноцветных пятен, а дальтонику пятна будут казаться одинаково серыми. Если у большинства людей в колбочках присутствуют три светочувствительных пигмента, то у дальтоника может отсутствовать один, два и даже все три пигмента. Люди, колбочки которых воспринимают все цвета, называются трихроматами (от греческого «хромос» – цвет), различающие два цвета – дихроматами. Самое частое нарушение – отсутствие красного пигмента, реже – зелёного, отсутствие синего пигмента встречается очень редко. Существует и такой дефект, при котором цветное зрение отсутствует полностью – полная цветовая слепота. Бывает, что в колбочках все пигменты присутствуют, но чувствительность одного из них понижена. Люди с таким отклонением называются аномальными трихроматами. Нарушение цветового зрения имеет генетическую природу – из-за дефектов в генах нарушается синтез пигментов. У женщин дефекты цветового зрения встречаются в десятки раз реже, чем у мужчин. Но неверно считать, что за восприятие цвета отвечают только лишь глаза человека. Цвет воспринимается очень субъективно, и существует огромное количество факторов, влияющих на ощущение цвета. Это, в частности, национальность, возраст, традиции, место проживания и даже пол. Огромные различия в видении цвета можно наблюдать, например, в работах нескольких художников – при одних и тех же внешних условиях изображаемые ими объекты не будут идентичны по цвету. Есть люди, у которых чувство цвета настолько сильно связано с другими ощущениями, что цветными они воспринимают не только окружающие предметы, но и, например, звуки, числа, буквы, вкусы и запахи. Это явление называется синестезией – смешением ощущений – и является научно подтверждённым. Процент взрослых людей-синестетиков очень мал, но есть версия, что все дети до годовалого возраста имеют синестезированные чувства. Это явление описано у Набокова, который сам был синестетиком, в его автобиографической книге «Другие берега».Все это подтверждает тот факт, что цветовое зрение – сложнейший физиологический и психический процесс, механизмы которого до сих пор изучены не до конца.