Файл: Ершов, А. П. Цвет и его применение в текстильной промышленности.pdf

фокусируется изображение, и число их резко убывает к перифе­ рии. Колбочкам мы обязаны цветным зрением. Чувствительность их к излучениям видимого спектра невелика, и в сумерках они не функционируют. Палочек в сетчатке глаза значительно боль­ ше: 100—130 млн. Максимальное количество их находится на периферии сетчатки, и число их резко падает к области цент­ ральной ямы. Палочки служат для сумеречного зрения, и чувст­ вительность их значительно выше, чем чувствительность колбо­ чек. При дневном освещении они «ослеплены» и не функциони­ руют.

Светочувствительность палочек и колбочек объясняется фотохимическими процессами, протекающими в них под дейст­ вием излучений. Эти процессы сравнивают с процессами, про­ текающими в фотографической эмульсии, но с той разницей, что в палочках и колбочках фотохимические процессы обратимы.

Доказано, что механизм образования нервных импульсов в волоконцах зрительного нерва тесно связан с распадом пиг­ ментов палочек и колбочек. Характер этой связи до сих пор не установлен. В соответствии с устаревшей, но наглядной теори­ ей П. П. Лазарева пигменты колбочек (несколько различно окрашенных тел) и палочек (родопсин) под действием излуче­ ний подвергаются фотодиссоциации. Отрицательный ион про­ дуктов диссоциации отдает свой заряд биполяру, и электриче­ ский импульс через ганглиозные клетки направляется в голов­ ной мозг. По Дж. Уолду, обратимые фотохимические процессы

в колбочках характеризуются соста­ вом смеси пигментов и продуктов их распада. Этот состав отображает вид падающего на пигмент излучения, по­ скольку разные пигменты реагируют с монохроматическим излучением с разной скоростью. Нервные импульсы образуются в волоконцах зрительного нерва только в момент «считывания» изображения сетчатки глаза центром зрения. При этом возникают электри­ ческие импульсы, информирующие мозг о спектральном составе излуче­ ния. В настоящее время убедительно доказано, что в волоконца зрительно­ го нерва протекают электрические

импульсы, имеющие одинаковую амплитуду, но разную часто­ ту, зависящую от состава излучения.

Для проведения цветовых расчетов по данным энергии моно­ хроматических излучений необходимо иметь зависимость чувст­ вительности глаза от монохроматических излучений равноэнер­ гетического спектра (источника А). Колбочки обладают макси­ мальной чувствительностью к излучению л = 556 нм, а палочки — к X= 510 нм. Приняв за единицу чувствительность к указанным

14

длинам, волн, можно получить кривые относительной чувстви­ тельности колбочек и палочек к монохроматическим излучениям видимого спектра. Средние величины чувствительности, приня­ тые ГОСТом, представлены на рис. 4 в виде так называемых кри­ вых видности. На оси абсцисс отложены длины волн, а па оси ординат— относительная чувствительность k\, носящая название коэффициента видности. При дневном зрении глаз обнаруживает излучения в диапазоне 390—670 нм, а в сумерки — 380—630 нм, т. е. кривая видности для сумеречного зрения сдвинута в сторо­ ну коротких волн спектра.

§ 2. ТРЕХКОМПОНЕНТНАЯ ТЕОРИЯ ЦВЕТОВОГО ЗРЕНИЯ

Представления о трехкомпонентности цветового зрения впер­ вые были высказаны М. В. Ломоносовым, а затем развиты Тома­ сом Юнгом и Гельмгольцем в том виде, как это было описано во введении. В соответствии с этой теорией процесс цветового зрения рассматривается как воздействие излучения на три при­ емника сетчатки глаза. На рис. 5 представлены величины воз­ буждений каждого из приемников в отдельности монохроматиче-

ний.

сними излучениями видимого спектра. Как видно из рисунка, чувствительности приемников КЗС к монохроматическим излу­ чениям сильно отличаются друг от друга по величине.

Трехкомпонентная теория цветового зрения возникла на основании косвенных данных, полученных при изучении резуль­ татов смешения нескольких излучений, имеющих разные цвета. Так, Райт брал для работы три монохроматических излучения: 460, 530 и 650 нм. Изменяя яркости этих излучений, он опреде­ лял, в каких количествах их необходимо смешать, чтобы полу­ чить цвет, тождественный цвету монохроматического излучения равноэнергетического спектра. Полученные им для большого числа наблюдателей результаты мало отличались друг от друга. Средние значения их представлены на рис. 6 в виде так назы­ ваемых кривых сложения. Аналогичные данные получены

15

Гильдом, повторившим работы Райта, но с тремя смешанными излучениями.

Большую помощь при доказательстве трехкомпонентной тео­ рии цветового зрения оказали лица, обладающие аномалиями цветового зрения. Работа Кёнига и Детеричи с такими людьми показала, что у них отсутствует один из приемников КЗС либо два из них дают величины возбуждений. В результате такой аномалии наблюдаются красно-, зеленоили синеслепые. Рабо­ ты Кёнига и Детеричи полностью подтвердили применимость рассматриваемой теории для объяснения указанных выше ано­ малий. Более того, эти работы позволили рассчитать данные для построения кривых основных возбуждений (см. рис. 6).

В 1957 г. трехкомпонентная теория зрения была подтвержде­ на опытами Гранита над животными. Он оперативным путем обнажал сетчатку глаза и двумя тонкими электродами касался разных ее участков. При освещении сетчатки монохроматиче­ ским излучением на электродах возникали импульсы тока. Вели­ чина и характер этих импульсов зависели от длины волны и яр­ кости осветителя. Обработав результаты опытов, Гранит полу­ чил ряд кривых. Одна из них охватывает весь видимый спектр и имеет максимум при 550—560 нм (рис. 7, а). Эта кривая, на-

о яркости и подобна кривой видности. Три остальные кривые — модуляторы (см. рис. 7, б) накладываются друг на друга, пере­ крывая весь спектр. Максимумы кривых лежат при 400, 530 и 600 нм. Сумма ординат модуляторов для любой длины волны равна ординате доминатора для той же длины волны. Таким образом, модуляторы соответствуют кривым сложения. Изло­ женный метод исследования широко используется в настоящее время для выяснения отдельных деталей механизма цветового зрения.

Трехкомпонентная теория цветового зрения отвечает на боль­ шинство вопросов, связанных с цветом, но нуждается в длитель­ ной и кропотливой работе по уточнению основных ее положений. Многочисленные попытки опровергнуть эту теорию не поколеба­ ли ее основ, а только способствовали ее укреплению. В настоя­ щее время эта теория общепризнанна и лежит в основе совре­ менных представлений о цвете.

16

где фх— спектральное распределение энергии излучения; к{к) — коэффициент видности.

При зеркальном отражении световой поток изменяет свое направление, но остается в плоскости падения и не рассеивается. В общем случае отраженный световой поток рассеивается во всех направлениях, поэтому коэффициент отражения не дает представления об объективной яркости тел. Несамосветящиеся тела характеризуются коэффициентом яркости г. Чтобы полу­ чить представление об этой величине, введем понятие абсолютно белой поверхности. Это идеально матовая поверхность (одина­ ково яркая во всех направлениях), имеющая коэффициент отра­ жения, равный единице. Коэффициентом яркости называется отношение яркости несамосветящейся поверхности к яркости абсолютно белой поверхности, поставленной в аналогичные усло­ вия освещения и наблюдения:

В

Коэффициент яркости позволяет определить освещенность сет­ чатки глаза:

направленного потока пропускания Фг . Проходя через тело, све­ товой поток рассеивается на своем пути вверх, вниз и в сторо­ ны. Все рассмотренные световые потоки в теле могут также подвергаться избирательному поглощению и рассеиванию, осложняя описанную выше схему процесса.

18

Если тело рассматривать со стороны падения на него свето­ вого потока, в глаз наблюдателя попадает сумма зеркально и диффузно отраженных потоков излучения. Если рассматри­ вать его со стороны выхода светового потока из тела, то воспри­ нимаются световые потоки направленного пропускания и диф­ фузно отраженный вниз.

§ 4. ИЗБИРАТЕЛЬНОЕ ПОГЛОЩЕНИЕ И ЦВЕТ

Световые характеристики ахроматических тел не зависят от длины волны падающего на них излучения. Поэтому цветность таких тел тождественна цветности излучения осветителя и отли­ чается от него только величиной яркости. Световой поток, на­ правленный после отражения в сторону наблюдателя, будет состоять из зеркально отраженной части (Ф3) и диффузно рас­ сеянной вверх (Ф„). Первая характеризуется коэффициентом

где Ф0 — падающий на тело световой поток.

Световые характеристики хроматических тел зависят от дли­ ны волны падающего на них излучения, поэтому цветность отра­ женного от тела излучения будет зависеть от величин избира­ тельного поглощения и зеркального отражения. Световой поток в сторону наблюдателя

©О

0

На рис. 9 показано, как проходит световой поток в равномер­ но окрашенном шелковом волокне при освещении его источни­ ком С. Часть светового потока зеркально отражается от поверх­ ности волокна (Ф3) и, не изменяя цветности, попадает в глаз на­ блюдателя. Оставшаяся часть излучения преломляется на грани­ це раздела фаз и проникает в глубь волокна. В толще волокна излучение частично рассеивается, причем этот процесс будет проходить избирательно, и цвет диффузно отраженного излуче­ ния будет уже отличаться от цвета излучения источника С. Чем больше зеркальное отражение, тем меньше чистота цвета,* и чем больше диффузное отражение, тем чистота цвета будет больше. Так, например, у материала типа атлас величина зеркального отражения большая, зато чистота цвета значительно меньше,

* См. следующий параграф.

19