| страница в работе, часто обновляется | |||||
|
-=WHYCOLOR=- |
||||
Метамеризм как понятие является лишней сущностью, поэтому должен быть отсечен бритвой Оккама, но этим понятием активно пользуются, поэтому оставим всё как есть. Метамеризм всего лишь феномен, связанный с особенностью детектора -- человеческого глаза. Однако я должен заметить, что одна лишняя сущность заставляет плодиться иные лишние сущности. Таковой является дихроизм (dichroism).
Когда в растворе содержится малая концентрация красителя, то в силу особенностей поглощения света молекулами красителя и раствора, раствор+краситель имеет, к примеру, кривую пропускания, как рисунке 1 (зеленая линия).
| рис.1 D– Коэффициент пропускания (оптическая плотность) раствора красителя в зависимости от длины волны. |  |
Если поставить друг за другом несколько таких фильтров или увеличить концентрацию красителя в растворе, правило Бира (Beer's law) подсказывает форму кривой пропускания (синяя линия).
Малая концентрация имеет зеленый цвет, большая концентрация -- синий. Увеличивая концентрацию красителя в растворе, воспринимаемый на глаз цвет раствора будет меняться от зеленого к синему, последовательно проходя промежуточные оттенки.
В малой концентрации острый пик выше пологого горба примерно в три раза, что по правилу Бира при увеличении концентрации в 5 раз даст пик, который в 35=243 раза выше горба при одновременном уменьшении общего потока пропущенного света. При постепенном увеличении концентрации раствор плавно меняет свой цвет с зеленого через циан (cyan) к синему.
Если кратко, суть дихроизма банальна. Если мы имеем спектр света с двумя линиями, то предъявляя глазу такой стимул, имеем ощущение "зеленый", см. рис2.
| рис.2 линейчатый спектр света равнозначен двум монохромным пятнам свята (источникам) с соответствующими длинами волн. |  |
Когда же мы уберем из спектра ту линию, что покороче, остается одна, синия, спектральная линия. Языком психофизиологии: предъявляя глазу два стимула, показанных на рисунке, получаем ощущение зеленого. Оставляя один стимул, синий, ощущаем синий цвет. Варьируя интенсивности стимулов получим все оттенки между ними. Здесь всё просто и если отвлечься от красителей, мы легко поймем, что дихроизм вытекает из самого принципа аддитивности смешивания световых пучков. Если пучков только два, то все возможные сочетания будут лежать на прямой Максвелловского треугольника цветов. Понятие дихроизм не вносит ничего содержательного в уже давно известное -- это лишняя и потому вредная сущность.
...The colors of all natural bodies have no other origin than this, that they are variously constituted so as to reflect one kind of light in greater plenty than another. And this rule I have tested in a dark room by illuminating those bodies with uncompounded light of different colors. For by that means any body may be made to appear of any color. When so illuminated they do not exhibit their daylight colors but always appear of the color of the light cast upon them, but yet with this difference, that they are most bright and vivid in the light of their own daylight color.
Isaac Newton. "New Theory About Light and Colors," Philosophical Transactions of the Royal Society of London, 80, 3075 (1671–1672)
В цитате выделено мной то, что видел еще Ньютон. ...Любое тело может иметь любой цвет. Поэтому, освещенное так [одним из спектральных светов] , тело не выказывает цвета, видимого на дневном свете, но всегда выглядит окрашеным в цвет падающего на него света. Итак, освещая монохроматическим светом любой предмет, мы можем получить видимый цвет этого предмета отличающимся от цвета под Солнцем. Если вы работали в фотолаборатории под красным фонарем, то могли заметить, что все тела имели цвет от ярко красного до черного. Краситель на подложке -- это фильтр. Возьмем не один монохроматический источник, а два, с теми же длинами волн и интенсивностями, что в примере с дихроизмом на рис.1.
 |
| рис.3 Сплошной спектр света от Солнца, проходит через фильтр и отразившись от подложки, возвращается линейчатым спектром. |
Краситель, работая в качестве фильтра, вырезает из сплошного спектра Солнца те куски, на которых он пропускает, смотри рис.3. Пройдя сквозь краситель-фильтр, получившийся спектр представляет собой два стимула, вызывающих ощущение зеленого. Это в принципе ничем не отличается от рассмотренного примера дихроизма.
Вместо сплошного спектра Солнца для освещения слоя красителя рассмотрим составной источник с дискретным спектром. Вообще говоря, на поверхность Земли излучение Солнца попадает через две атомосферы: Солнечную и Земную, поэтому спектр оказывается совсем не сплошной, а с линиями поглощения (Волластон, 1802; Фраунгофер, 1814). Дискретным спектром обладает например, ртутная лампа:
К ртутным лампам относятся все без исключения лампы дневного света, или люминесцентные лампы. Не имеет значения, что на них написано и какими слоями люминофоров их покрыли, что вам пообещал производитель насчет CRI, и так далее [1]. Самое главное, что это ртутная лампа, и линейчатый спектр паров ртути гарантирован.
Так называемые неоновые лампы, лазеры и светодиоды, как имеющие весьма далекое отношение к допечатной подготовке и цифровой фотографии, здесь не рассматриваем. Экономичность люминесцентных ламп для освещения обусловлена как раз в таким видом спектра излучения. Как установили (совсем недавно), спектр поглощения фотопигментов выглядит так, как показано на Figure 9.2
Кстати, эксперимент очень изобретальный и поучительный. Для фотопигментов cyanolabe, cholorolabe, erythrolabe пики чувствительности соответственно 430, 535, 565 нм. Если мы распределим энергию в спектре как раз по площадкам наибольшей чувствительности фотопигментов, что геометрически соответствует уменьшению площади под спектральными составляющими относительно сплошного спектра, то мы вызовем ощущение белого света, и получим экономию в энергии, необходимой для ощущения яркого света. Надо заметить, что белый свет можно получить и только двумя линиями спектра, причем количество сочетаний «длина волны/ширина спектральных составляющих/мощность», вызывающих ощущение белого света, принципиально бесконечно.
Посмотрим теперь, как работают все три рассмотренные части вместе.
Нам незачем брать столь сложный спектр, как у ртутных ламп или светодиодных матриц, возьмем для ясности источник только с двумя спектральными пиками. Если на входе у красителя-фильтра окажется дискретный спектр частот (я буду иногда менять понятия "длина волны" на "частоту", думаю, путаницы у читателя не должно возникнуть) с линиями, которые не попадают в полосу пропускания красителя-фильтра, на выходе мы получим отсутствие зрительного стимула, то есть черноту. Если в полосу пропускания красителя-фильтра попадет только одна линия составного источника, то только она одна и представит стимул для зрительной системы, вызвав ощущение спектрального цвета этой линии. Даже если ширина спектральных линий составного источника совпадет с шириной тех же линий красителя-фильтра и совпадут их центральные частоты, остается возможность варьировать интенсивность каждого из источников света, или амплитудно-частотную характеристику фильтра между ними, чтобы получить бесконечное количество оттенков между двумя спектральными линиями. И только в этом случае в линейке этих оттенков содержится тот, что получится под сплошным спектром Солнца. Во всех иных случаях констатируется метамеризм, то есть, несоответствие ощущения цвета под Солнцем и под испытуемым источником света. Что заметил еще Ньютон. Обратите внимание: то, что наблюдал Ньютон, когда освещал монохроматическим светом предметы (см. цитату из пункта 1.2), есть феномен "метамерность".
Итак, предельный случай метамеризма -- освещение монохроматическим светом. Отсутствие метамеризма со стороны источника(добавлено 18nov2007) может гарантировать источник сплошного спектра с характеристикой, близкой к дневному свету. Предельный случай дихроизма -- фильтр с острым пиком на передаточной характеристике, или пологим скатом на одной из плеч кривой передаточной характеристики, и резким спадом на другом плече. Дихроизм принципиально отсутствует лишь у ахроматических фильтров, у остальных он потенциально присутствует. Оба эти эффекта могут усилить друг друга. Чем уже и четче пики в передаточной характеристике (то есть кривой отражения спектра) красителя, тем больше шансов при освещении метамерным источником получить цветовой сдвиг в ощущении цвета.
Учитывая изложенное, можно сказать, что выражение "метамерность красителей" характеризует говорящего как человека, не знакомого со всеми аспектами цветового восприятия человеком и физикой света. Метамерность может вызвать лишь источник света. Все люминесцентные лампы потенциально метамерные источники, так как пары ртути внутри этих ламп дают пики в спектре излучения, и лишь в основании заполнены сплошным спектром свечения люминофора.
Самый правильный -- рассеяный свет дня. Банально. Сам знаю. Затем можно брать любые источники, дающие более-менее подходящую форму распределения мощности в спектре и обязательно с гладким спектром. Насколько мне известно, свойством давать сплошной спектр обладает только нагретое тело. Любые просмотровые столы с люминесцентной лампой за N килобаксов от самых престижных производителей гарантируют потенциальную метамерность освещения такого стола. В принципе, явление рассеяния на частицах может подсказать выход для источников с линейчатым спектром: необходимо обеспечить многократное переотражение внутри наполненного частицами объема и выводом потока света наружу. Однако реализация такой идеи представляется мне громоздкой. Гораздо проще перекалить автомобильную галогенную лампу. Самое интересное, что именно такое решение предлагает фирма Solux. Ее исследования показали наибольшую приемлимость для освещения в картинных галереях галогенок с цветовой температурой не 5000K, как можно было ожидать, а 3500-4500K. Не менее интересно, что те же галогенки используют в барабанных сканерах. Как избавиться от потока тепла, смотреть конструкторские решения в кинопроекторах.
После прочтения этой страницы поступило возражение. Мой ответ здесь.
Reference:
1. Joseph N. Tawil. Fluorescents and the Kelvin Myth: Changing the Calibration for Color. http://www.cameraguild.com/technology/kelvin.htm
2. SoLux: The Brilliance of Daylight 24/7? The Truth is in the Spectrum http://solux.net/comparison.htm