Метамерия цвета (версия Миг)

Файл:Scema zvetov metamerii .jpg

Метамерия цветов. Прошедший через призму белый цвет разлагается в спектр. Однако ощущение цвета, идентичное ощущению от некоторых спектральных цветов можно получить также с помощью смешивания совершенно иных цветов.

Метамерия — особенность зрения, при котором свет (версия Миг) различного спектрального состава может вызывать одинаковые цветовые ощущения.

• В более узком смысле, метамерией называют явление, когда два окрашенных образца цвета воспринимаются одинаковыми под одним источником освещения (имеют тождественную окраску), - но теряют сходство при других условиях освещения (с другими спектральными характеристиками излучаемого света).
• Синоним этого слова, Метамеризм - теперь рассматривается, как редко используемый термин, "калька" с английского слова.

Связь цвета и длины световой волны

Луч солнечного света, пройдя через призму расщепляется в непрерывный спектр. Исаак Ньютон, изучавший этот эффект, назвал его дисперсией света. Лучам с определённой длиной волны, составляющим полученный непрерывный спектр, человек дал субъективные названия, общепринятые для внешне идентичных цветов, наблюдаемых в природе. Но позже, в ходе экспериментов со смешиванием спектральных цветов, было установлено, что названия, имена цветов не могут служить "эталонами" для однозначного сравнения образцов многих цветов различного происхождения.

Встречаемость метамерии в обыденной жизни

Деятельность человека во всех областях повседневной жизни сейчас немыслима без использования оптических устройств. Это очки, фото-киноаппаратура, телевидение, транспорт, медицина, наука и т.д, которые без света и цвета теряют свой смысл. И во всех случаях мы имеем дело с явлением метамерии — цвета воспринимаются и оцениваются разными людьми по разному, хотя воспроизводятся с использованием различных эталонов для сравнения, коррекции, аттестации. Один и то же цвет предмета при разном освещении визуально принимается как разный. С другой стороны, при проведении работы с цветом, визуально, необходим учёт метамерии. Так, в полиграфии, фотографии, живописи и др. областях используются красители, краски, которыми создают изображения аналогичные с оригиналом - часто почти невозможно отличить оригинал от копии (это важно в живописи).

Причины метамерии. Метамерия в фотографии

Физиологически метамерия зрения основана на строении периферического отдела зрительного анализатора. У человека эту функции выполняет сетчатка, в которой за восприятие видимой области спектра отвечают особые клетки рецепторы — колбочки.

Спектральное распределение мощности (SPD) en:Spectral_power_distribution света описывает соотношение общего количества излучаемого света, переданного или отраженного цветового образца всеми видимыми длинами волн; оно точно определяет свет от любого физического стимула. Однако, человеческий глаз содержит только три цветовых экстерорецептора (3 вида колбочек), что означает, что все цвета сводятся к трем сенсорным количествам, что называют tristimulus values en:CIE_1931_color_space#Tristimulus_values. Метамерии возникают потому, что каждый тип колбочки реагирует на суммарную энергию из широкого диапазона длин волн, так что различные комбинации света всех длин волн в силу комулятивного эффекта (концентрации действия) на колбочки в момент, когда из общего потока света колбочки оппонентно выделяют основные три луча S,M,L (синий, зелёный, красный), что часто приводит к метамерийному ощущению цвета — цвета (синий, зелёный, красный) воспринимаются как одинаковые.

Если сравниваемые потоки излучения, даже с разным спектральным составом, производят на рецепторы глаза одинаковое действие, то цвета воспринимаются как одинаковые. Их физическое различие можно открыть лишь с помощью спектроскопа или спектрометра.

Существующие в настоящее время системы регистрации изображений как цифровые, так и аналоговые в большинстве своём, являются трёхстимульными (три слоя эмульсии фотоплёнки, три типа ячеек матрицы цифрового фотоаппарата или сканера), их метамерия отлична от метамерии человеческого зрения. Поэтому цвета, воспринимаемые глазом как одинаковые, на фотографии могут получаться разными.

Интересно, что для получения удовлетворительного цветного изображения в ряде случаев достаточно двухкомпонентных систем воспроизведения цвета, но в этом случае качество полученных цветов может быть невысоким, т.к. резко возрастают метамерические погрешности.

Метамерические ошибки зрения

Явление метамерии приводит к возникновению двух типов ошибочного цветовосприятия.

Первый тип ошибок наблюдается при сравнении пары метамерически одинаковых образцов цвета (скажем, разные краски, пигменты), обладающих разным составом спектра отражения. В этом случае, при переходе в другие условия освещённости, например под лампу с иной цветовой температурой, образцы могут стать визуально различными.

Наиболее ярко ошибки в распознавании цвета наблюдаются при освещении источниками света, спектр которых состоит из двух монохроматических компонент, представляющих собой дополнительные цвета (например, оранжевый и синий), смешанных в пропорции, вызывающей ощущение белого цвета. При таком освещении любые краски (кроме флуоресцентных) будут выглядеть либо нейтральными тонами (белым, серым, чёрным), либо имеющими разную светлоту и насыщенность оттенками той или другой монохроматической компоненты.

Практические применения эффекта метамерии

На метамерии основано воспроизведение цвета в полиграфии, фотографии, кино, телевидении, живописи. Благодаря ей из смеси разных по характеристикам спектрального поглощения наборов пигментов (или разных по спектру излучения наборов люминофоров в случае с телевизорами и мониторами) могут быть составлены цвета, воспринимаемые глазом как одинаковые.

В случае с отраженным или проходящим через прозрачные оригиналы светом возникновение ощущения одинакового цвета при использовании разных наборов пигментов зависит от освещения. Отраженный или проходящий свет частично поглощается пигментом, но конечный спектр воспринимаемого глазом света зависит не только от характеристики пигмента, но и от характеристики источника освещения. Из-за этого два образца, воспринимающиеся одинаковыми при дневном свете, могут различаться на глаз при искусственном освещении.

В современной колориметрии и синтезе цвета метамерия создаёт ряд неудобств. Классические колориметры при анализе спектра ограничены количеством точек замера, поэтому, при синтезе подобных эталону комбинаций красителей, не могут из имеющегося набора красителей подобрать такую комбинацию, при которой цвет оставался бы визуально тождественным при изменении интенсивности освещения или изменении его спектрального состава.

Объяснение феномена метамерности цвета

Чувствительность трёх типов фоторецепторов колбочек сетчатки глаза

Физиологически метамерия зрения основана на строении периферического отдела зрительного анализатора. У человека эту функцию выполняет сетчатка глаза (версия Миг), в которой за восприятие цвета отвечают особые клетки — колбочки. В подтверждение теории трёхкомпонентнго цветного зрения у приматов найдено три типа колбочек, воспринимающих цвет в фиолетово-синей, зелено-жёлтой, в желто-красной частях спектра. Каждый вид колбочек интегрирует поступающую лучистую энергию в довольно широком диапазоне длин волн, и диапазоны чувствительности трёх видов колбочек частично перекрываются, существенно различаясь лишь диаграммой величины чувствительности.

Человеческое зрение является трёхстимульным, трёхкомпонентным (S,M,L) анализатором, то есть спектральные характеристики цвета выражаются всего в трех значениях цвета — синий, зелёный, красный, которые колбочки оппонентно выделяют при облучении каждой колбочкой одного из этих основных лучей из всего пучка монохроматических лучей, сфокусированной предметной точки объекта.

Помимо колбочек, которые обнаруживают свет, входящий в глаз, биологическая основа теории противника вовлекает два других типа ячеек: биполярные ячейки, и ячейки нервного узла зрительной коры головного мозга. Информацию от колбочек передают к биполярным ячейкам en:Bipolar_cell (Биполярная ячейка — тип нейрона, который имеет два расширения и которая как ячейка сетчатки служит, чтобы управлять мускулами и передавать выходной (двигатель) зрительный сигнал в зрительные отделы головного мозга из сетчатки. Они являются ячейками в оппонентном процессе противника, которые преобразовывают информацию от колбочек и передают информацию к ячейкам нервного узла, которые представляют два главных класса ячеек: magnocellular en:Magnocellular_cell, или слои большой ячейки, и parvocellular en:Parvocellular_cell, а также представляют слои маленькой ячейки.

Рис. P. Схема диаграммы P-клеткок нейронв, расположенных в пределах parvocellular слоев коленчатого ядра (LGN) таламуса зрительной коры

Ячейки Parvocellular, или ячейки P, работают в основном с большей частью информации о цвете, и его попадании на сетчатку в виде двух групп: той, которая обрабатывает информацию о различиях между L (красными) и М (зелёными) колбочками при отборе, и той, которая обрабатывает различия между колбочками S (синими) и объединенным сигналом, а также и от L и от М. колбочек. Первый подтип клеток ответственен за обработку красно-зеленых различий сигналов, и второй тип — за синие-желтые различия. P ячейки также передают информацию об интенсивности света (выбор более ярких цветов), в зависимомости от их восприимчивости в этих областях (см. Зрительная кора).

Откуда, сравниваемые потоки излучения с разным спектральным составом могут производить на колбочки сетчатки глаза одинаковое действие в случае отбора слабых, менее ярких сигналов S,M,L. При этом разные цвета могут формироваться в зрительной коре при смешивании волн, которые в итоге дают сигналы с одинаковыми энергетическими свойствами. Мы их воспринимаем как одинаковые цвета!.

Методики для учёта явления метамерии

Принцип метамерии приводит и к тому, что при монохроматичной подсветке некоторые цвета теряют насыщенность. В полиграфии и промышленности расчет цветовых различий (дельта Е) при метамерии, когда два цвета при одних условиях освещения могут казаться одинаковыми, а при других - разными, может быть проведен с помощью специального математического обеспечения. Программы позволяют компенсировать искажения зрительного восприятия от метамерии при расчетах цветовых различий в следующих системах координат: dE*CIELAB, dE FMCII, dE CMC, dE*94, dE*2000.

Связанные понятия

• Константность цвета

См. также

• Метамерия (оптика)
• Измерение цвета (версия Миг)
• Линейное уравнение цветного зрения и цветового пространства
• Нелинейная теория зрения

Источники

• Gunter Wyszecki & W.S. Stiles. Color Science: Concepts and Methods, Quantitative Data and Formulae (2nd ed.). New York: Wiley Interscience, 1982.
• R.W.G Hunt. The Reproduction of Color (2nd ed.). Chichester: John Wiley & Sons, 2004.
• Mark D. Fairchild. Color Appearance Models Addison Wesley Longman, 1998.