في الطبيعة ، لا توجد أزهار على هذا النحو. يتم تعيين كل ظل نراه بطول موجي واحد أو آخر. تشكلت تحت تأثير الأطوال الموجية الأطول وهي أحد وجهي الطيف المرئي.

عن طبيعة اللون

يمكن تفسير ظهور لون معين بقوانين الفيزياء. جميع الألوان والظلال هي نتيجة معالجة الدماغ للمعلومات القادمة من العين على شكل موجات ضوئية ذات أطوال موجية مختلفة. في غياب الموجات ، يرى الناس ، ومع التعرض المتزامن للطيف بأكمله - أبيض.

يتم تحديد ألوان الأشياء من خلال قدرة أسطحها على امتصاص موجات ذات طول موجي معين وصد كل الآخرين. الإضاءة مهمة أيضًا: كلما كان الضوء أكثر إشراقًا ، كلما انعكست الأمواج أكثر ، وكان مظهر الجسم أكثر إشراقًا.

البشر قادرون على تمييز أكثر من مائة ألف لون. المفضلة من قبل العديد من ظلال القرمزي ، بورجوندي والكرز تتشكل من أطول موجات. ومع ذلك ، لكي ترى العين البشرية اللون الأحمر ، يجب ألا تتجاوز 700 نانومتر. بعد هذه العتبة ، يبدأ طيف الأشعة تحت الحمراء غير المرئي للإنسان. الحد المقابل الذي يفصل بين درجات اللون البنفسجي والطيف فوق البنفسجي عند مستوى حوالي 400 نانومتر.

طيف الألوان

اكتشف نيوتن طيف الألوان ، مثل بعضه الكلي ، الموزع بترتيب تصاعدي لطول الموجة ، خلال تجاربه الشهيرة مع المنشور. كان هو الذي حدد 7 ألوان يمكن تمييزها بوضوح ، ومن بينها - 3 ألوان رئيسية. يشير اللون الأحمر إلى كل من التمييز الأساسي والأساسي. كل الظلال التي يميزها الناس هي المنطقة المرئية من الطيف الكهرومغناطيسي الواسع. وبالتالي ، فإن اللون عبارة عن موجة كهرومغناطيسية بطول معين ، لا يقل عن 400 نانومتر ، ولكن لا يزيد عن 700 نانومتر.

لاحظ نيوتن أن حزم الضوء ذات الألوان المختلفة لها درجات مختلفة من الانكسار. وبصيغة أكثر دقة ، فإن الزجاج يكسرها بطرق مختلفة. السرعة القصوى لمرور الأشعة عبر المادة ، ونتيجة لذلك ، تم تسهيل أدنى انكسار بواسطة الطول الموجي الأكبر. الأحمر هو التمثيل المرئي للأشعة الأقل انكسارًا.

موجات تتشكل باللون الأحمر

تتميز الموجة الكهرومغناطيسية بمعلمات مثل الطول والتردد وتحت الطول الموجي (λ) ، من المعتاد فهم أصغر مسافة بين نقاطها التي تتأرجح في نفس المراحل. الوحدات الأساسية للطول الموجي:

• ميكرون (1/1000000 متر) ؛
• ملليمتر ، أو نانومتر (1/1000 ميكرون) ؛
• أنجستروم (1/10 ميكرون).

أقصى طول موجي ممكن للون الأحمر هو 780 ميكرون (7800 أنجستروم) عند المرور عبر فراغ. الطول الموجي الأدنى لهذا الطيف هو 625 ميكرون (6250 أنجستروم).

مؤشر آخر مهم هو تواتر التذبذبات. إنه مرتبط بالطول ، لذلك يمكن ضبط الموجة على أي من هذه القيم. تردد الموجات الحمراء في حدود 400 إلى 480 هرتز. تشكل طاقة الفوتون في هذه الحالة نطاقًا من 1.68 إلى 1.98 فولت.

درجة حرارة اللون الأحمر

الظلال التي يراها الشخص لا شعوريًا على أنها دافئة أو باردة ، من وجهة نظر علمية ، كقاعدة عامة ، لها نظام درجة الحرارة المعاكس. عادة ما تعتبر الألوان المصاحبة لضوء الشمس - الأحمر والبرتقالي والأصفر - دافئة ، وتعتبر الألوان المعاكسة باردة.

ومع ذلك ، فإن نظرية الإشعاع تثبت العكس: الظلال الحمراء أقل بكثير من الظلال الزرقاء. في الواقع ، من السهل تأكيد ذلك: النجوم الشابة الساخنة تتلاشى وتتلاشى - حمراء ؛ عند تسخينه ، يتحول المعدن أولاً إلى اللون الأحمر ، ثم الأصفر ، ثم الأبيض.

وفقًا لقانون Wien ، هناك علاقة عكسية بين درجة تسخين الموجة وطولها. وكلما زاد ارتفاع درجة حرارة الجسم ، زادت الطاقة التي تقع على الإشعاع من منطقة الموجة القصيرة ، والعكس صحيح. يبقى فقط أن نتذكر أين يوجد في الطيف المرئي أكبر طول موجي: يتخذ اللون الأحمر موقعًا يتناقض مع درجات اللون الأزرق ، وهو الأقل دفئًا.

ظلال حمراء

اعتمادًا على القيمة المحددة لطول الموجة ، يأخذ اللون الأحمر ظلالًا مختلفة: القرمزي ، والتوت ، والبورجوندي ، والطوب ، والكرز ، إلخ.

يتميز Hue بـ 4 معلمات. هذه مثل:

1. Hue هو الموضع الذي يحتله اللون على الطيف بين الألوان السبعة المرئية. يحدد طول الموجة الكهرومغناطيسية النغمة.
2. السطوع - يتم تحديده من خلال قوة إشعاع الطاقة لدرجة لون معينة. يؤدي الحد الأقصى من الانخفاض في السطوع إلى حقيقة أن الشخص سيرى اللون الأسود. مع زيادة تدريجية في السطوع ، ستظهر خلفها - بورجوندي ، بعد - قرمزي ، وبزيادة قصوى في الطاقة - أحمر فاتح.
3. الخفة - يميز قرب الظل من اللون الأبيض. اللون الأبيض هو نتيجة خلط موجات مختلفة الأطياف. مع التراكم المتتالي لهذا التأثير ، سيتحول اللون الأحمر إلى قرمزي ، ثم وردي ، ثم وردي فاتح وأخيراً أبيض.
4. يحدد التشبع مدى بعد اللون عن الرمادي. اللون الرمادي بطبيعته هو الألوان الأساسية الثلاثة الممزوجة بكميات مختلفة عندما ينخفض ​​سطوع انبعاث الضوء إلى 50٪.

مقدمة ………………………………………………………………………………………. 1. مفهوم درجة حرارة اللون ………………………………………… .................. 1.1. جدول القيم العددية لدرجة حرارة اللون لمصادر الضوء الشائعة …………………………………………………………………… .. 1.2. مخطط اللونية XYZ …………………………………………………….

1.3 مؤشر تجسيد ضوء الشمس واللون (CRI - مؤشر تجسيد اللون) ..

2. طرق قياس درجة حرارة اللون …………………………………… .. مصادر المعلومات ……………………………………………………………. ….

مقدمة.

وفقًا لأحاسيسنا النفسية ، الألوان دافئة وساخنة وباردة وباردة جدًا. في الواقع ، كل الألوان ساخنة ، ساخنة جدًا ، لأن لكل لون درجة حرارته الخاصة وهي عالية جدًا. أي جسم في العالم من حولنا له درجة حرارة أعلى من الصفر المطلق ، مما يعني أنه يصدر إشعاعًا حراريًا. حتى الجليد ، الذي له درجة حرارة سالبة ، هو مصدر للإشعاع الحراري. من الصعب تصديق ذلك ، لكن هذا صحيح. في الطبيعة ، درجة الحرارة -89 درجة مئوية ليست هي الأدنى ، حتى أنه يمكن تحقيق درجات حرارة أقل ، ومع ذلك ، حتى الآن ، في ظروف المختبر. أدنى درجة حرارة ممكنة من الناحية النظرية في كوننا حاليًا هي درجة حرارة الصفر المطلق وتساوي -273.15 درجة مئوية. عند درجة الحرارة هذه ، تتوقف حركة جزيئات المادة ويتوقف الجسم تمامًا عن إصدار أي إشعاع (حراري ، وفوق بنفسجي ، وحتى أكثر وضوحًا). الظلام التام ، لا حياة ولا دفء. ربما يعرف بعضكم أن درجة حرارة اللون تُقاس بالكلفن. أولئك الذين اشتروا المصابيح الموفرة للطاقة لمنزلهم رأوا النقش على العبوة: 2700 كلفن أو 3500 كلفن أو 4500 كلفن. هذه هي بالضبط درجة حرارة لون الضوء المنبعث من المصباح الكهربائي. ولكن لماذا يتم قياسها بالكلفن ، وماذا يعني كلفن؟ تم اقتراح وحدة القياس هذه في عام 1848. William Thomson (المعروف أيضًا باسم Lord Kelvin) والمعتمد رسميًا في النظام الدولي للوحدات. في الفيزياء والعلوم المرتبطة مباشرة بالفيزياء ، تقاس درجة الحرارة الديناميكية الحرارية بواسطة كلفن فقط. تبدأ بداية تقرير مقياس درجة الحرارة من النقطة 0 كلفن ، مما يعني - 273.15 درجة مئوية. أي ، 0K هي درجة حرارة الصفر المطلق. يمكنك بسهولة تحويل درجة الحرارة من مئوية إلى كلفن. للقيام بذلك ، قم ببساطة بإضافة الرقم 273. على سبيل المثال ، 0 درجة مئوية تساوي 273 كلفن ، ثم 1 درجة مئوية تساوي 274 كلفن ، على سبيل المثال ، درجة حرارة جسم الإنسان 36.6 درجة مئوية هي 36.6 + 273.15 = 309.75 كلفن. هذه هي الطريقة التي يعمل بها كل شيء.

الفصل الأول. مفهوم درجة حرارة اللون.

دعنا نحاول معرفة درجة حرارة اللون.

مصادر الضوء هي أجسام يتم تسخينها إلى درجات حرارة عالية ، وتسبب الاهتزازات الحرارية لذراتها إشعاعًا على شكل موجات كهرومغناطيسية ذات أطوال مختلفة. للإشعاع ، حسب الطول الموجي ، لونه الخاص. في درجات الحرارة المنخفضة ، وبالتالي ، في الأطوال الموجية الأطول ، يسود الإشعاع ذو اللون الدافئ الضارب إلى الحمرة لتدفق الضوء ، وفي درجات الحرارة المرتفعة ، مع انخفاض في الطول الموجي ، مع اللون البارد والأزرق والأزرق. وحدة الطول الموجي نانومتر (نانومتر) ، 1 نانومتر = 1 / 1،000،000 مم. في القرن السابع عشر ، قام إسحاق نيوتن ، باستخدام المنشور ، بتحليل ما يسمى بضوء النهار الأبيض وحصل على طيف يتكون من سبعة ألوان: الأحمر والبرتقالي والأصفر والأخضر والأزرق والنيلي والبنفسجي ، ونتيجة لتجارب مختلفة لقد أثبت أنه يمكن الحصول على أي لون طيفي عن طريق خلط تدفقات الضوء ، التي تتكون من نسب مختلفة من ثلاثة ألوان - الأحمر والأخضر والأزرق ، والتي كانت تسمى الألوان الرئيسية. هكذا ظهرت نظرية المكونات الثلاثة.

تدرك العين البشرية لون الضوء من خلال المستقبلات ، ما يسمى بالمخاريط ، والتي لها ثلاثة أنواع ، كل منها يدرك أحد الألوان الأساسية الثلاثة - الأحمر أو الأخضر أو ​​الأزرق ، وله حساسيته الخاصة لكل منها. ترى العين البشرية موجات كهرومغناطيسية في حدود 780 إلى 380 نانومتر. هذا هو الجزء المرئي من الطيف. وبالتالي ، يجب أن يكون لمستقبلات الضوء لناقلات المعلومات - السينما والفيلم الفوتوغرافي أو مصفوفة الكاميرا حساسية لونية متطابقة للعين. تدرك الأفلام والمصفوفات الحساسة لكاميرات الفيديو الموجات الكهرومغناطيسية في نطاق أوسع قليلاً ، حيث تلتقط الأشعة تحت الحمراء (IR) بالقرب من المنطقة الحمراء في نطاق 780-900 نانومتر وقريبة من الأشعة فوق البنفسجية (UV) في نطاق 380 - 300 نانومتر. تسمى هذه المنطقة من الطيف ، التي تعمل فيها البصريات الهندسية والمواد الحساسة للضوء ، النطاق البصري.

تتمتع العين البشرية ، بالإضافة إلى التكيف مع الضوء والظلام ، بما يسمى تكيف اللون ، والذي بفضل المصادر المختلفة ، مع نسب مختلفة من الأطوال الموجية للألوان الأساسية ، فإنها تدرك الألوان بشكل صحيح. لا يمتلك الفيلم والمصفوفة مثل هذه الخصائص ، فهي متوازنة لدرجة حرارة لون معينة.

الجسم المسخن ، اعتمادًا على درجة حرارة التسخين في إشعاعه ، له نسبة مختلفة من الأطوال الموجية المختلفة ، وبالتالي لون مختلف لتدفق الضوء. المعيار الذي يتم من خلاله تحديد لون الإشعاع هو الجسم الأسود المطلق (الجسم الأسود) ، ما يسمى. باعث بلانك. الجسم الأسود المطلق هو جسم افتراضي يمتص 100٪ من إشعاع الضوء الساقط عليه ، ويتم وصفه بقوانين الإشعاع الحراري. ودرجة حرارة اللون هي درجة حرارة الجسم الأسود بالدرجات الكلفينية ، حيث يتطابق لون إشعاع الجسم مع لون مصدر الإشعاع المحدد. الفرق بين مقياس درجة الحرارة بالدرجات المئوية ، حيث يتم أخذ نقطة تجمد الماء على أنها صفر ، والمقياس بالدرجات كلفن هو -273.16 ، لأن النقطة المرجعية في مقياس كلفن هي درجة الحرارة التي عندها أي حركة للذرات في يتوقف الجسم ، وبالتالي ، يتوقف أي إشعاع ، ما يسمى بالصفر المطلق ، المقابل لدرجة حرارة مئوية تبلغ -273.16 درجة. أي أن 0 درجة كلفن تقابل درجة حرارة -273.16 درجة. درجة مئوية.

المصدر الطبيعي الرئيسي للضوء بالنسبة لنا هو الشمس ومصادر الضوء المختلفة - حريق على شكل نار ومباريات ومشاعل وأجهزة إضاءة تتراوح بين الأجهزة المنزلية والأجهزة التقنية وتنتهي بأجهزة الإضاءة الاحترافية المصممة خصيصًا للسينما والتلفزيون . في كل من الأجهزة المنزلية والمهنية ، يتم استخدام مصابيح مختلفة (لن نتطرق إلى مبدأ التشغيل والاختلافات في التصميم) مع نسب طاقة مختلفة في أطياف انبعاث الألوان الأساسية ، والتي يمكن التعبير عنها بقيمة درجة حرارة اللون. جميع مصادر الضوء مقسمة إلى مجموعتين رئيسيتين. الأول ، بدرجة حرارة اللون (Tcv.) 5600 كلفن ، ضوء النهار الأبيض (DS) ، حيث يهيمن على إشعاع الموجة القصيرة والجزء البارد من الطيف البصري ، والثاني - المصابيح المتوهجة (LN) مع Tcv. - 32000 كلفن وغلبة الموجة الطويلة والجزء الدافئ في الطيف الضوئي للإشعاع.

من أين يبدأ كل هذا؟ كل شيء يبدأ من الصفر ، بما في ذلك انبعاث الضوء. الأسود هو غياب الضوء على الإطلاق. من حيث اللون ، الأسود هو 0 شدة ضوء ، 0 تشبع ، 0 درجة لون (إنه غير موجود فقط) ، إنه الغياب التام لجميع الألوان على الإطلاق. لماذا نرى الجسم على هيئة أسود ، ولكن لأنه يمتص بشكل شبه كامل كل الضوء الساقط عليه. هناك شيء مثل الجسم الأسود بالكامل. الجسم الأسود هو جسم مثالي يمتص كل الإشعاع الساقط عليه ولا يعكس شيئًا. بالطبع ، هذا في الواقع بعيد المنال ولا توجد أجسام سوداء تمامًا في الطبيعة. حتى تلك الأشياء التي تبدو سوداء بالنسبة لنا ليست سوداء تمامًا في الواقع. لكن من الممكن عمل نموذج لجسم أسود بالكامل تقريبًا. النموذج عبارة عن مكعب بهيكل مجوف بداخله ، تم عمل ثقب صغير في المكعب تخترق من خلاله أشعة الضوء داخل المكعب. التصميم مشابه إلى حد ما لبيت الطيور. انظر إلى الصورة (1).

الصورة 1). - نموذج لجسم أسود بالكامل.

سيتم امتصاص الضوء الذي يدخل من خلال الفتحة تمامًا بعد الانعكاسات المتكررة ، وسيبدو الثقب أسود تمامًا من الخارج. حتى لو رسمنا المكعب باللون الأسود ، فسيكون الثقب أكثر سوادًا من المكعب الأسود. سيكون هذا الثقب جسمًا أسود تمامًا. بالمعنى الحرفي للكلمة ، الثقب ليس جسدًا ، ولكنه يوضح لنا بوضوح فقط جسمًا أسود تمامًا.

تحتوي جميع الأجسام على إشعاع حراري (طالما أن درجة حرارتها أعلى من الصفر المطلق ، أي -273.15 درجة مئوية) ، ولكن لا يوجد جسم هو مشعاع حراري مثالي. بعض الأجسام تشع الحرارة بشكل أفضل ، والبعض الآخر أسوأ ، وكل هذا حسب الظروف البيئية المختلفة. لذلك ، يتم استخدام نموذج لجسم أسود بالكامل. الجسم الأسود هو الباعث المثالي للحرارة. يمكننا حتى رؤية لون الجسم الأسود إذا تم تسخينه ، وسيعتمد اللون الذي نراه على مدى سخونة الجسم الأسود. لقد اقتربنا من مفهوم مثل درجة حرارة اللون.

انظر إلى الصورة (2).

الشكل 2). - لون الجسم أسود بالكامل حسب درجة حرارة التسخين.

أ) يوجد جسم أسود بالكامل ، ولا نراه على الإطلاق. درجة الحرارة 0 كلفن (-273.15 درجة مئوية) - الصفر المطلق ، الغياب التام لأي إشعاع.

ب) نشغل "اللهب الفائق القوة" ونبدأ في تسخين جسمنا الأسود المطلق. ارتفعت درجة حرارة الجسم عن طريق التسخين إلى 273 كلفن.

ج) لقد مر المزيد من الوقت ونرى بالفعل وهجًا أحمر خافتًا لجسم أسود تمامًا. ارتفعت درجة الحرارة إلى 800 كلفن (527 درجة مئوية).

د) ارتفعت درجة الحرارة إلى 1300 كلفن (1027 درجة مئوية) ، وأصبح الجسم أحمر فاتح. يمكنك رؤية نفس لون التوهج عند تسخين بعض المعادن.

ه) يتم تسخين الجسم حتى 2000 كلفن (1727 درجة مئوية) ، وهو ما يتوافق مع اللون البرتقالي للتوهج. الفحم الساخن في النار له نفس اللون ، بعض المعادن عند تسخينها ، لهب شمعة.

و) درجة الحرارة بالفعل 2500 كلفن (2227 درجة مئوية). يتحول التوهج عند درجة الحرارة هذه إلى اللون الأصفر. من الخطير للغاية أن تلمس مثل هذا الجسم بيديك!

ز) اللون الأبيض - 5500 كلفن (5227 درجة مئوية) ، نفس لون توهج الشمس عند الظهيرة.

ح) لون التوهج الأزرق - 9000 كلفن (8727 درجة مئوية). في الواقع ، سيكون من المستحيل الحصول على درجة الحرارة هذه عن طريق التسخين باللهب. لكن عتبة درجة الحرارة هذه يمكن تحقيقها تمامًا في المفاعلات النووية الحرارية ، والانفجارات الذرية ، ويمكن أن تصل درجة حرارة النجوم في الكون إلى عشرات ومئات الآلاف من Kelvins. يمكننا فقط رؤية نفس اللون الأزرق للضوء من مصابيح LED أو الأجرام السماوية أو مصادر الضوء الأخرى ، على سبيل المثال. لون السماء في الطقس الصافي هو نفس اللون تقريبًا. بإيجاز كل ما سبق ، يمكننا تقديم تعريف واضح لدرجة حرارة اللون. درجة حرارة اللون هي درجة حرارة الجسم الأسود تمامًا التي يصدر عندها إشعاع من نفس درجة اللون مثل الإشعاع المعني. ببساطة ، درجة حرارة 5000 كلفن هي اللون الذي يكتسبه الجسم الأسود تمامًا عند تسخينه إلى 5000 كلفن. درجة حرارة اللون البرتقالي هي 2000 كلفن ، مما يعني أنه يجب تسخين الجسم الأسود بالكامل إلى درجة حرارة 2000 كلفن حتى يكتسب توهجًا برتقاليًا.

لكن لون توهج الجسم الساخن لا يتوافق دائمًا مع درجة حرارته. إذا كانت شعلة موقد الغاز في المطبخ زرقاء مائلة للأزرق ، فهذا لا يعني أن درجة حرارة اللهب تزيد عن 9000 كلفن (8727 درجة مئوية). يتميز الحديد المنصهر في حالته السائلة بتدرج أصفر برتقالي ، والذي يتوافق بالفعل مع درجة حرارته ، والتي تبلغ حوالي 2000 كلفن (1727 درجة مئوية).

يمثل الطيف الكهرومغناطيسي نطاق جميع الترددات أو الأطوال الموجية للإشعاع الكهرومغناطيسي من ترددات طاقة منخفضة جدًا مثل موجات الراديو إلى ترددات عالية جدًا مثل أشعة جاما. الضوء هو جزء من الإشعاع الكهرومغناطيسي المرئي للعين البشرية ويسمى الضوء المرئي.

أشعة الشمس أوسع بكثير من الطيف المرئي للضوء ويتم وصفها بأنها طيف كامل ، بما في ذلك نطاق الأطوال الموجية اللازمة لدعم الحياة على الأرض و: الأشعة تحت الحمراء والمرئية والأشعة فوق البنفسجية.

تستجيب العين البشرية فقط للضوء المرئي ، الذي يقع بين الأشعة تحت الحمراء والأشعة فوق البنفسجية ذات الأطوال الموجية الصغيرة. يتراوح الطول الموجي للضوء المرئي من 400 إلى 700 نانومتر فقط (نانومتر - جزء من المليار من المتر).

يشتمل الطيف المرئي للضوء على سبعة نطاقات لونية عندما تنكسر أشعة الشمس عبر منشور: الأحمر والبرتقالي والأصفر والأخضر والسماوي والنيلي والبنفسجي.

أول شخص اكتشف أن اللون الأبيض يتكون من ألوان قوس قزح كان إسحاق نيوتن الذي أرسل في عام 1666 شعاعًا من ضوء الشمس عبر شق ضيق ثم عبر منشور على الحائط - ليحصل على كل الألوان المرئية.

تطبيق الضوء المرئي

على مر السنين ، طورت صناعة الإضاءة بسرعة مصادر كهربائية وصناعية تحاكي خصائص الإشعاع الشمسي.

في الستينيات ، صاغ العلماء مصطلح "إضاءة الطيف الكامل" لوصف المصادر التي تنبعث منها ما يشبه الضوء الطبيعي الكامل ، والتي تضمنت الطيف فوق البنفسجي والمرئي الضروري لصحة الإنسان والحيوان والنبات.

تشير الإضاءة الاصطناعية للمنزل أو المكتب إلى الإضاءة الطبيعية في توزيع طيفي مستمر للطاقة والذي يمثل قوة المصدر كدالة لطول الموجة مع مستوى موحد من الطاقة المشعة المرتبطة بمصابيح الهالوجين.

الضوء المرئي هو جزء من الإشعاع الكهرومغناطيسي (EM) ، مثل موجات الراديو ، والأشعة تحت الحمراء ، والأشعة فوق البنفسجية ، والأشعة السينية ، والموجات الدقيقة. بشكل عام ، يتم تعريف الضوء المرئي على أنه يمكن اكتشافه بصريًا لمعظم عيون الإنسان.

ينقل الإشعاع الكهرومغناطيسي الموجات أو الجسيمات بأطوال موجية وترددات مختلفة. عريض جدا نطاق الأطوال الموجية يسمى الطيف الكهرومغناطيسي.

ينقسم الطيف عمومًا إلى سبعة نطاقات بترتيب تناقص الطول الموجي وزيادة الطاقة والتردد. يمثل التعيين العام موجات الراديو ، والميكروويف ، والأشعة تحت الحمراء (IR) ، والضوء المرئي ، والأشعة فوق البنفسجية (UV) ، والأشعة السينية ، وأشعة جاما.

يكمن الطول الموجي للضوء المرئي في الطيف الكهرومغناطيسي بين الأشعة تحت الحمراء (IR) والأشعة فوق البنفسجية (UV).

لها تردد 4 × 10 14 إلى 8 × 10 14 دورة في الثانية ، أو هيرتز (هرتز) ، وطول اهتزاز من 740 نانومتر (نانومتر) أو 7.4 × 10-5 سم إلى 380 نانومتر أو 3.8 × 10-5 سم

ما هو اللون

ولعل أهم ما يميز الضوء المرئي هو شرح ما هو اللون. اللون هو خاصية متأصلة وقطعة أثرية للعين البشرية. من الغريب أن الكائنات "ليس لها" لون - فهي موجودة فقط في رأس الناظر. تحتوي أعيننا على خلايا متخصصة تشكل الشبكية ، والتي تعمل كمستقبلات مضبوطة على أطوال موجية في هذا النطاق الترددي الضيق.

يُنظر إلى الإشعاع في الجزء السفلي من الطيف المرئي ، والذي له طول موجي أطول (حوالي 740 نانومتر) ، على أنه أحمر ، وفي المنتصف ، أخضر ، وفي الطرف العلوي من الطيف ، بطول موجي يبلغ حوالي 380 نانومتر ، يعتبر أزرق. كل الألوان الأخرى التي ندركها هي مزيج من هذه الألوان.

فمثلا، يحتوي الأصفر على أحمر وأخضر ؛ السماوي مزيج من الأخضر والأزرق ، والأرجواني عبارة عن مزيج من الأحمر والأزرق. الأبيض يحتوي على كل الألوان مجتمعة. الأسود هو الغياب التام للإشعاع المرئي.

اللون ودرجة الحرارة

يُنظر إلى إشعاع الطاقة على أنه تغيير في اللون. على سبيل المثال ، يتغير لهب موقد اللحام من الأحمر إلى الأزرق ويمكن تعديله ليحترق أكثر سخونة. تسمى هذه العملية لتحويل الطاقة الحرارية إلى طاقة مرئية بالتوهج.

يطلق المصباح المتوهج بعض طاقته الحرارية على شكل فوتونات. حوالي 800 درجة مئوية ، تصل الطاقة المنبعثة من جسم ما إلى الأشعة تحت الحمراء. مع ارتفاع درجة الحرارة ، تنتقل الطاقة إلى الطيف المرئي ويتوهج الجسم باللون الأحمر. عندما يصبح الجسم أكثر سخونة ، يتغير اللون إلى "حرارة بيضاء" ويتحول في النهاية إلى اللون الأزرق.

الإشعاع المرئي في علم الفلك

يمكن استخدام الضوء المرئي للأجسام الساخنة مثل النجوم لتقدير درجة حرارتها.

على سبيل المثال ، تبلغ درجة حرارة سطح الشمس حوالي 5800 كلفن أو 5527 درجة مئوية.

يبلغ طول موجة الطاقة المنبعثة حوالي 550 نانومتر ، والتي نعتبرها بيضاء مرئية (أو صفراء قليلاً).

إذا كانت درجة حرارة سطح الشمس أكثر برودة ، حوالي 3000 درجة مئوية ، فسيظهر بلون ضارب إلى الحمرة ، مثل نجم منكب الجوزاء. إذا كانت أكثر سخونة ، حوالي 12000 درجة مئوية ، فستبدو زرقاء ، مثل النجم Rigel.

نجمة منكب الجوزاء

ستار ريجل

يمكن لعلماء الفلك أيضًا تحديد الأشياء التي تتكون منها ، لأن كل عنصر يمتص الضوء بأطوال موجية محددة ، تسمى طيف الامتصاص. بمعرفة أطياف امتصاص العناصر ، يمكن لعلماء الفلك استخدام المطياف لتحديد التركيب الكيميائي للنجوم ، وسحب الغاز والغبار ، والأجسام البعيدة الأخرى.

الضوء واللون. طبيعة اللون وأساسه المادي

يواجه الإنسان كل يوم العديد من العوامل البيئية التي تؤثر عليه. أحد هذه العوامل التي لها تأثير قوي هو اللون. من المعروف أن اللون لا يمكن أن يراه الإنسان إلا في الضوء ، وفي الظلام لا نرى أي ألوان. تدرك العين البشرية موجات الضوء. نرى الأشياء لأنها تعكس الضوء ولأن أعيننا قادرة على إدراك هذه الأشعة المنعكسة. أشعة الشمس أو الضوء الكهربائي - يتم تحويل موجات الضوء في الجهاز البصري البشري إلى إحساس. يتم هذا التحول في ثلاث خطوات: بدني, فسيولوجي, نفسي.

بدني- انبعاث الضوء فسيولوجي- تأثير اللون على العين وتحولها إلى نبضات عصبية تذهب إلى الدماغ البشري ؛ نفسي- إدراك اللون.

تتكون المرحلة الفيزيائية لتكوين الإدراك البصري من تحويل طاقة الإشعاع المرئي بواسطة الوسائط المختلفة إلى طاقة تدفق إشعاعي متغير ويتم دراستها بواسطة الفيزياء.

الإشعاع المرئي يسمى الضوء. الضوء هو الجزء المرئي من الطيف الكهرومغناطيسي ، وهو حالة خاصة من الإشعاع الكهرومغناطيسي. . يمزح الفيزيائيون قائلين إن الضوء هو أحلك مكان في الفيزياء. للضوء طبيعة مزدوجة: عند الانتشار ، يتصرف مثل الموجة ، وعندما يمتص وينبعث ، يتصرف مثل تيار من الجسيمات. إذن ، الضوء ينتمي إلى الفضاء ، واللون ينتمي إلى الشيء. اللون هو إحساس يحدث في عضو الرؤية عند تعرضه للضوء. .

في علم الألوان ، من المعتاد اعتبار الضوء كحركة موجة كهرومغناطيسية. في المنطقة المرئية ، يتوافق كل طول موجي مع إحساس اللون.

في طيف ضوء الشمس الأبيض ، يتم تمييز سبعة ألوان أساسية: الأحمر والبرتقالي والأصفر والأخضر والأزرق والنيلي والبنفسجي. تستطيع عين المراقب العادي تمييز حوالي 120 لونًا في طيف الضوء الأبيض. لتسهيل تعيين الألوان ، من المعتاد تقسيم طيف الإشعاع الضوئي إلى ثلاث مناطق:

الموجة الطويلة - من الأحمر إلى البرتقالي ؛

موجة متوسطة - من البرتقالي إلى الأزرق ؛

الموجة القصيرة - من الأزرق إلى الأرجواني.

هذا التقسيم مبرر بالاختلافات النوعية بين الألوان المدرجة في مناطق مختلفة من الطيف. يتميز كل لون من ألوان الطيف بطول موجته (الجدول 1) ، أي يمكن تحديده بدقة من خلال الطول الموجي أو تردد التذبذب. أقصر موجات أرجوانية ، وأطولها حمراء. موجات الضوء نفسها ليس لها لون. ينشأ اللون فقط عندما يدرك الجهاز البصري البشري هذه الموجات.

يمكن للعين إدراك الأطوال الموجية من 400 إلى 700 نانومتر (النانومتر هو واحد من المليار من المتر ، وهي وحدة قياس لطول موجات الضوء).

الجدول 1. تطابق نطاقات الطول الموجي مع الأحاسيس اللونية

على جانبي الجزء المرئي من الطيف توجد مناطق الأشعة فوق البنفسجية والأشعة تحت الحمراء التي لا تراها العين البشرية ، ولكن يمكن التقاطها بواسطة معدات خاصة (الجدول 2). بمساعدة الأشعة تحت الحمراء ، تعمل كاميرات الرؤية الليلية ، والأشعة فوق البنفسجية ، على الرغم من أنها غير مرئية للعين البشرية ، يمكن أن تسبب ضررًا كبيرًا للرؤية. تبلغ سرعة انتشار جميع أنواع موجات التذبذبات الكهرومغناطيسية ما يقرب من 300000 كم / ثانية.

الجدول 2. أنواع مختلفة من الإشعاع الكهرومغناطيسي

تدخل موجات الضوء إلى شبكية العين ، حيث يتم إدراكها من خلال مستقبلات حساسة للضوء تنقل الإشارات إلى الدماغ ، وهناك بالفعل إحساس بالألوان يتشكل. يعتمد هذا الإحساس على الطول الموجي وشدة الإشعاع. وجميع الأشياء التي تحيط بنا يمكنها إما أن تشع ضوءًا (لونًا) ، أو تعكس أو تنقل الضوء الساقط عليها جزئيًا أو كليًا.

على سبيل المثال ، إذا كان العشب أخضر ، فهذا يعني أنه من نطاق الطول الموجي بأكمله يعكس بشكل أساسي موجات الجزء الأخضر من الطيف ، ويمتص الباقي. عندما نقول "هذا الكوب أحمر" ، ما نعنيه حقًا هو أنه يمتص كل أشعة الضوء ما عدا الأحمر. الكأس نفسه ليس له لون ، ويتم إنشاء اللون بإضاءةه. وهكذا ، فإن الكوب الأحمر يعكس بشكل أساسي موجات الجزء الأحمر من الطيف. إذا قلنا أن كائنًا ما له أي لون ، فهذا يعني في الواقع أن هذا الكائن (أو سطحه) له خاصية انعكاس موجات بطول معين ، ويُنظر إلى الضوء المنعكس على أنه لون الكائن. إذا كان الكائن يحجب الضوء الساقط تمامًا ، فسيظهر لنا باللون الأسود ، وإذا كان يعكس جميع الأشعة الساقطة ، فسيظهر باللون الأبيض. صحيح أن العبارة الأخيرة لن تكون صحيحة إلا إذا كان الضوء أبيض غير ملون. إذا اكتسب الضوء أي ظل ، فسيكون للسطح العاكس نفس الظل. يمكن ملاحظة ذلك عند غروب الشمس ، الذي يلون كل شيء حوله بألوان قرمزية ، أو في أمسية شتوية عند الشفق ، عندما يبدو الثلج باللون الأزرق. وصف إيتن تجربة استخدام اللون الملون بطريقة غريبة في كتابه "فن الألوان".

كيف يتعرف الجهاز البصري على هذه الموجات لم يعرف بعد بشكل كامل. نحن نعلم فقط أن الألوان المختلفة تنتج عن الاختلافات الكمية في الحساسية للضوء.

في هذا السياق ، سيكون من المنطقي أن نتذكر تعريفًا آخر للون. اللون هو عدد مختلف من اهتزازات موجات الضوء لمصدر ضوء معين ، تدركها أعيننا في شكل أحاسيس معينة ، والتي نطلق عليها اللون. .

يتم إنشاء الإحساس باللون تحت سيطرة أطوال موجية معينة في اللون. ولكن إذا كانت شدة جميع الموجات متساوية ، فإن اللون يُنظر إليه على أنه أبيض أو رمادي. الجسم الذي لا يصدر موجات يُنظر إليه على أنه أسود. في هذا الصدد ، تنقسم جميع الأحاسيس المرئية للون إلى مجموعتين: لوني ولوني.

الألوان اللونية هي الأبيض والأسود وجميع الألوان الرمادية.. يشمل طيفها أشعة من جميع الأطوال الموجية بالتساوي. إذا كانت هناك غلبة لأي طول موجي واحد ، فإن هذا اللون يصبح لونيًا. تشمل الألوان اللونية جميع الألوان الطيفية والألوان الطبيعية الأخرى. .

2.2. خصائص اللون الأساسية

للتعريف (المواصفات) الذي لا لبس فيه للون ، غالبًا ما يستخدم نظام الخصائص النفسية الفيزيائية. وتشمل هذه الخصائص التالية:

درجة اللون،

خفة؛

التشبع.

درجة اللون - جودة اللون لمنحه اسمًا (مثل الأحمر والأزرق وما إلى ذلك) . من المثير للاهتمام أن العين غير المدربة في ضوء النهار الساطع تميز ما يصل إلى 180 درجة لونية ، والعين البشرية المتطورة قادرة على التمييز حول 360 درجة من الألوان. الألوان اللونية ليس لها صبغة.

الخفة هي الدرجة التي يختلف عندها لون معين عن الأسود.. في الألوان الطيفية ، الأصفر هو الأخف وزنا والبنفسجي هو الأغمق. ضمن نفس درجة اللون ، تعتمد درجة الإضاءة على استخدام الأبيض. الخفة - الدرجة المتأصلة في كل من الألوان اللونية واللونية . ظلال من نفس اللون من خفة مختلفة تسمى أحادية اللون. .

التشبع هو الدرجة التي يختلف بها اللون اللوني عن اللون اللوني الذي يتساوى في الإضاءة.لذلك ، إذا تم أخذ اللون الطيفي النقي ، على سبيل المثال ، الأحمر ، بنسبة 100٪ ، فعند خلط 70٪ أحمر و 30٪ أبيض ، فإن تشبع الخليط الناتج سيكون 70٪. تعتمد درجة إدراك اللون على التشبع.

أكثر ألوان الطيف تشبعًا ، وأكثرها تشبعًا بنفسجي ، وأقلها تشبعًا أصفر.

يمكن تسمية الألوان اللونية بالألوان ذات التشبع الصفري.

يمكن للعين البشرية المدربة أن تميز حوالي 25 لونًا من الألوان عن طريق التشبع ، ومن 65 لونًا بالخفة في الإضاءة العالية وحتى 20 درجة في الإضاءة المنخفضة.

الصفات الجوهرية والجوهرية للون.يطلق على اللون والنغمة والخفة والتشبع الصفات المناسبة للون. الصفات الخاصة هي تلك الصفات المتأصلة فيه بشكل موضوعي.

الصفات غير اللائقة ليست متأصلة بشكل موضوعي في الألوان ، ولكنها تنشأ نتيجة لرد فعل عاطفي عندما يتم إدراكها. نقول أن الألوان دافئة وباردة ، خفيفة وثقيلة ، صماء ورنانة ، بارزة ومنحرفة ، ناعمة وصلبة. هذه الخصائص مهمة للفنان ، لأنه من خلالها يتم تعزيز التعبيرية والمزاج العاطفي للعمل.

يعتمد التغيير في حجم الصورة على تشبع اللون (الشكل 1) الألوان المشبعة الفعالة تجعل الصورة أكثر ضخامة من الألوان ضعيفة التشبع أو الداكنة. لا يؤدي التعتيم والتعتيم إلى تقليل نشاط اللون فحسب ، بل يؤدي أيضًا إلى إضعاف تباين الألوان بين البقع. يمكن للصورة أحادية اللون ، بالإضافة إلى الصورة المشبعة ، أن تنقل بشكل نشط حجمًا قريبًا من النسخة اللونية.

أرز. 1. تغيير حجم الصورة حسب تشبع اللون:

أ - ألوان مشبعة على النحو الأمثل ؛ ب - ألوان مشبعة قليلاً (مميزة) ؛ ج - البديل اللوني. د - ألوان ضعيفة التشبع (داكنة) ؛ ه - صورة أحادية اللون للكائن ، والتخفيف ، والحجم ، والمزاج العاطفي للتكوين. عند استخدام ألوان منخفضة التشبع (مظللة أو مظلمة) ، سيبدو الصوت أقل مما هو عليه عند استخدام الألوان المشبعة.

ما هو اللون.بادئ ذي بدء ، تحتاج إلى تحديد اللون. على مر السنين التي كان فيها علم الألوان موجودًا ، تم إجراء تقييمات عديدة لظاهرة اللون ورؤية الألوان ، ولكن يمكن اختزالها جميعًا في تعريف واحد بسيط: اللون هو مجموعة من ردود الفعل النفسية والفسيولوجية لشخص ما. إشعاع الضوء المنبعث من أجسام متنوعة ذاتية الإضاءة (مصادر الضوء) أو تنعكس من سطح أجسام غير مضيئة ، وكذلك (في حالة الوسائط الشفافة) التي تمر من خلالها. وبالتالي ، فإن الشخص لديه القدرة على رؤية الأشياء من حوله وإدراكها على أنها ملونة بسبب الضوء - مفاهيم العالم المادي ، لكن اللون نفسه لم يعد مفهومًا للفيزياء ، لأنه إحساس ذاتي يولد في أذهاننا تحت تأثير الضوء.

قدم جود و Wyshecki تعريفًا دقيقًا وواسعًا للون: ". . . اللون نفسه لا يمكن اختزاله إلى ظواهر جسدية بحتة أو نفسية بحتة. إنه يمثل توصيف الطاقة الضوئية (الفيزياء) من خلال الإدراك البصري (علم النفس) ".

من وجهة نظر الفيزياء ، يعد الضوء أحد أنواع الإشعاع الكهرومغناطيسي المنبعث من الأجسام المضيئة ، وكذلك الناتج عن عدد من التفاعلات الكيميائية. هذا الإشعاع الكهرومغناطيسي له طبيعة موجية ، أي ينتشر في الفضاء على شكل تذبذبات دورية (موجات) تؤديها بسعة وتردد معينين. إذا قمت بتمثيل مثل هذه الموجة في شكل رسم بياني ، فستحصل على موجة جيبية. المسافة بين رأسين متجاورين لهذا الجيب تسمى الطول الموجي وتقاس بالنانومتر (نانومتر) وتمثل المسافة التي ينتقل خلالها الضوء في فترة تذبذب واحدة.

إن العين البشرية قادرة على إدراك (رؤية) الإشعاع الكهرومغناطيسي فقط في نطاق ضيق من الطول الموجي ، محدود بمنطقة من 380 إلى 760 نانومتر ، والتي تسمى منطقة الأطوال الموجية المرئية التي تشكل الضوء بالفعل. لا نرى إشعاعًا يصل إلى 380 وما فوق 760 نانومتر ، ولكن يمكن أن ندركها من خلال آليات اللمس الأخرى (مثل الأشعة تحت الحمراء) أو يتم تسجيلها بواسطة أجهزة خاصة (الشكل 1.1).

أرز. 1.1 طيف الإشعاع الكهرومغناطيسي وطيف الضوء المرئي

اعتمادًا على الطول الموجي ، يتم إدراك إشعاع الضوء من قبل العين البشرية الملونة بلون أو آخر (بشكل صحيح ، يتسبب في أن يختبر الشخص لونًا معينًا) من اللون الأرجواني إلى الأحمر (الجدول 1.1). تحدد هذه القدرة إمكانية رؤية الألوان البشرية.

الطيف كسمة مميزة للون.في الطبيعة ، نادراً ما يكون الإشعاع الصادر من مصادر أو أشياء مختلفة أحادي اللون ، أي يمثله إشعاع بطول موجي واحد فقط ، وله تركيبة طيفية معقدة نوعًا ما ، أي يحتوي على إشعاع بأطوال موجية مختلفة. إذا قمنا بتمثيل هذه الصورة في شكل رسم بياني ، حيث سيتم رسم الطول الموجي على طول المحور الإحداثي ، والشدة على طول محور الإحداثي ، فسنحصل على علاقة تسمى الطيف اللوني للإشعاعأو مجرد طيف من الألوان. بالنسبة للأسطح المطلية ، يتم تعريف طيف الألوان على أنه اعتماد معامل الانعكاس ρ على الطول الموجي ، والمواد الشفافة - النفاذية τ على طول الموجة ، ومصادر الضوء - كثافة الإشعاع على طول الموجة. يتم عرض أمثلة على أطياف الألوان لمختلف مصادر الضوء والمواد في الشكل. 1.2 والتين. 1.3

أرز. 1.2 منحنيات طيف الانعكاس بألوان مختلفة: الزمرد الأخضر ، الزنجفر الأحمر ، الزنجفر

أرز. 1.3 أمثلة على التوزيعات الطيفية لشدة الإشعاع لمختلف مصادر الضوء: ضوء من سماء زرقاء صافية ، متوسط ​​ضوء الشمس في النهار ، ضوء من مصباح متوهج

يمكن استخدام شكل المنحنى الطيفي للحكم على لون الإشعاع المنعكس من سطح جسم ما أو المنبعث من مصدر ضوء ذاتي الإنارة. كلما زاد ميل هذا المنحنى إلى خط مستقيم ، كلما ظهر لون الإشعاع باللون الرمادي. كلما كان اتساع الطيف أصغر أو أكبر ، سيكون لون إشعاع الجسم أقل أو أكثر سطوعًا. إذا كان طيف الانبعاث صفراً على النطاق بأكمله باستثناء جزء ضيق معين منه ، فسنلاحظ ما يسمى لون طيفي نقي، المقابلة للإشعاع أحادي اللون المنبعث في نطاق أطوال موجية ضيقة جدًا.

نتيجة للعمليات المعقدة للتفاعل بين تدفق الضوء مع الغلاف الجوي والأجسام المحيطة وتدفق الضوء الأخرى ، يتخذ طيف الطاقة لإشعاع الأجسام الحقيقية ، كقاعدة عامة ، شكلاً أكثر تعقيدًا. في الطبيعة ، يكاد يكون من المستحيل العثور على ألوان نقية. على سبيل المثال ، حتى لو أخذنا إشعاع الشمس في الظهيرة كمعيار للون الأبيض ، فحينئذٍ يتبين أنه ليس أبيضًا ، ولكن له لون أو آخر يحدث نتيجة لتغيير في التركيب الطيفي للون الأبيض. الإشعاع الشمسي في عملية مروره عبر سماكة الغلاف الجوي للأرض: تتفاعل جزيئات الهواء ، وكذلك جزيئات الغبار والماء في الغلاف الجوي مع تدفق الإشعاع الشمسي ، واعتمادًا على الطول الموجي ، تحدث هذه العملية بشكل أقل أو بشكل مكثف. لذلك ، في ساعات المساء والصباح ، عندما تكون الشمس منخفضة فوق الأفق ويجب أن تنتقل أشعة الشمس في الغلاف الجوي مسافة أكبر من وقت الظهيرة ، لا يبدو ضوء الشمس لنا أبيض ، بل أصفر ، والأشياء التي تضيء به هي رسمت في ظلال مختلفة من الأصفر والبرتقالي والوردي والأحمر. هذا يرجع إلى حقيقة أن الغلاف الجوي يمتص الموجة القصيرة (الأزرق الشرطي) ويمرر بحرية مكون الموجة الطويلة (الأحمر الشرطي) لإشعاع الشمس. وهكذا ، اتضح أن لون الأشياء يعتمد بشكل مباشر على مصدر الضوء الذي يضيء سطح هذا الكائن. بتعبير أدق ، إشعاع الضوء ينعكس من سطح جسم ما أو يمر عبره ويشكل في الجهاز البصري إحساسًا بلون هذا الكائن يتم تحديده من خلال خصائص الكائن نفسه ليعكس أو يمتص الضوء اعتمادًا على الطول الموجي ، ومن خلال خصائص مصدر الضوء المستخدم لإضاءة هذا الجسم ، قم بتغيير شدة الإشعاع اعتمادًا على الطول الموجي (الشكل 1.4). لذلك ، عند إجراء قياسات الألوان ، من الضروري دائمًا مراعاة الإضاءة المستخدمة في هذه الحالة ، وإذا أمكن ، استخدم فقط مصادر الإضاءة القياسية ، ولا تستخدم عدة أنواع مختلفة من المصادر في وقت واحد. الأمر نفسه ينطبق على أي عمل مع الصور الملونة ، عندما يكون ذلك ضروريًا لضمان دقة الألوان العالية.

ظاهرة رؤية الألوان.عند إجراء تجربته الشهيرة حول تحلل ضوء الشمس إلى طيف ، قدم نيوتن ملاحظة مهمة للغاية: على الرغم من حقيقة أن الألوان الطيفية تنتقل بسلاسة إلى بعضها البعض ، عبر كتلة كاملة من ظلال الألوان المختلفة ، في الواقع ، كل هذا التنوع اتضح أنه من الممكن تقليل الألوان إلى سبعة ألوان ، والتي أطلق عليها اسم أساسي: الأحمر والأصفر والبرتقالي والأصفر والأخضر والأزرق والنيلي والبنفسجي. بعد ذلك ، أظهر العديد من الباحثين أنه يمكن تقليل عدد هذه الألوان إلى ثلاثة ، وهي الأحمر والأخضر والأزرق. في الواقع ، الأصفر والبرتقالي مزيج من الأخضر والأحمر ، والأزرق مزيج من الأخضر والأزرق. الأمر نفسه ينطبق على جميع درجات الألوان الأخرى التي يمكن الحصول عليها من خلال الجمع بين الأحمر والأخضر والأزرق ، والتي يتم تسميتها بالتالي الألوان الأساسية.

اقترح يونغ وهيمهولتز ، اللذان درسوا رؤية الألوان ، أن هذه الظواهر ترجع إلى وجود ثلاثة محللات حساسة للألوان في جهاز الرؤية البشرية ، كل منها مسؤول عن إدراك دخول إشعاع الضوء الأحمر والأخضر والأزرق إلى العين. في وقت لاحق ، تلقى هذا الافتراض تأكيدًا علميًا قويًا إلى حد ما وشكل أساسًا للنظرية المكونة من ثلاثة مكونات لرؤية الألوان ، والتي تفسر ظاهرة رؤية الألوان من خلال وجود ثلاثة أنواع من خلايا استشعار اللون الحساسة للضوء في العين البشرية. لتكوين طيفي مختلف.

شوهدت هذه الخلايا بالفعل في شبكية العين ، ولأنها ظهرت تحت المجهر كأجسام مستديرة مستطيلة الشكل ذات شكل غير منتظم إلى حد ما ، فقد كانت تسمى المخاريط. تنقسم المخاريط إلى ثلاثة أنواع اعتمادًا على التركيب الطيفي للإشعاع وهي حساسة لها ، ويتم تحديدها بواسطة الأحرف اليونانية β (بيتا) و γ (جاما) و ρ (rho). النوع الأول (β) له حساسية قصوى لموجات الضوء بطول 400 إلى 500 نانومتر (المكون "الأزرق" الشرطي من الطيف) ، والثاني (γ) - لموجات الضوء من 500 إلى 600 نانومتر (شرطًا "أخضر" "مكون الطيف) والثالث () - لموجات الضوء من 600 إلى 700 نانومتر (المكون" الأحمر "المشروط من الطيف) (الشكل 1.5 ب). اعتمادًا على الطول الموجي وشدة موجات الضوء الموجودة في طيف الضوء ، تكون مجموعات معينة من المخاريط متحمسة أكثر أو أقل.

	أ)
	ب)

أرز. 1.5 منحنى كفاءة الإضاءة النسبية للقضبان (الخط المتقطع) والمخاريط (أ) ومنحنيات الحساسية الطيفية للمخاريط المقيسة إلى الوحدة (ب)

كما تم إثبات وجود خلايا أخرى ليس لديها حساسية للإشعاع الطيفي المحدد بدقة وتستجيب للتدفق الكامل للإشعاع الضوئي. نظرًا لأن هذه الخلايا مرئية تحت المجهر كأجسام ممدودة ، فإنها تسمى قضبان.

لدى الشخص البالغ حوالي 110-125 مليون قضيب وحوالي 6-7 ملايين مخروط (نسبة 1:18). من الناحية النسبية ، فإن الصورة التي نراها ، وكذلك الصورة الرقمية ، منفصلتان. ولكن نظرًا لأن عدد عناصر الصورة كبير جدًا ، فإننا ببساطة لا نشعر بها.

من المثير للاهتمام ملاحظة ميزة أخرى. حساسية الضوء للقضبان أعلى بكثير من حساسية المخاريط ، وبالتالي عند الغسق أو في الليل ، عندما تصبح شدة الإشعاع الداخل للعين منخفضة جدًا ، تتوقف الأقماع عن العمل ولا يرى الشخص إلا بسبب العصي . لذلك ، في هذا الوقت من اليوم ، وكذلك في ظروف الإضاءة المنخفضة ، يتوقف الشخص عن تمييز الألوان ويظهر العالم أمامه بألوان الأسود والأبيض (القاتمة). علاوة على ذلك ، فإن حساسية الضوء للعين البشرية عالية جدًا لدرجة أنها تتجاوز بكثير قدرات معظم أنظمة تسجيل الصور الحالية. إن العين البشرية قادرة على الاستجابة لتدفق إشعاع ضوئي في حدود 10-16 واط / سم 2. إذا أردنا استخدام هذه الطاقة لتسخين الماء ، فسوف يستغرق الأمر مليون سنة لتسخين سنتيمتر مكعب واحد من الماء بمقدار درجة واحدة. للتعبير عن حساسية العين البشرية من حيث حساسية الفيلم ، فإنه سيكون مكافئًا لفيلم بحساسية تبلغ 15 مليون وحدة ASA.

يتم وصف حساسية العصي والمخاريط لتدفق الضوء ، اعتمادًا على طول الموجة ، من خلال منحنيات الحساسية الطيفية للعين البشرية (الشكل 1.5 ب). لتوصيف الحساسية الطيفية الكلية للعين البشرية لتيار من إشعاع الضوء ، يتم استخدام منحنى كفاءة الإضاءة النسبية ، أو ، كما يطلق عليه أيضًا ، منحنى الرؤية للعين ، والذي يحدد ، على التوالي ، الحساسية الكلية لـ العين البشرية للضوء ، مع مراعاة اللون (المخاريط) أو الضوء (العصي) الرؤية (الشكل 1.5 أ). تعتبر هذه التبعيات ذات أهمية كبيرة للمتخصصين ، لأنها تتيح شرح عدد من الظواهر المعروفة في الرؤية البشرية.

وبالتالي ، من خلال هذه المنحنيات ، يمكن ملاحظة أن الشخص قادر جيدًا على إدراك الألوان الخضراء والأخضر والأصفر ، في حين أن حساسيته للألوان الزرقاء أقل بشكل ملحوظ.

يتغير الوضع إلى حد ما عند الغسق ، عندما تبدأ المخاريط الحساسة لإشعاع الضوء الساطع في فقدان كفاءتها وتتغير النسبة بين القضبان والأقماع - يتحول الحد الأقصى لكفاءة الضوء الطيفي نحو الإشعاع الأزرق (رؤية القضيب).

ميزة أخرى مثيرة للاهتمام هي أنه من الصعب على عدسة العين التركيز على الأشياء الملونة بدرجات اللون الأزرق البنفسجي. ويرجع ذلك إلى انخفاض الحساسية الطيفية للعين في هذه المناطق من الطيف. لذلك ، لا تُصنع النظارات أحيانًا من زجاج محايد الشفافية ، ولكن من زجاج ملون باللون الأصفر أو البني ، والذي يقوم بتصفية المكون الأزرق البنفسجي من الطيف.

نظرًا لحقيقة أن منحنيات الحساسية الطيفية تتداخل جزئيًا ، فقد يواجه الشخص بعض الصعوبات في تمييز بعض الألوان النقية. لذلك ، نظرًا لحقيقة أن منحنى الحساسية الطيفية لمخاريط النوع r (حساس شرطيًا للجزء الأحمر من الطيف) يحتفظ ببعض الحساسية في المنطقة الزرقاء والبنفسجية ، يبدو لنا أن اللونين الأزرق والبنفسجي لهما مزيج من اللون الأحمر .

يؤثر على إدراك اللون وحساسية العين العامة للضوء. نظرًا لأن منحنى كفاءة الإضاءة النسبية هو Gaussian بحد أقصى عند 550 نانومتر (للرؤية النهارية) ، فإننا ندرك الألوان عند حواف الطيف (الأزرق والأحمر) على أنها أقل سطوعًا من الألوان التي تحتل موقعًا مركزيًا في الطيف (أخضر ، أصفر ، سماوي).

نظرًا لأن الحساسية الطيفية للعين البشرية غير متساوية على كامل منطقة الطيف ، عند إدراك اللون ، يمكن أن تحدث الظواهر عندما يظهر لونان مختلفان بتوزيعات طيفية مختلفة لنا كما هو بسبب حقيقة أنهما يسببان نفس الإثارة لـ مستقبلات العين. تسمى هذه الألوان metameric ، وتسمى الظاهرة الموصوفة metamerism. غالبًا ما يتم ملاحظته عندما يتم عرض سطح مطلي أو آخر من قبلنا تحت مصادر ضوء مختلفة ، والتي يتفاعل ضوءها مع السطح ، ويغير طيف لونه. في هذه الحالة ، على سبيل المثال ، قد يبدو القماش الأبيض أبيضًا في ضوء النهار ، لكنه يغير لونه في الضوء الاصطناعي. أو كائنين لهما أطياف انعكاس مختلفة ، وبالتالي ، يجب أن يكون لهما لون مختلف ، ندركهما في الواقع على أنهما نفس الشيء ، لأنهما يسببان إثارة لا لبس فيها لمراكز استشعار الألوان الثلاثة في العين. علاوة على ذلك ، إذا حاولنا إعادة إنتاج لون هذه الأشياء ، على سبيل المثال ، في فيلم فوتوغرافي يستخدم آلية تسجيل صورة مختلفة عن الجهاز البصري البشري ، فمن المرجح أن يكون لهذين الجسمين ألوان مختلفة.

أرز. 1.6 رسم توضيحي لظاهرة الميتاميرية

تظهر ثلاث عينات لونية ذات انعكاس طيفي مختلف متماثلة عند إضاءتها بضوء النهار. عندما يتم إعادة إنتاج هذه العينات على فيلم فوتوغرافي ، تختلف الحساسية الطيفية الخاصة بها عن الحساسية الطيفية للجهاز البصري البشري ، أو عندما تتغير الإضاءة ، فإنها تغير لونها وتصبح مختلفة الألوان.

تعتمد التكنولوجيا الحديثة لإعادة إنتاج الصور الملونة بالكامل على استخدام ظاهرة metamerism: عدم القدرة على تكرار طيف لون معين يتم ملاحظته في الظروف الطبيعية في إعادة إنتاج اللون ، يتم استبداله بلون مركب باستخدام مجموعة معينة من الألوان أو بواعث لها توزيع طيفي ممتاز ، ولكنها تثير نفس أحاسيس اللون في العارض.

تعتبر معرفة سمات الرؤية البشرية مهمة جدًا عند تصميم أنظمة للتسجيل ومعالجة الصور. من أجل مراعاة خصوصيات الرؤية البشرية قدر الإمكان ، يضيف مصنعو مواد التصوير طبقات إضافية حساسة للألوان ، ويضيف مصنعو الطابعات أحبار طباعة إضافية ، إلخ. ومع ذلك ، لا تزال هناك تحسينات في التكنولوجيا الحديثة تجعل من الممكن إنشاء نظام استنساخ للصور يمكن مقارنته بجهاز الرؤية البشرية.

تصنيف اللون.كما ذكرنا سابقًا ، اعتمادًا على الطول الموجي للإشعاع ، تدرك العين البشرية الضوء على أنه ملون بلون أو آخر من اللون الأرجواني إلى الأحمر. تسمى الألوان المتصورة ألوان طيفية نقية، وتسمى الخاصية التي تحدد لونها درجة اللون في قياس الألوان. يرتبط Hue ارتباطًا فريدًا بطول الموجة ، وبالتالي يُعبر عنه غالبًا بالنانومتر.

من المقبول عمومًا أن العين البشرية قادرة على تمييز ما يصل إلى 150 لونًا مختلفًا من الألوان الطيفية النقية. يضاف إلى هذا الرقم 30 لونًا أرجوانيًا آخر ، وهي غائبة في الطيف ، ولكن يمكن الحصول عليها عن طريق خلط الإشعاع الطيفي الأزرق والأحمر.

بالإضافة إلى الألوان الطيفية النقية والألوان الأرجواني النقية ، هناك أيضًا عدد من الألوان تسمى عديم اللونأو ألوان محايدةأي الألوان الخالية من الألوان. يتضمن ذلك الأسود والأبيض ودرجات الرمادي المختلفة بينهما. يحدث الإحساس بهذه الألوان عندما لا تتأثر العين البشرية بتدفق إشعاع الضوء (الأسود) أو العكس ، يعمل تدفق أقصى شدة (أبيض). يحدث الإحساس باللون الرمادي عندما يثير تدفق الضوء الذي يعمل على العين محللات حساسة للألوان (مخاريط) بالتساوي. علاوة على ذلك ، لا يجب أن يكون طيف الانبعاث لهذا اللون موحدًا (طاقة متساوية) ، يكفي أنه يسبب نفس الإثارة لألوان العين الثلاثة التي تستشعر الألوان ، ويمكن أن يكون طيف الانبعاث نفسه غير متساوٍ للغاية (الشكل 1.6).

إذا قمت بخلط لون طيفي نقي مع الأبيض أو الرمادي ، فستحدث ظاهرة عندما يبدأ اللون في فقدان نقاوته ويتحول تدريجياً إلى أبيض أو رمادي. في هذا الصدد ، بالإضافة إلى درجة اللون ، تُستخدم أيضًا خاصية تسمى التشبع أو نقاء اللون لتوصيف اللون. في الواقع ، لا يوجد الكثير من الألوان الطيفية النقية في الطبيعة ، وبدلاً من ذلك ، من المرجح أن نلاحظ الألوان التي تكون أكثر أو أقل خالية من التشبع. يُعتقد أنه بالنسبة لكل نغمة لونية ، يمكن للعين البشرية تمييز ما يصل إلى 200 درجة من التشبع.

غالبًا ما يتم الجمع بين خصائص تدرج اللون والتشبع معًا ويشار إليها باسم الصفاء ، والتي يمكن أن تكون بمثابة خاصية نوعيةتصور اللون.

يمكن أن تختلف نغمتان لونيتان متطابقتان عن بعضهما البعض ، ليس فقط في التشبع ، ولكن أيضًا في سطوع (قوة) إشعاعهما ، والذي ، عند توصيف خصائص الكائنات غير المضيئة ، يتميز عادةً بمفهوم إضاءة اللون. إذا كان من الممكن تفسير تشبع اللون على أنه نسبة اللون النقي والأبيض المضاف إليه ، فيمكن تفسير الإضاءة على أنها نسبة اللون النقي والأسود المضافة إليها. مع زيادة قوة (سطوع) إشعاع الضوء ، يأخذ اللون درجات ألوان مختلفة من الأسود إلى الأبيض. يرتبط الخفة ارتباطًا مباشرًا بتشبع اللون ، حيث يؤدي تغيير سطوع اللون غالبًا إلى تغيير تشبعه.

إذا كان من الممكن استخدام التلون كسمة نوعية للون ، فيمكن استخدام الخفة كتقييم كمي للون.

غالبًا ما يتم وضع الخصائص الثلاث للون التي أخذناها في الاعتبار ، وهي الصبغة والتشبع والخفة ، في شكل رسم بياني ثلاثي الأبعاد حيث تعمل قيمة الإضاءة كمحور مرجعي ، حيث توجد الألوان من الأسود إلى الأبيض ، يتغير التشبع على طول الإحداثي الشعاعي حيث يتحرك اللون بعيدًا عن مركز الرسم البياني ، وتتميز درجة اللون بالإحداثيات الزاوية ، كما هو موضح في الشكل. 1.7 من الناحية النظرية ، يجب أن يكون هذا الرسم البياني عبارة عن أسطوانة ، ولكن غالبًا ما يتم ترتيبه في شكل مخروط مقلوب ، يتوافق الجزء العلوي منه مع النقطة السوداء ، والقاعدة إلى الحد الأقصى لقيمة الإضاءة. هذا يتفق جيدًا مع حقيقة أنه عند القيم المنخفضة لسطوع الإشعاع ، يبدأ الشخص في تمييز الألوان بشكل أسوأ ، وعند الحد الأدنى لقيمة السطوع لا يميزها على الإطلاق.

إذا كنت تستخدم لرسم هذا الرسم البياني على مستوى ، وإزالة إحداثيات الإضاءة وترك فقط تدرج اللون والتشبع (الصفاء) ، نحصل على بنية تسمى عادة عجلة الألوان (الشكل 1.8) ، وهي عبارة عن دائرة على طول نغمات اللون التي تقع من الأحمر إلى الأرجواني. يحتوي كل لون على عجلة الألوان على إحداثيات رقمية ، معبرًا عنها بالدرجات من 0 درجة إلى 360 درجة. يبدأ اللون الأحمر وينتهي عجلة الألوان ، بما يتوافق مع النقطة 0 درجة (360 درجة). البرتقالي يتوافق مع إحداثيات 40 درجة ، أصفر - 60 درجة ، أخضر - 120 درجة ، أزرق - 180 درجة ، أزرق - 240 درجة ، أرجواني - 300 درجة. كل هذه الألوان ، باستثناء اللون البرتقالي ، وهو مزيج من الأحمر والأصفر ، تقع على عجلة الألوان على مسافة متساوية من بعضها البعض بمقدار 60 درجة.

أرز. 1.8 دائرة اللون

تسمى الألوان المقابلة لبعضها البعض على عجلة الألوان ألوان إضافية. على سبيل المثال ، الأحمر والسماوي والأخضر والأرجواني والأزرق والأصفر ، إلخ. تحتوي أزواج الألوان هذه على عدد من الخصائص المثيرة للاهتمام المستخدمة في تقنية إعادة إنتاج الصور والتي سيتم مناقشتها بمزيد من التفصيل أدناه.

تعد خصائص تدرج اللون والتشبع والخفة هي أكثر الخصائص المرئية شيوعًا ، أو كما يطلق عليها أيضًا ، نفسية فيزيائيةخصائص اللون وتستخدم عند الحاجة إلى تحديد اللون دون اللجوء إلى أجهزة رياضية معقدة.

يمكن أن تكون الوسائل الأخرى لتحديد اللون هي أطالس الألوان ، والتي توفر عينات لونية على الأسطح والمواد المختلفة ، مجمعة وفقًا لسمة معينة. تستخدم هذه الأطالس على نطاق واسع في الطباعة وصناعة النسيج والهندسة المعمارية. على سبيل المثال ، طباعة كتالوجات ألوان Pantone ، وبناء عينات الألوان ، إلخ. كل لون في أطلس الألوان له فهرس خاص به ، يمكن من خلاله تحديد موقعه في الأطلس ، وكذلك صياغة الدهانات اللازمة للحصول عليه.

في قياس الألوان ، يُستخدم أطلس ألوان مونسيل ، الذي جمعه الفنان الأمريكي ألبرت مونسيل في أوائل القرن العشرين ، على نطاق واسع. جمعت Munsell الألوان على طول ثلاثة إحداثيات درجة اللون (مسحة), التشبع (كروما) و خفة (القيمة).

قام مونسيل بتقسيم الألوان إلى 10 نغمات أساسية ، والتي حددها بمؤشرات الحروف المقابلة: ص(أحمر)، ريال(اصفر احمر)، ص(الأصفر)، GY(الأخضر الأصفر)، جي(لون أخضر)، BG(أزرق أخضر)، ب(أزرق)، PB(أزرق أرجواني) و RP(أحمر أرجواني). في كل منها ، حدد 10 درجات ، وبالتالي حصل على 100 درجة لونية نقية. لقد رتبهم في دائرة ، وخلق بنية هندسية مشابهة لعجلة الألوان التي نعرفها بالفعل. تم اختيار قيم النغمة من قبل مونسيل بطريقة تجعل العينات المجاورة لبعضها البعض لها نفس اختلاف اللون بالنسبة لعين مراقب عادي في ظل ظروف الإضاءة العادية (من خلال هذه الإضاءة ، تعني مونسيل ضوء منتصف النهار للسماء في الشمال. خطوط العرض). باستخدام مركز الدائرة الناتجة كنقطة من الألوان اللونية ، رتبت مونسيل عينات لونية من مركز الدائرة إلى حافتها وفقًا لزيادة تشبع اللون (كروما). أخيرًا ، من مركز الدائرة ، قام ببناء محور تم تجميع الألوان على طوله مع زيادة خفتها (القيمة). وفقًا لدرجة الزيادة في السطوع ، تم تقسيم الألوان إلى 10 مجموعات من 0 (أسود) إلى 9 (أبيض) ، وتم اختيار مقياس السطوع ليس خطيًا ، ولكن لوغاريتميًا ، وهو أكثر اتساقًا مع كيفية إدراك التغيير في السطوع من قبل شخص. لكن وفقًا لدرجة الزيادة في التشبع ، لم يكن للألوان تقسيم واضح ومتطابق ، لأن الحساسية الطيفية للعين البشرية في مناطق مختلفة من الطيف ليست هي نفسها ، وبالتالي يمكن للشخص أن يرى اختلافات في التشبع لـ نغمات ألوان مختلفة بدقة أقل أو أكثر. وذلك ل 5 صمع القيمة = 2 خص مونسيل 3 درجات فقط من التشبع و 5 بيتابايتبنفس الضوء 28 . في الوقت نفسه ، بالنسبة لقيم الإضاءة المختلفة ، لم يكن العدد المحتمل لعينات الألوان ذات التشبع المختلف هو نفسه أيضًا ، وهو ما يتوافق مع حقيقة أن الشخص غير قادر على تمييز الألوان جيدًا عند سطوع منخفض جدًا وعالي جدًا. إذا قمت بتجميع عينات الألوان في جسم مكاني ، فسيكون البناء الهندسي الناتج غير متماثل إلى حد ما ، يشبه تفاحة غير منتظمة الشكل أو كرة مشوهة. بالمناسبة ، بهذه الطريقة تم تقديم أطلس ألوان مونسيل غالبًا للمستهلك في شكل نوع من الكرة الأرضية الملونة (الشكل 1.10).

لتعيين لون معين بدقة ، استخدم Munsell نظام إحداثيات خاص ، والذي يُشار إليه بواسطة Hue (hue) ، Value (lightness) / Chroma (تشبع). على سبيل المثال ، يُشار إلى اللون الأحمر الأرجواني في الأطلس على أنه 6RP4 / 8، أين 6RP- تنسيق اللون الخفيف 4 مع التشبع 8 .

بالإضافة إلى Munsell ، شارك عدد من الباحثين الآخرين أيضًا في تطوير مثل هذه الأطالس الملونة. في ألمانيا ، تم تطوير أطلس ملون مشابه ، وفي نفس الوقت تقريبًا مثل مانسيل ، بواسطة أوستوالد. تم إجراء عمل مماثل في كندا والولايات المتحدة الأمريكية وعدد من البلدان الأخرى ، وغالبًا ما تم إنشاء العديد من معايير الألوان الوطنية في وقت واحد لمختلف الصناعات. في الاتحاد السوفيتي ، أطلس رابكين الملون و VNIIM لهم. دي آي مينديليف.

بالإضافة إلى أطالس الألوان ، تم أيضًا تطوير العديد من أنظمة تصنيف الألوان بالاسم. على الرغم من أنه لا يمكن تسمية هذه الأنظمة بأنها موثوقة علميًا تمامًا (تحت نفس الاسم ، يمكن للمراقبين المختلفين فهم ألوان مختلفة) ، ولكن كإضافة إلى أنظمة تصنيف الألوان الحالية ، يمكنهم القيام بعمل جيد.

كأبسط مثال ، يمكن إعطاء سبعة أسماء لونية تصف أجزاء من الطيف المرئي وتشكل الصيغة المعروفة عن الصياد والدراج: الأحمر والبرتقالي والأصفر والأخضر والأزرق والنيلي والبنفسجي.

ستبدو المصطلحات التي اعتاد الفنانون على العمل بها أكثر تعقيدًا ، وستكون عديدة بالطبع. إذا أخذنا مجموعات الدهانات المباعة في محلات الفنانين ، فسنجد من بين أسماء الدهانات مثل المغرة ، والكوبالت ، والزنجفر ، وما إلى ذلك ، وهي مصطلحات مقبولة عمومًا يربطها أي فنان محترف بألوان معينة ، على الرغم من ، بالطبع ، في أي نوع من الألوان يعني شخص معين بهذا الاسم أو ذاك ، ستكون هناك اختلافات حتمية.

كانت هناك أيضًا محاولات عديدة لتطوير أنظمة تسمية ألوان أكثر صرامة من الناحية العلمية. لذلك أنشأ Martz و Paul قاموسًا ملونًا يحتوي على ما يقرب من 4000 اسم ، منها حوالي 36 اسمًا خاصًا بهم ، و 300 كلمة مركبة تتكون من اسم اللون والصفة المقابلة. في عام 1931 ، طورت اللجنة الأمريكية المشتركة بين الإدارات المعنية بالألوان (ISCC) ، بتكليف من اللجنة الدوائية ، نظامًا للألوان المسماة لوصف لون الأسطح المطلية. غطى هذا النظام 319 تسمية استندت إلى أسماء الألوان التي اقترحها مونسيل. وشمل ذلك أسماء النغمات الرئيسية - "أحمر" (ص)، "الأصفر" (ص)، "لون أخضر" (ز)، "أزرق" (ب)، "ليلكي" (ع)، "زيتون" (رأ)، "بنى" (Br)و "وردي" (باك)، - التي أضيفت إليها الصفات "ضعيف" ، "قوي" ، "فاتح" ، "داكن" ، وكذلك المصطلحات "شاحب" ، "لامع" ، "عميق" ، "شفق" ، "حي" للدلالة ألوان إضافية.

جميع الأنظمة الأخرى التي طورها باحثون آخرون مبنية بطريقة مماثلة وعادة ما يصل عددها إلى عدة مئات من الأسماء. أحد الأمثلة على مثل هذا النظام المستخدم حاليًا على نطاق واسع في تطبيقات الإنترنت هو أن اتحاد شبكة الويب العالمية (W3C) أوصى بـ 216 لونًا كألوان قياسية يمكن استخدامها لمواصفات الألوان في لغة HTML.

خصائص مصادر الضوء.نظرًا لأن الإشعاع الصادر من الأشياء والمواد من حولنا ، والذي يدخل أعيننا ويسبب إحساسًا بالألوان ، يتم تحديده من بين مجموعة متنوعة من الإشعاع الضوئي الذي تستطيع العين البشرية إدراكه ، فإن الإشعاع المنبعث فعليًا من واحد أو آخر ذاتي الإضاءة يتميز المصدر ، مثل الشمس ، المصباح المتوهج ، بشكل خاص. ، مصباح الفلاش الفوتوغرافي ، إلخ. نظرًا لأن مصادر الضوء تلعب دورًا مهمًا جدًا في تحديد لون الأشياء والمواد ، فقد تمت دراستها بالتفصيل وتم تطوير نظام تصنيف خاص يعتمد على المفهوم درجة حرارة اللون.

كما تعلم ، إذا قمت بتسخين جسم معدني إلى درجة حرارة عالية ، فسيبدأ في إصدار إشعاع ضوئي. كلما ارتفعت درجة الحرارة المتوهجة ، زاد شدة هذا التوهج. في نفس الوقت ، اعتمادًا على درجة حرارة التوهج ، سيتغير لونه أيضًا. في البداية سيكون أحمر غامق ، ثم أحمر ، ثم برتقالي ، ثم أبيض. كما اتضح ، فإن هذه الظاهرة ليست مميزة للمعدن فحسب ، بل تُلاحظ عند تسخين العديد من المواد الصلبة ذات نقطة الانصهار العالية. عند استخدامه ، يتم بناء المصابيح الكهربائية المتوهجة: يتم تمرير تيار كهربائي عبر سلك تنجستن رفيع ، ونتيجة لذلك يتم تسخين السلك وإصدار الضوء. علاوة على ذلك ، يمكن تقدير لون توهج جسم ما بدقة وفقًا لدرجة حرارة تسخين التنغستن: عند تسخينه إلى درجة حرارة تصل إلى عدة مئات من الدرجات ، يكون له صبغة حمراء ، عند تسخينه إلى درجة حرارة 1000 كلفن - برتقالي ، 2000 كلفن - الأصفر؛ نحن ندرك بالفعل وهج الجسم الذي تم تسخينه إلى عدة آلاف من الدرجات على أنه أبيض. ينتج ضوء الشمس أيضًا عن الإشعاع الناتج عن التفاعلات التي تحدث على سطحها ، حيث يتم تسخينها إلى درجة حرارة حوالي 6500 كلفن. درجة حرارة سطح بعض النجوم أعلى من 10000 كلفن ، وبالتالي فإن لون إشعاعها أزرق (الجدول 1.5). مع تغير درجة الحرارة ، يتغير التركيب الطيفي للإشعاع وفقًا لذلك (الشكل 1.11).

أرز. 1.11. توزيعات طيفية طبيعية لإشعاع الجسم الأسود عند درجات حرارة لونية مختلفة

نظرًا لأن طبيعة الإشعاع لمعظم مصادر الإضاءة الذاتية تخضع لنفس القوانين ، فقد تم اقتراح استخدام درجة الحرارة كخاصية للون الإشعاع. نظرًا لأنه بالنسبة للأجسام المختلفة ، اعتمادًا على تركيبتها الكيميائية وخصائصها الفيزيائية ، فإن التسخين لدرجة حرارة معينة يعطي طيفًا إشعاعيًا مختلفًا قليلاً ، يتم استخدام جسم افتراضي أسود تمامًا كمعيار لدرجة حرارة اللون ، وهو مشع كامل ، يعتمد إشعاعه فقط على درجة حرارته ولا يعتمد على أي من خواصه الأخرى.

يمكن تحديد طيف اللمعان لجسم أسود تمامًا اعتمادًا على درجة حرارة تسخينه بموجب قانون بلانك. على الرغم من الاختلافات الموجودة ، تتصرف جميع الأجسام الأخرى عند تسخينها بطريقة مشابهة تمامًا لجسم أسود مثالي ، وبالتالي استخدام درجة حرارة اللون كخاصية لونية لإشعاع المصادر ذاتية الإضاءة ، الطبيعية منها والاصطناعية ، المنعطفات خارج لتكون مبررة لعدد كبير جدا من الحالات. نظرًا لأن التوزيع الطيفي للإشعاع ، وبالتالي ، فإن لونيته ، التي يمنحها جسم حقيقي ، نادرًا ما تتطابق تمامًا مع التوزيع الطيفي واللون لجسم أسود مثالي عند درجة حرارة لون معينة ، عند وصف إشعاع أجسام الحياة الواقعية ، يتم استخدام المفهوم درجة حرارة اللون المرتبطة، وتعني درجة حرارة اللون لجسم أسود مثالي يتطابق فيه لون إشعاعه مع لون إشعاع هذا الجسم. في هذه الحالة ، فإن التركيب الطيفي للإشعاع ودرجة الحرارة الفيزيائية لهذه الأجسام ، كقاعدة عامة ، يتضح أنهما مختلفان ، وهو ما يتبع منطقيًا تمامًا الاختلاف في الخصائص الفيزيائية لجسم أسود حقيقي ومثالي.

وفقًا لذلك ، هناك العديد من مصادر الضوء التي تعمل في ظل ظروف مختلفة في العالم حيث توجد توزيعات طيفية لإشعاعاتها. لذا فإن مراحل ضوء الشمس ودرجات حرارة اللون المرتبطة بها تختلف على مدى واسع جدًا اعتمادًا على الموقع الجغرافي والوقت من اليوم وحالة الغلاف الجوي (الشكل 1.12 ، الجدول 1.6). وينطبق الشيء نفسه على مصادر الضوء الاصطناعي ، مثل المصابيح المتوهجة ، التي تختلف درجة حرارة لونها حسب تصميمها ، وجهد التشغيل ووضع التشغيل (الجدول 1.6).

أرز. 1.12. التوزيعات الطيفية المعيارية لمراحل مختلفة من ضوء النهار: 1) ضوء السماء في أوجها ، 2) ضوء السماء مغطى بالكامل بالغيوم 3) ضوء الشمس المباشر عند الظهيرة ؛ 4) أشعة الشمس المباشرة قبل غروب الشمس بساعة

ومع ذلك ، على الرغم من التنوع الحالي لمصادر الإضاءة المختلفة ، يمكن توحيد معظم مصادر الضوء المستخدمة في الصناعة والتكنولوجيا. تم اقتراح هذا التوحيد القياسي من قبل اللجنة الدولية للإضاءة (CIE) ، والتي بموجبها تم تحديد العديد من بواعث اللونية القياسية ، والتي تم تحديدها بأحرف لاتينية أ, ب, ج, د, هو F(الجدول 1.7). على عكس مصادر الضوء الحقيقي ، تصف بواعث CIE القياسية فئات مصادر الضوء ككل ، بناءً على القيم المتوسطة لتوزيعاتها الطيفية. أظهر هذا التوحيد القياسي كفاءته الكافية ، لأنه ، كما اتضح ، على الرغم من الاختلافات ، يمكن مقارنة معظم مصادر الضوء الحقيقي بدقة تامة مع بواعث القياسية المقابلة.

فاتورة غير مدفوعة. 1.7
بواعث اللونية القياسية CIE

فن. إشعاع شاتيل	صفة مميزة
أ	تحت هذا المصدر ، حددت CIE باعث ضوء كامل (جسم أسود مثالي) عند درجة حرارة 2856 كلفن. لإعادة إنتاجه ، يتم استخدام مصباح متوهج مع فتيل تنجستن بدرجة حرارة لون مرتبطة تبلغ 2856 كلفن ، ولإعادة إنتاج أكثر دقة للطيف الكامل للمصدر أ ، يوصى باستخدام الكفوف مع لمبة كوارتز مدمجة
ب ، ج	إعادة إنتاج ضوء الشمس في ضوء النهار ب- ضوء الشمس المباشر بدرجة حرارة لون مرتبطة تبلغ 4870 كلفن ، ج- ضوء الشمس غير المباشر بدرجة حرارة لون مرتبطة تبلغ 6770 كلفن. عند حساب هذه البواعث ، تم إجراء عدد من الأخطاء ، وبالتالي فهي غير مستخدمة عمليًا في الحسابات اللونية ، حيث يتم استبدالها بباعث قياسي د. لهذا السبب ، في مواصفات بواعث CIE القياسية ، غالبًا ما لا يتم الإشارة إليها على الإطلاق.
د	إنه مصدر الضوء القياسي الذي تتم معايرة معظم معدات التصوير عليه. يعيد إنتاج مراحل مختلفة من متوسط ​​ضوء النهار على مدى درجة حرارة لون مرتبطة من 4000 كلفن إلى 7500 كلفن. بيانات التوزيع الطيفي للإشعاع دتم تحديدها من خلال حساب متوسط ​​البيانات من العديد من قياسات طيف ضوء النهار التي أجريت في أجزاء مختلفة من المملكة المتحدة وكندا والولايات المتحدة الأمريكية. تم تحديد توزيعات طيفية عديدة للمصدر لأغراض مختلفة. دلدرجات حرارة ألوان مختلفة: D50, D55, D60, D65, D70, D75مع درجات حرارة ألوان مرتبطة تبلغ 5000 كلفن ، 5500 كلفن ، 6000 كلفن ، 6500 كلفن ، 7000 كلفن ، 7500 كلفن ، على التوالي ، المقابلة لمراحل معينة من ضوء النهار. مصدر D65يجب اعتباره الأكثر تنوعًا ، لأنه أقرب ما يكون إلى متوسط ​​ضوء النهار. مصدر D50مقبول كمعيار في الطباعة ، لأنه الأنسب لتوصيف صورة مطبوعة بأحبار طباعة قياسية على الورق. مصدر D55مقبولة كمعيار في التصوير الفوتوغرافي: هي المصابيح ذات درجة حرارة اللون 5500 كلفن التي تُستخدم في عرض المعدات للشرائح ومصباح الفلاش له درجة حرارة اللون هذه. على عكس المصادر القياسية الأخرى ، أعد إنتاج المصادر القياسية بأمانة دصعب نوعًا ما ، نظرًا لعدم وجود مصادر ضوء اصطناعي بمثل هذا التوزيع الطيفي للإشعاع. تشمل الحلول الأكثر استخدامًا التي ترضي المستهلك نوعًا واقتصاديًا استخدام مصابيح الفلورسنت ذات درجة حرارة اللون المترابطة المناسبة ، والتي يتم أيضًا تصحيح طيف الانبعاث منها باستخدام مرشحات إضاءة خاصة.
ه	مصدر إشعاع افتراضي له طيف متساوٍ من الطاقة (لا يتغير مع الطول الموجي) بدرجة حرارة اللون 5460 كلفن. حقا غير موجود في الطبيعة ويستخدم في قياس الألوان لأغراض الحساب فقط
F	باعث قياسي يصف التوزيع الطيفي للإشعاع من مصابيح الفلورسنت المختلفة. F1- الإشعاع الصادر من مصباح الفلورسنت الدافئ بدرجة حرارة لون مرتبطة تبلغ 3000 كلفن ، F2- مصباح فلورسنت لضوء النهار بارد بدرجة حرارة لون مرتبطة تبلغ 4230 كلفن ، F7- مصباح فلورسنت ضوء النهار بدرجة حرارة لون مرتبطة 6500 كلفن

جنبًا إلى جنب مع درجة حرارة اللون ، يتم استخدام المعاملة بالمثل أحيانًا ، وتسمى mired (يُشار إليها بـ μrd) أو عكس microkelvin.

استخدام مقياس μrd بدلاً من مقياس كلفن له ميزتان: أولاً ، وحدة واحدة من μrd تقريبًا تتوافق مع عتبة واحدة للتغيير في لونية تدفق الضوء ، والتي يمكن ملاحظتها للعين ، وبالتالي يكون من الأنسب تمييزها لونية الإشعاع في هذه الوحدات ؛ ثانيًا ، يعد μrd مناسبًا للاستخدام لتوصيف فلاتر تحويل الألوان وموازنة الألوان: لن يتغير التغيير في درجة حرارة اللون الذي يوفره المرشح ، معبراً عنه بـ μrd ، عند العمل بالإشعاع من درجة حرارة لون إلى أخرى

على سبيل المثال ، يعمل مرشح التحويل البرتقالي من 85 سلسلة على خفض درجة حرارة اللون لمتوسط ​​لون اليوم من 5500 كلفن إلى 3400 كلفن بحلول 2100 كلفن (112 درجة مئوية). ومع ذلك ، إذا تم استخدامه لخفض درجة حرارة اللون لتدفق الضوء بدرجة حرارة اللون 4000 كلفن ، فلن يتغير التغير في درجة حرارة اللون المعبر عنه في K 2100 كلفن ، ولكن 7246 كلفن ، ولن يتغير معبرًا عنه بـ μrd.

تكوين الزهور.الحصول على لون جديد من خلال مزج عدة ألوان أساسية يحدد إمكانية الحصول على صورة ملونة في التصوير الفوتوغرافي والأفلام والتلفزيون والطباعة وتكنولوجيا الكمبيوتر. يقوم على ظاهرة اختلاط أطياف الانبعاث المتكونة من الأسطح المطلية أو بواعث الضوء. والنتيجة هي لون جديد له طيفه الخاص (الشكل 1.13).

على سبيل المثال ، إذا أخذنا ثلاث بواعث للضوء مزودة بمرشحات ضوئية حمراء وخضراء وزرقاء وعرضنا إشعاعها عند نقطة واحدة على شاشة بيضاء ، فسنحصل على بقعة بيضاء. إذا تم إيقاف تشغيل أحد البواعث وتم خلط إشعاع الباعث الأحمر باللون الأخضر والأزرق مع الأخضر والأخضر مع الأحمر ، فسنحصل على الشاشة أولاً باللون الأصفر ، ثم الأرجواني ثم الأزرق. إذا أخذنا جميع البواعث الثلاثة وخلطنا إشعاعاتها بنسب مختلفة ، فيمكننا بالتالي الحصول على عدد كبير نسبيًا من الألوان وظلالها. كلما كان الاختلاف في شدة البواعث الثلاثة أصغر ، كلما انخفض تشبع اللون وزاد أن يكون محايدًا. إذا تم تقليل شدتها دون تغيير نسب الإشعاعات الثلاثة ، فسنحصل على نفس اللون ولكن بدرجة سطوع أقل. في الحالة المحددة ، عندما يتم تقليل شدة جميع البواعث الثلاثة إلى الصفر ، نحصل على اللون الأسود.

للحالة التي يتم فيها أخذ لونين أساسيين فقط:

في الواقع ، بدلاً من الأحمر والأخضر والأزرق ، يمكننا استخدام أي لون نريده ، ولكن ببساطة عن طريق مزج اللون الأحمر والأخضر والأزرق ، يمكنك الحصول على أكبر مجموعة من الألوان. التفسير الواضح لهذه الحقيقة هو خصائص الرؤية البشرية ووجود ثلاثة مستقبلات حساسة للألوان في الجهاز البصري البشري ، كل منها حساس للأشعة الحمراء والخضراء والزرقاء. وبالتالي ، يمكن اعتبار تكوين اللون بمساعدة ثلاثة بواعث للألوان الزرقاء والخضراء والحمراء بمثابة إثارة موجهة لمستقبلات الألوان الثلاثة للعين ، ونتيجة لذلك يمكن إثارة إحساس واحد أو لون آخر في العارض.

وفقًا لمخطط مشابه ، يتم تكوين صورة ملونة على شاشة الفيديو وشاشة الكمبيوتر والتلفزيون وجهاز عرض LCD وفي الأجهزة الأخرى التي تستخدم إشعاع ثلاثة ألوان أساسية لتركيب الألوان أو (لأجهزة إدخال الصور) تحلل الصورة في الألوان الأساسية.

نظرًا لأنه يتم خلط (إضافة) إشعاعات الألوان الأساسية الثلاثة للحصول على اللون ، فإن طريقة تركيب الألوان هذه تسمى مادة مضافة (من الفعل يضيف- يطوى).

أرز. 1.13. خلط الألوان المضافة

يوضح الشكل إنتاج مزيج ألوان مضاف في مثال شاشة ملونة Sony Trinitron. الانبعاثات من ثلاثة فوسفور أحمر (ص)، لون أخضر (ز)وألوان زرقاء (ب)، الانبعاثات الطيفية التي تظهر في الشكل ، يتم جمعها لكل طول موجي ، مما يجعل من الممكن الحصول على مزيج لوني يتكاثر ، اعتمادًا على شدة توهج كل فوسفور ، وعدد كبير من الألوان المختلفة وظلالها . يرجى ملاحظة أن توهج الفوسفور الأحمر له طيف خطي تقريبًا ، نظرًا لوجود عناصر أرضية نادرة في تركيبته.

ومع ذلك ، في معظم الحالات ، ليس من الممكن من الناحية التكنولوجية الجمع بين تدفقات الضوء لثلاثة بواعث لتشكيل لون ، على سبيل المثال ، في السينما والتصوير الفوتوغرافي والطباعة والمنسوجات والطلاء والورنيش.

في التصوير الفوتوغرافي ، يمر شعاع من الضوء الأبيض عبر ثلاث طبقات ملونة من مواد التصوير الفوتوغرافي التي تتكون من صبغة صفراء وأرجوانية وسماوية. أثناء الطباعة ، يمر تدفق الضوء عبر طبقة من الحبر الأصفر والأرجواني والأزرق وينعكس من سطح الورقة في الاتجاه المعاكس ، مكونًا صورة ملونة.

نتيجة لمرور تدفق الضوء من الضوء الأبيض عبر طبقة صبغة أو صبغة ، يتم امتصاص جزء من طاقة الطيف الإشعاعي بشكل انتقائي ، ونتيجة لذلك يكتسب تدفق الضوء لونًا أو آخر.

وبالتالي ، من الممكن استخدام الأصباغ الصفراء ، والأرجوانية ، والزرقاء ، المضاءة بتدفق الضوء الأبيض ، كمعدِّل لإشعاع اللون ، للحصول على جميع تدفقات الإشعاع الأحمر والأخضر والأزرق ، والتي يمكنك من خلالها التحكم في إثارة مراكز استشعار اللون الثلاثة في العين.

أرز. 1.14 خلط اللون الطرح

يوضح الشكل إنتاج خليط لوني مطروح في مثال فيلم فوتوغرافي مقلوب ملون عن طريق الامتصاص المتتالي بواسطة السماوي (ج)، أرجواني (م)والأصفر (ص)الأصباغ ذات الكثافة C = 100٪ ، M = 60٪ ، Y = 20٪ من الإشعاع من مصدر ضوء النهار (D65)في كل فترة طول موجي. اللون الذي تم الحصول عليه نتيجة مزجها هو أحد ظلال اللون الأزرق. يمكن اعتبار الإشعاع الناتج عن الامتصاص الجزئي لتدفق الضوء بواسطة الأصباغ الطرحية في هذه الحالة ناتجًا عن طيف الانبعاث لمصدر الضوء وأطياف الانعكاس للأصباغ

في الطباعة وكشف الكذب ، يضاف اللون الأسود إلى ثلاثة ألوان صفراء وأرجوانية وسماوية. تملي هذا ، أولاً ، اعتبارات اقتصادية ، لأنه يسمح بتقليل استهلاك أحبار الألوان الأكثر تكلفة ، وثانيًا ، يسمح بحل بعض المشكلات الأساسية التي تنشأ في عملية الطباعة المطبعية ثلاثية الألوان بسبب نقص الطباعة الأحبار المستخدمة ، لا يقتصر طيف الانعكاس من الناحية العملية على اللون الأصفر فقط. والأرجواني فقط والأزرق السماوي فقط.

نظرًا لأن التدفقات المضيئة لا تتراكم للحصول على اللون ، ويتم امتصاص التدفق الضوئي للضوء الأبيض جزئيًا نتيجة للتفاعل مع الصبغة ، تسمى هذه الطريقة في تركيب الألوان بالطرح (من الفعل طرح او خصم- طرح او خصم).