Куда нужно поставить источник света чтобы лучи после прохождения

Куда нужно поставить источник света чтобы лучи после прохождения

Направление движения энергии световой волны определяется вектором Пойнтинга (система единиц СГС Гаусса), здесь — скорость света в вакууме, и — векторные напряженности электрического и магнитного полей. Длина вектора Пойнтинга равна плотности потока энергии, то есть количеству энергии, которое в единицу времени протекает через единичную площадку перпендикулярную вектору . В изотропной среде направление движения поверхности фиксированной фазы совпадает с направлением движения энергии световой волны. В кристалле эти направления могут не совпадать. Далее будем рассматривать изотропную среду.

Световые лучи.

Линии векторного поля , вдоль которых распространяется свет, называются лучами. Если поверхности равных фаз представляют собой параллельные плоскости, то волна называется плоской. Плоской волне соответствует параллельный пучок лучей, так как лучи в изотропной среде перпендикулярны поверхностям равных фаз. Сферической волной называется волна с поверхностями равных фаз сферической формы. Ей соответствует пучок лучей, выходящих из одной точки или собирающихся в одну точку. В этих двух случаях говорят соответственно о расходящейся и о сходящейся сферической волне.

Приближение геометрической оптики.

Отражение и преломление света.

Если световая волна распространяется в однородной среде без препятствий, то волна распространяется по прямым линиям — лучам. На границе раздела двух однородных сред лучи отражаются и преломляются (рис.1). Отраженный (3) и преломленный (2) лучи находятся в одной плоскости с падающим лучом (1) и перпендикуляром к границе раздела двух сред ( ). Угол падения равен углу отражения . Угол преломления можно найти из равенства

Отражение от плоского зеркала.

Плоское зеркало, как и сферическое, отражает лучи света в соответствии с законом отражения (угол падения равен углу отражения). Свет после отражения от плоского зеркала во всех смыслах распространяется так, как если бы вместо зеркала стояло окошко, а источник света располагался бы за поверхностью зеркала, за окошком. Интересно, что изображение в зеркале находится не просто в другом месте, оно вывернуто «наизнанку», при этом «правое» и «левое» меняются местами. Например, правая спираль становится левой спиралью.

Преломление света, также как и отражение, можно рассматривать, как «кажущееся» изменение положения источника света. Этот факт проявляется в кажущемся изломе прямой палки, наполовину опущенной в воду под углом к поверхности воды. Мнимое положение источника света в данном случае будет различаться для лучей, падающих на границу раздела двух сред под различными углами. По этой причине обычно избегают говорить о мнимом положении источника света при преломлении.

Призма.

В задачах с призмами поворот света призмой можно рассматривать как два последовательных преломления света на плоских гранях призмы при входе света в призму и при его выходе.

Особый интерес представляет частный случай призмы с малым углом при вершине ( на рис. 2). Такую призму называют тонкой призмой. Обычно рассматриваются задачи, в которых свет падает на тонкую призму почти перпендикулярно ее поверхности. При этом за два преломления лучи света поворачивают на малый угол в плоскости перпендикулярной ребру призмы в сторону утолщения призмы (рис. 2). Угол поворота не зависит от угла падения света в приближении малых углов падения. Это означает, что призма поворачивает «кажущееся» положение источника света на угол в плоскости перпендикулярной ребру призмы.

Из двух таких тонких призм состоит, в частности, бипризма Френеля (рис. 3), проходя через которую свет от точечного источника распространяется далее так, как если бы свет излучался двумя точечными когерентными источниками.

Оптическая ось.

Оптической осью называется прямая линия, проходящая через центры кривизны отражающих и преломляющих поверхностей. Если система имеет оптическую ось, то это центрированная оптическая система [2].

Линза.

Обычно прохождение света через линзу рассматривается в приближении параксиальной оптики, это означает, что направление распространения света всегда составляет малый угол с оптической осью, и лучи пересекают любую поверхность на малом расстоянии от оптической оси.

Линза может быть собирающей или рассеивающей.

Лучи, параллельные оптической оси, после собирающей линзы проходят через одну и ту же точку. Эта точка называется фокусом линзы. Расстояние от линзы до ее фокуса называется фокусным расстоянием. Плоскость, перпендикулярная оптической оси и проходящая через фокус линзы, называется фокальной плоскостью. Параллельный пучок лучей, наклоненный к оптической оси, собирается за линзой в одну точку ( на рис. 4) в фокальной плоскости линзы.

Рассеивающая линза преобразует параллельный оптической оси пучок лучей в расходящийся пучок (рис. 5). Если расходящиеся лучи продолжить назад, то они пересекутся в одной точке — фокусе рассеивающей линзы. При небольшом повороте пучка параллельных лучей точка пересечения перемещается по фокальной плоскости рассеивающей линзы.

Построение изображений.

В задачах на построение изображений подразумевается, что протяженный источник света состоит из некогерентных точечных источников. В этом случае изображение протяженного источника света состоит из изображений каждой точки источника, полученных независимо друг от друга.

Изображение точечного источника — это точка пересечения всех лучей после прохождения через систему, лучей испущенных точечным источником света. Точечный источник испускает сферическую световую волну. В приближении параксиальной оптики сферическая волна, проходя через линзу (рис. 6), распространяется и далее в виде сферической волны, но с другим значением радиуса кривизны. Лучи за линзой либо сходятся в одну точку (рис. 6а), которую называют действительным изображением источника (точка ), либо расходятся (рис. 6б). В последнем случае продолжения лучей назад пересекаются в некоторой точке , которая называется мнимым изображением источника света.

В параксиальном приближении все лучи, исходящие из одной точки до линзы, после линзы пересекаются в одной точке, поэтому для построения изображения точечного источника достаточно найти точку пересечения «удобных нам» двух лучей, эта точка и будет изображением.

Если перпендикулярно оптической оси поставить лист бумаги (экран) так, чтобы изображение точечного источника попало на экран, то в случае действительного изображения на экране будет видна светящаяся точка, а в случае мнимого изображения — нет.

Построение изображения в тонкой линзе.

Есть три луча, удобных для построения изображения точечного источника света в тонкой линзе.

Удобные для построения изображения лучи в случае рассеивающей линзы показаны на рис. 9а,9б.

Точка пересечения, мнимого или действительного, любой пары из этих трех лучей, прошедших линзу, совпадает с изображением источника.

В задачах по оптике иногда возникает потребность найти ход луча не для одного из удобных нам трех лучей, а для произвольного луча (1 на рис. 10), направление которого до линзы определено условиями задачи.

В таком случае полезно рассмотреть, например, параллельный ему луч (2 на рис. 10б), проходящий через центр линзы, независимо от того есть или нет такой луч на самом деле.

Параллельные лучи собираются за линзой в фокальной плоскости. Эту точку ( на рис. 10б) можно найти как точку пересечения фокальной плоскости и вспомогательного луча 2, проходящего линзу без изменения направления. Вторая точка, необходимая и достаточная для построения хода луча 1 после линзы, это точка на тонкой линзе ( на рис. 10б), в которую упирается луч 1 с той стороны, где его направление известно.

Построение изображения в толстой линзе.

Тонкая линза — линза, толщина которой много меньше ее фокусного расстояния. Если линзу нельзя считать тонкой, то каждую из двух сферических поверхностей линзы можно рассматривать как отдельную тонкую линзу.

Тогда изображение в толстой линзе можно найти как изображение изображения. Первая сферическая поверхность толстой линзы дает изображение источника как изображение в тонкой линзе. Вторая сферическая поверхность дает изображение этого изображения.

Другой подход при построении изображений состоит в том, что вводится понятие главных плоскостей центрированной оптической системы, частным случаем которой может быть толстая линза. Центрированная оптическая система, которая может состоять и из большого числа линз, полностью характеризуется двумя фокальными и двумя главными плоскостями. Полностью характеризуется в том смысле, что знание положения этих четырех плоскостей достаточно для построения изображений. Все четыре плоскости перпендикулярны оптической оси, следовательно свойства оптической системы полностью определяются четырьмя точками пересечения четырех плоскостей с оптической осью. Эти точки называются кардинальными точками системы.

Для построения изображения точечного источника достаточно рассмотреть прохождение через оптическую систему двух удобных нам лучей и найти точку их пересечения после линзы, либо точку пересечения продолжений лучей назад (для мнимого изображения).

Построение хода лучей проводится так, как будто между главными плоскостями системы находится тонкая линза, а пространство между главными плоскостями отсутствует. Пример построения приведен на рис. 11. и — главные плоскости системы.

Задача прохождения света через центрированную оптическую систему может быть решена не только геометрическим построением хода лучей, но и аналитически. Для аналитического решения задач удобен матричный метод [2].

Формулы тонкой линзы.

Если в задаче требуется аналитический результат, а не построение изображения, то для решения обычно достаточно трех формул:

В этих формулах все величины с размерностью длины могут принимать как положительные, так и отрицательные значения. Фокусное расстояние положительно для собирающей линзы, положительно для действительного изображения, и положительны для двояковыпуклой линзы. Расстояние от линзы до источника — положительная величина, но и тут можно представить себе мнимый точечный источник, для которого это расстояние будет отрицательным.

Реже встречаются задачи, в которых показатели преломления среды с двух сторон от линзы различаются. Тогда потребуются следующие формулы:

Может быть полезна и формула для оптической силы одной сферической поверхности, в частности при рассмотрении толстой линзы как двух сферических поверхностей:

Сферическое зеркало.

Чтобы удовлетворить приближению параксиальной оптики, нужно потребовать, чтобы сферическое зеркало было малой частью сферы. Другими словами, размер зеркала должен быть много меньше радиуса кривизны сферы.

Сферическое зеркало отражает световые лучи аналогично оптической системе, состоящей из тонкой линзы и вплотную поставленного плоского зеркала. Вогнутое зеркало аналогично собирающей линзе, выпуклое — рассеивающей.

Модуль фокусного расстояния сферического зеркала равен половине радиуса кривизны сферы

Фокус расположен посередине между зеркалом и центром сферы.

На рис. 12а,б приведены примеры построения изображений точечного источника света в сферическом зеркале.

Способы и виды освещения в студийной съемке

Большинство начинающих фотографов считают студийную съемку очень сложной и стараются снимать только с естественным освещением. Однако такое решение сильно ограничивает творческую свободу фотографа, особенно работающего в средней полосе и при съемке с дневным светом сильно зависим от времени суток и погоды. Также не стоит забывать, что большинство доступных для начинающего фотографа моделей — не профессиональные и, когда естественного света еще достаточно для качественной съемки, они работают на основной работе.

Другими словами, если вы хотите преуспеть в сфере фотографии, быстро наработать качественное портфолио и, уж тем более, претендуете на коммерческие съемки — минимальные навыки владения студийным освещением вам просто необходимы.

В действительности все не так уж и сложно, для начала стоит разобраться с видами существующего студийного освещения — это:

• импульсные моноблоки
• светодиодные светильник
• светодиодные панели и лайнеры
• галогенные осветители
• неоновые осветители (газоразрядные лампы)

Сразу отметим, что галогенные и неоновые осветители уже мало актуальны в современной съемке и достаточно капризны в работе. Импульсные моноблоки очень надежны и имеют высокую мощность, но для работы с ними требуется достаточно серьезные навыки в их настройке и обслуживании. А вот светодиодные светильники, панели и лайнеры очень просты в управлении, доступны по цене и в последнее время стали очень популярны в профессиональной студийной фотографии. На данный момент именно светодиодные осветители наиболее целесообразны для начинающего фотографа, желающего ознакомиться с премудростями постановки студийного света.

Если фотограф уже приобрел свой первый комплект студийного освещения, то перед ним встает главный вопрос — как научиться ставить свет. И тут первым шагом к успеху станет понимание основ постановки света, куда входят:

• виды студийного освещения
• способы постановки студийного освещения.

С видами освещения все достаточно просто. Есть жесткий и мягкий свет. Жесткий свет — это свет от любого небольшого источника света (рефлектор или даже открытая лампа), он дает глубокие тени с резкими границами. И мягкий свет — свет от большого источника света (софтбокс или зонт), находящегося недалеко от объекта съемки (метр, максимум полтора). Мягкий свет дает ели заметные тени с мягкими границами и переходами.

Зная особенности жесткого и мягкого света, можно легко определить необходимость его применения в различных съемочных ситуациях. Например, мягкий свет хорошо скрывает фактуру кожи и может с успехом применяться для съемки женского портрета. А вот жесткий свет за счет проработки резкими тенями малейших неровностей, наоборот, будет старить кожу и скорее всего хорошо подойдет для съемки фактурного возрастного мужского портрета.

Далее стоит весь студийный свет разделить по способам освещения и указать их в последовательности их постановки:

• рисующий свет,
• заполняющий,
• моделирующий,
• фоновый,
• контровой.

Рисующий свет — основной свет, освещающий сцену и объект съемки. Он отвечает за общую яркость картинки и характер всего изображения. Может быть как от мягкого, так и от жесткого источника света — определяется объектом съемки и сюжетом.

Заполняющий свет — ставится с противоположной стороны от рисующего света и может быть только источником мягкого света. Его задача — высветлить тени, оставшиеся после постановки рисующего.

Моделирующий свет — дополнительный источник света, если на объекте съемки после постановки рисующего и заполняющего освещения остались какие-то локальные тени. Применяется очень редко и требует от фотографа определенного уровня мастерства. Его отсутствие не считается ошибкой в постановке студийного света.

Фоновый источник света — может быть и мягким, и жестким, направлен на фон и отвечает за яркость, цветность и фактуру самого фона. Тут полная творческая свобода для фотографа, светим как нравится, единственное ограничение — фоновый свет не должен попадать на модель.

Контровой — применяется крайне редко, направлен на заднюю часть объекта съемки или спину модели, светит практически в объектив фотографа. Основная его задача — это создание белого тонкого контура, отделяющего темный объект съемки от темного фона.

Не спешите, не включайте все источники света сразу, ставьте каждый источник освещения по очереди в указанном порядке и делайте промежуточные тестовые кадры, тогда вы сразу поймете как это работает. Немного терпения и все получится, удачных вам кадров.

Импульсный и постоянный: гайд и световые схемы для новичков в студии

Фотограф, который никогда не снимал в студии сталкивается с огромным количеством информации и вызовов: насадки, фильтры, правильное взаимодействие с пространством, моделью и светом, настройки фотоаппарата и мощности источника.

Мы продолжаем облегчать жизнь начинающих фотографов во время студийной съёмки и простым языком рассказываем, чем отличаются импульсный и постоянный свет и в каком случае может пригодиться каждый из них.

pixabay.com

Что такое импульсный свет

Импульсный свет — это свет, который даёт короткую яркую вспышку. Просто так он работать не будет — необходим синхронизатор, который подсказывает осветительному прибору, когда срабатывать.

Синхронизатор считывает информацию с фотоаппарата, когда вы нажимаете кнопку затвора, и мгновенно передает её источникам света, чтобы они дали импульс. В студиях выдают синхронизатор, когда начинается ваше съёмочное время, так что докупать его дополнительно для студийных съёмок нет нужды.

Внешние вспышки, надеваемые на фотоаппарат, также относятся к импульсному свету. В паре с синхронизатором их можно использовать отдельно от камеры, установив на подставку или закрепив на стойке / pixabay.com

Особенности импульсного света:

• как правило, мощность выше, чем у постоянного;
• более контрастные изображения;
• замораживает движение, поэтому вероятность получить смазанный кадр очень мала;
• вы не видите результат, поэтому необходимы пробные кадры, чтобы всё верно настроить.

Эту проблему решает встроенный в источник пилотный свет — постоянный свет, дающий представление о том, как ляжет светотень. Но учтите, что не на всех источниках импульсного света есть эта функция. Кроме того, пилотный свет может быть достаточно слабым, теряться на фоне других источников света. Но, если вы снимаете в темноте, он необходим — иначе камера не сфокусируется на объекте.

— резкая картинка вне зависимости от светосилы оптики и класса фотоаппарата;
— если вы задумаетесь о покупке света для себя, то импульсный дешевле и мощнее постоянного. Например, комплект, включающий в себя несколько источников, можно найти в диапазоне от 12 до 82 тысяч рублей. Чем выше цена — тем выше мощность. Свет идет сразу со стойками и насадками — зонтами или софтбоксами. Для домашней мини-студии останется докупить разве что фоны. Например, белый тканевый фон со стойкой и к нему чёрный. Оба фона можно окрасить в любые цвета с помощью цветных светофильтров;
— короткая вспышка ослепляет модель на мгновение, а не светит в глаза постоянно;
— другие источники света, как правило, не перебивают мощность импульса.

Вы можете снимать при включенном верхнем свете, открытых окнах, и это не повлияет. Но, если речь не про яркое, бьющее в окно солнце / Фото: Елизавета Чечевица

Импульсный свет распространеннее постоянного. Некоторые фотостудии при аренде зала дают импульсный свет бесплатно, а постоянный — за дополнительную плату. Так что обязательно уточняйте, есть ли в данной студии постоянный свет и, если да, сколько стоит его аренда.

Что такое постоянный свет

Постоянный свет (иногда его называют киносветом) — свет, который не меняется. Для него не нужны синхронизаторы. Обеспечить его может не только профессиональное оборудование, но и любые лампы, огни, гирлянды, вывески в студии. Если вы будете подсвечивать мобильным телефоном лицо модели — это тоже постоянный свет. Как правило, в фотостудиях мощность такого света меньше, чем импульсного, из-за его дороговизны.

pixabay.com

Особенности постоянного света:

• светотеневой рисунок виден сразу. Это хорошая подсказка для новичка, который может скорректировать результат финальной картинки до того, как нажал кнопку спуска затвора.
• любой лишний источник света может испортить или поменять вид снимка.

Нужно тщательно контролировать всё, что происходит в студии. Открытые окна, включенный верхний свет, открытая дверь с яркими лампами в соседнем помещении — влияет абсолютно всё.

• выше вероятность смаза и расфокуса;
• нужна более светосильная техника, чем при съёмке с импульсным светом;
• позволяет параллельно снимать качественные, атмосферные бэки;
• подходит для съёмки видео;
• можно поставить любую выдержку;
• если снимаете с жёстким светом, направленным на лицо спереди, он может сильно слепить модель;
• необходимо снимать на повышенных значениях ISO, контролировать диафрагму и выдержку, чтобы избежать размытых изображений.

Универсальные световые схемы для новичка

Как сделать портрет в низком ключе

Низкий ключ — тёмная фотография с высоким контрастом и точечными световыми акцентами. Снимки, снятые в таком ключе, получаются глубокими, мрачными и драматичными.

• черный фон;
• один источник света сбоку;
• модель, стоящая на достаточном расстоянии от фона, чтобы свет не долетал до него.

Иллюстрация: Елизавета Чечевица, Фотосклад.Эксперт

Экспериментируйте с различным положением света и его мощностью. Будьте готовы, что с первого нажатия кнопки на фотоаппарате идеальный снимок может не получиться.

Как сделать портрет в высоком ключе

Высокий ключ — это неестественно яркое освещение, светлые тени и, как следствие, мягкий, пониженный контраст. Подойдет для съёмки детей, нежных портретов.

• белый фон;
• четыре источника света. Из-за этого сымитировать дома такой эффект проблематично, проще снять студию;
• модель, стоящая на достаточном расстоянии от фона, чтобы тень человека не ложилась на фон.

Иллюстрация: Елизавета Чечевица, Фотосклад.Эксперт

Для высокого ключа фон придется подсветить обязательно. Причём мощность этих источников должна быть выше тех, что направлены на модель. Это нужно для идеально белого фона без теней и создания эффекта «пересвеченного» снимка.

Как сделать классический портрет с рембрандтовским светом

Особенность рембрандовского света в светотени, которая получается на человеке. Основной его «маркер» — менее освещенная половина лица с едва различимым световым пятном в виде треугольника в области под глазом, а также высокий контраст.

• источник света с рефлектором, чтобы свет получился жёстким;
• отражатель, размещенный под углом 45 градусов относительно вспышки, чтобы слегка подсветить половину лица, будущую в тени;
• модель, стоящая на достаточном расстоянии от фона, чтобы тот получился в меру тёмным.

Иллюстрация: Елизавета Чечевица, Фотосклад.Эксперт

Как сделать портрет в стиле журнала Esquire

Особенность портретов, сделанных для этого журнала, в жёстком свете, световом пятне на уровне головы модели на фоне, виньетке по краям и холодном тонировании.

• белый или серый фон;
• портретная тарелка или небольшой софтбокс, чтобы тени были достаточно жёсткими;
• источник света с насадкой тубус, которая будет создавать пятно света позади человека;
• модель на расстоянии 2-3 метров от фона.

Иллюстрация: Елизавета Чечевица, Фотосклад.Эксперт

Когда какой свет лучше использовать

Если говорить про результат, использование импульсного или постоянного света не сильно отличается между собой. Светотеневой рисунок, жёсткость или мягкость света формируют насадки, мощность, расположение и расстояние между источником и моделью. При выборе между типами света важнее то, с каким из них вам и модели комфортнее работать. Но есть нюансы.

Фото с использованием постоянных источников света / Фото: Елизавета Чечевица

• Для деловых, бьюти или фэшн-съёмок традиционно используют импульсный свет.
• Если нужно заморозить движение — съёмка непоседливых детей, танцоров в движении — используйте импульс.
• Постоянный свет открывает простор для смелых творческих экспериментов. Например, если вы хотите попробовать себя в абстрактных сюрреалистических сюжетах, где не важны (и даже могут приветствоваться, быть частью задумки!) расфокус и смаз.
• Если параллельно планируете снимать видео — используйте постоянный свет, так как при импульсном запись будет мерцать.
• Бывают модели с чувствительными к ярким вспышкам глазами. У таких людей могут покраснеть белки, они начинают плакать и учащенно моргать. В этом случае попробуйте перейти на постоянный свет.
• Если нужна более тонкая регулировка мощности, например, чтобы дать едва заметный акцент, постоянный свет позволит настроить себя более тонко.

Свет и цвет: основы основ

Мы часто говорим о таком понятии как свет, источниках освещения, цвете изображений и объектов, но не совсем хорошо себе представляем, что такое свет и что такое цвет. Пора разобраться с этими вопросами и перейти от представления к понимаю.

Мы окружены

Осознаем мы этого или нет, но мы находимся в постоянном взаимодействии с окружающим миром и принимаем на себя воздействие различных факторов этого мира. Мы видим окружающее нас пространство, постоянно слышим звуки от различных источников, ощущаем тепло и холод, не замечаем, что пребываем под воздействием естественного радиационного фона, а также постоянно находимся в зоне излучения, которое исходит от огромного количества источников сигналов телеметрии, радио и электросвязи. Почти всё вокруг нас испускает электромагнитное излучение. Электромагнитное излучение — это электромагнитные волны, созданные различными излучающими объектами – заряженными частицами, атомами, молекулами. Волны характеризуются частотой следования, длинной, интенсивностью, а также рядом других характеристик. Вот вам просто ознакомительный пример. Тепло, исходящее от горящего костра – это электромагнитная волна, а точнее инфракрасное излучение, причем очень высокой интенсивности, мы его не видим, но можем почувствовать. Врачи сделали рентгеновский снимок – облучили электромагнитными волнами, обладающими высокой проникающей способностью, но мы этих волн не ощутили и не увидели. То, что электрический ток и все приборы, которые работают под его действием, являются источниками электромагнитного излучения, вы все, конечно же, знаете. Но в этой статье я не стану рассказать вам теорию электромагнитного излучения и его физическую природу, я постараюсь более мене простым языком объяснить, что же такое видимый свет и как образуется цвет объектов, которые мы с вами видим. Я начал говорить про электромагнитные волны, чтобы сказать вам самое главное: Свет – это электромагнитная волна, которая испускается нагретым или находящимся в возбужденном состоянии веществом. В роли такого вещества может выступить солнце, лампа накаливания, светодиодный фонарик, пламя костра, различного рода химические реакции. Примеров может быть достаточно много, вы и сами можете привести их в гораздо большем количестве, чем я написал. Необходимо уточнить, что под понятием свет мы будем подразумевать видимый свет. Всё выше сказанное можно представить в виде вот такой картинки (Рисунок 1).

Рисунок 1 – Место видимого излучения среди других видов электромагнитного излучения.

На Рисунке 1 видимое излучение представлено в виде шкалы, которая состоит из «смеси» различных цветов. Как вы уже догадались – это спектр. Через весь спектр (слева направо) проходит волнообразная линия (синусоидальная кривая) – это электромагнитная волна, которая отображает сущность света как электромагнитного излучения. Грубо говоря, любое излучение – есть волна. Рентгеновское, ионизирующее, радиоизлучение (радиоприемники, телевизионная связь) – не важно, все они являются электромагнитными волнами, только каждый вид излучения имеет разную длину этих волн. Синусоидальная кривая является всего лишь графическим представлением излучаемой энергии, которая изменяется во времени. Это математическое описание излучаемой энергии. На рисунке 1 вы также можете заметить, что изображенная волна как бы немного сжата в левом углу и расширена в правом. Это говорит о том, что она имеет разную длину на различных участках. Длина волны – это расстояние между двумя её соседними вершинами. Видимое излучение (видимый свет) имеет длину волны, которая изменяется в пределах от 380 до 780nm (нанометров). Видимый свет — всего лишь звено одной очень длинной электромагнитной волны.

От света к цвету и обратно

Ещё со школы вы знаете, что если на пути луча солнечного света поставить стеклянную призму, то большая часть света пройдет через стекло, и вы сможете увидеть разноцветные полосы на другой стороне призмы. То есть изначально был солнечный свет — луч белого цвета, а после прохождения через призму разделился на 7 новых цветов. Это говорит о том, что белый свет состоит из этих семи цветов. Помните, я только что говорил, что видимый свет (видимое излучение) — это электромагнитная волна, так вот, те разноцветные полосы, которые получились после прохождения солнечного луча через призму – есть отдельные электромагнитные волны. То есть получаются 7 новых электромагнитных волн. Смотрим на рисунок 2.

Рисунок 2 – Прохождение луча солнечного света через призму.

Каждая из волн имеет свою длину. Видите, вершины соседних волн не совпадают друг с другом: потому что красный цвет (красная волна) имеет длину примерно 625-740nm, оранжевый цвет (оранжевая волна) – примерно 590-625nm, синий цвет (синяя волна) – 435-500nm., не буду приводить цифры для остальных 4-х волн, суть, я думаю, вы поняли. Каждая волна – это излучаемая световая энергия, то есть красная волна излучает красный свет, оранжевая – оранжевый, зеленая – зеленый и т.д. Когда все семь волн излучаются одновременно, мы видим спектр цветов. Если математически сложить графики этих волн вместе, то мы получим исходный график электромагнитной волны видимого света – получим белый свет. Таким образом, можно сказать, что спектр электромагнитной волны видимого света – это сумма волн различной длины, которые при наложении друг на друга дают исходную электромагнитную волну. Спектр «показывает из чего состоит волна». Ну, если совсем просто сказать, то спектр видимого света – это смесь цветов, из которых состоит белый свет (цвет). Надо сказать, что и у других видов электромагнитного излучения (ионизирующего, рентгеновского, инфракрасного, ультрафиолетового и т.д.) тоже есть свои спектры.

Любое излучение можно представить в виде спектра, правда таких цветных линий в его составе не будет, потому, как человек не способен видеть другие типы излучений. Видимое излучение – это единственный вид излучений, который человек может видеть, потому-то это излучение и назвали – видимое. Однако сама по себе энергия определенной длины волны не имеет никакого цвета. Восприятие человеком электромагнитного излучения видимого диапазона спектра происходит благодаря тому, что в сетчатке глаза человека располагаются рецепторы, способные реагировать на это излучение.

Но только ли путем сложения семи основных цветов мы можем получить белый цвет? Отнюдь. В результате научных исследований и практических экспериментов было установлено, что все цвета, которые способен воспринимать человеческий глаз, можно получить смешиванием всего лишь трех основных цветов. Три основных цвета: красный, зеленый, синий. Если с помощью смешивания этих трех цветов можно получить практически любой цвет, значит можно получить и белый цвет! Посмотрите на спектр, который был приведен на рисунке 2, на спектре четко просматриваются три цвета: красный, зеленый и синий. Именно эти цвета лежат в основе цветовой модели RGB (Red Green Blue).

Проверим как это работает на практике. Возьмем 3 источника света (прожектора) — красный, зеленый и синий. Каждый из этих прожекторов излучает только одну электромагнитную волну определенной длины. Красный – соответствует излучению электромагнитной волны длиной примерно 625-740nm (спектр луча состоит только из красного цвета), синий излучает волну длиной 435-500nm (спектр луча состоит только из синего цвета), зеленый – 500-565nm (в спектре луча только зеленый цвет). Три разных волны и больше ничего, нет никакого разноцветного спектра и дополнительных цветов. Теперь направим прожектора так, чтобы их лучи частично перекрывали друг друга, как показано на рисунке 3.

Рисунок 3 — Результат наложения красного, зеленого и синего цветов.

Посмотрите, в местах пересечения световых лучей друг с другом образовались новые световые лучи – новые цвета. Зеленый и красный образовали желтый, зеленый и синий – голубой, синий и красный — пурпурный. Таким образом, изменяя яркость световых лучей и комбинируя цвета можно получить большое многообразие цветовых тонов и оттенков цвета. Обратите внимание на центр пересечения зеленого, красного и синего цветов: в центре вы увидите белый цвет. Тот самый, о котором мы недавно говорили. Белый цвет – это сумма всех цветов. Он является «самым сильным цветом» из всех видимых нами цветов. Противоположный белому – черный цвет. Черный цвет – это полное отсутствие света вообще. То есть там, где нет света — там мрак, там всё становится черным. Пример тому — иллюстрация 4.

Рисунок 4 – Отсутствие светового излучения

Я как-то незаметно перехожу от понятия свет к понятию цвет и вам ничего не говорю. Пора внести ясность. Мы с вами выяснили, что свет – это излучение, которое испускается нагретым телом или находящимся в возбужденном состоянии веществом. Основными параметрами источника света являются длина волны и сила света. Цвет – это качественная характеристика этого излучения, которая определяется на основании возникающего зрительного ощущения. Конечно же, восприятие цвета зависит от человека, его физического и психологического состояния. Но будем считать, что вы достаточно хорошо себя чувствуете, читаете эту статью и можете отличить 7 цветов радуги друг от друга. Отмечу, что на данный момент, речь идет именно о цвете светового излучения, а не о цвете предметов. На рисунке 5 показаны зависимые друг от друга параметры цвета и света.

Рисунки 5 и 6– Зависимость параметров цвета от источника излучения

Существуют основные характеристики цвета: цветовой тон (hue), яркость (Brightness), светлость (Lightness), насыщенность (Saturation).

Цветовой тон (hue)

– Это основная характеристика цвета, которая определяет его положение в спектре. Вспомните наши 7 цветов радуги – это, иначе говоря, 7 цветовых тонов. Красный цветовой тон, оранжевый цветовой тон, зелёный цветовой тон, синий и т.д. Цветовых тонов может быть довольно много, 7 цветов радуги я привел просто в качестве примера. Следует отметить, что такие цвета как серый, белый, черный, а также оттенки этих цветов не относятся к понятию цветовой тон, так как являются результатом смешивания различных цветовых тонов.

Яркость (Brightness)

– Характеристика, которая показывает, насколько сильно излучается световая энергия того или иного цветового тона (красного, желтого, фиолетового и т.п.). А если она вообще не излучается? Если не излучается – значит, её нет, а нет энергии — нет света, а там где нет света, там черный цвет. Любой цвет при максимальном снижении яркости становится черным цветом. Например, цепочка снижения яркости красного цвета: красный — алый — бордовый — бурый — черный. Максимальное увеличение яркости, к примеру, того же красного цвета даст «максимально красный цвет».

Светлость (Lightness)

– Степень близости цвета (цветового тона) к белому. Любой цвет при максимальном увеличении светлости становится белым. Например: красный — малиновый — розовый — бледно-розовый — белый.

– Степень близости цвета к серому цвету. Серый цвет является промежуточным цветом между белым и черным. Серый цвет образуется путем смешивания в равных количествах красного, зеленого, синего цвета с понижением яркости источников излучения на 50%. Насыщенность изменяется непропорционально, то есть понижение насыщенности до минимума не означает, что яркость источника будет снижена до 50%. Если цвет уже темнее серого, при понижении насыщенности он станет ещё более темным, а при дальнейшем понижении и вовсе станет черным цветом.

Такие характеристики цвета как цветовой тон (hue), яркость (Brightness), и насыщенность (Saturation) лежат в основе цветовой модели HSB (иначе называемая HCV).

Для того чтобы разобраться в этих характеристиках цвета, рассмотрим на рисунке 7 палитру цветов графического редактора Adobe Photoshop.

Рисунок 7 – Палитра цветов Adobe Photoshop

Если вы внимательно посмотрите на рисунок, то обнаружите маленький кружочек, который расположен в самом верхнем правом углу палитры. Этот кружочек показывает, какой цвет выбран на цветовой палитре, в нашем случае это красный. Начнем разбираться. Сначала посмотрим на числа и буквы, которые расположены в правой половине рисунка. Это параметры цветовой модели HSB. Самая верхняя буква – H (hue, цветовой тон). Он определяет положение цвета в спектре. Значение 0 градусов означает, что это самая верхняя (или нижняя) точка цветового круга – то есть это красный цвет. Круг разделен на 360 градусов, т.е. получается, в нем 360 цветовых тонов. Следующая буква – S (saturation, насыщенность). У нас указано значение 100% — это значит, что цвет будет «прижат» к правому краю цветовой палитры и имеет максимально возможную насыщенность. Затем идет буква B (brightness, яркость) – она показывает, насколько высоко расположена точка на палитре цветов и характеризует интенсивность цвета. Значение 100% говорит о том, что интенсивность цвета максимальна и точка «прижата» к верхнему краю палитры. Буквы R(red), G(green), B(blue) — это три цветовых канала (красный, зеленый, синий) модели RGB. В каждом в каждом из них указывается число, которое обозначает количество цвета в канале. Вспомните пример с прожекторами на рисунке 3, тогда мы выяснили, что любой цвет может быть получен путем смешивания трех световых лучей. Записывая числовые данные в каждый из каналов, мы однозначно определяем цвет. В нашем случае 8-битный канал и числа лежат в диапазоне от 0 до 255. Числа в каналах R, G, B показывают интенсивность света (яркость цвета). У нас в канале R указано значение 255, а это значит, что это чистый красный цвет и у него максимальная яркость. В каналах G и B стоят нули, что означает полное отсутствие зеленого и синего цветов. В самой нижней графе вы можете увидеть кодовую комбинацию #ff0000 — это код цвета. У любого цвета в палитре есть свой шестнадцатиричный код, который определяет цвет. Есть замечательная статья Теория цвета в цифрах, в которой автор рассказывает как определять цвет по шестнадцатеричному коду.
На рисунке вы также можете заметить перечеркнутые поля числовых значений с буквами «lab» и «CMYK». Это 2 цветовых пространства, по которым тоже можно характеризовать цвета, о них вообще отдельный разговор и на данном этапе незачем вникать в них пока не разберетесь с RGB.
Можете открыть цветовую палитру Adobe Photoshop и поэксперовать со значением цветов в полях RGB и HSB. Вы заметите, что изменение числовых значений в каналах R, G, и B приводит к изменению числовых значений в каналах H, S, B.

Цвет объектов

Пора поговорить о том, как так получается, что окружающие нас предметы принимают свой цвет, и почему он меняется при различном освещении этих предметов.

Объект можно увидеть, только если он отражает или пропускает свет. Если же объект почти полностью поглощает падающий свет, то объект принимает черный цвет. А когда объект отражает почти весь падающий свет, он принимает белый цвет. Таким образом, можно сразу сделать вывод о том, что цвет объекта будет определяться количеством поглощенного и отраженного света, которым этот объект освещается. Способность отражать и поглощать свет определятся молекулярной структурой вещества, иначе говоря — физическими свойствами объекта. Цвет предмета «не заложен в нем от природы»! От природы в нем заложены физические свойства: отражать и поглощать.

Цвет объекта и цвет источника излучения неразрывно связаны между собой, и эта взаимосвязь описывается тремя условиями.

— Первое условие: Цвет объект может принимать только при наличии источника освещения. Если нет света, не будет и цвета! Красная краска в банке будет выглядит черной. В темной комнате мы не видим и не различаем цветов, потому что их нет. Будет черный цвет всего окружающего пространства и находящихся в нем предметов.

— Второе условие: Цвет объекта зависит от цвета источника освещения. Если источник освещения красный светодиод, то все освещаемые этим светом объекты будут иметь только красные, черные и серые цвета.

— И наконец, Третье условие: Цвет объекта зависит от молекулярной структуры вещества, из которого состоит объект.

Зеленая трава выглядит для нас зеленой, потому что при освещении белым светом она поглощает красную и синюю волну спектра и отражает зеленую волну (Рисунок 8).

Рисунок 8 – Отражение зеленой волны спектра

Бананы на рисунке 9 выглядят желтыми, потому что они отражают волны, лежащие в желтой области спектра (желтую волну спектра) и поглощает все остальные волны спектра.

Рисунок 9 – Отражение желтой волны спектра

Собачка, та что изображена на рисунке 10 – белая. Белый цвет – результат отражения всех волн спектра.

Рисунок 10 – Отражение всех волн спектра

Цвет предмета – это цвет отраженной волны спектра. Вот так предметы приобретают видимый нами цвет.

В следующей статье речь пойдет о новой характеристике цвета — цветовой температуре.