Światło i barwa (25 lipca 2005)

Widzenie barwy jakie powstaje w naszych umysłach jest rezultatem interakcji pomiędzy światłem (lub światłem i "oświetlonymi" obiektami) a człowiekiem jako obserwatorem.

Bez tych najczęściej trzech elementów (światło, obiekt, obserwator) widzenie barwy nie zachodzi.
Jeśli zaś wszystkie niezbędne warunki są spełnione proces ten (zakończony rozróżnieniem barwy) kończy swój bieg w naszym mózgu.

Pomijając więc fizyczne (w rozumieniu spektrofotometrycznym) znaczenie, barwa jest subiektywnym wrażeniem, które nie istnieje poza naszą (ludzi oraz niektórych zwierząt) świadomością.

Ten sam obraz widziany przez dwie różne (np. wiek, płeć, stan psycho-fizyczny) osoby:
fot. Marek Madej

Jak zatem przebiega proces widzenia ? Zacznijmy od początku:

1. Światło

Światło jest falą elektromagnetyczną z pewnego przedziału.

Bezpośrednio z promieniowaniem widzialnym sąsiadują: na wykresie z lewej strony nadfiolet (uv=ultraviolet) i z prawej strony podczerwień (ir=infrared), które, choć nie są przez nas widoczne mają istotne znaczenie w pewnych obszarach fotografii.

Jedną z podstawowych cech fali jest jej długość, mierzona w zakresie widzialnym w nanometrach (nm). Jeden nanometr to jedna miliardowa część metra. Oko ludzkie widzi promieniowanie o długościach fali od około 380 do 780 nm. Przy czym czułość oka jest największa po środku tego zakresu a na samych końcach znacznie maleje.

 Dla uproszczenia więc przyjmuje się często, że rozpoznajemy fale w przedziale 400 - 700 nm.

Oko ludzkie posiada receptory "uczulone" na ten właśnie zakres długości fal. Gdy promieniowanie świetlne istnieje w zasięgu naszego wzroku, pobudza ono receptory, które z kolei wysyłają sygnał do naszego mózgu. Następnie sygnał ten rozpoznawany jest przez nasz mózg jako barwa czy też światło o określonej barwie.

Jeśli receptory rozpoznają całe spektrum promieniowania (o prawie maksymalnej równej intensywności) jednocześnie nasz mózg rozpozna to jako światło białe. Jeśli zaś nie "wykryją" żadnego promieniowania (nie będzie żadnego źródła światła) w naszym mózgu powstanie wrażenie czerni.

Gdy przyjmiemy, że na osi poziomej (X) reprezentowana jest długość fali, a na osi pionowej (Y) jej intensywność, to wrażenia bieli i czerni (jako subiektywne odczucia) wynikać mogą z następujących kombinacji widma:

Widmo światła		Wrażenie barwy		Subiektywna nazwa
	=		=	Biała
	=		=	Czarna

Wszelkie stany pośrednie pomiędzy bielą a czernią (jeśli wszystkie długości fal będą miały taką samą intensywność) będą u nas wywoływać wrażenie neutralnej szarości:

Widmo światła		Wrażenie barwy		Subiektywna nazwa
	=		=	Jasnoszara
	=		=	Szara
	=		=	Ciemnoszara

Wiemy już teraz jak nasz system widzenia reaguje na cały zakres widocznych fal (biel jak i różne poziomy szarości) oraz ich brak (czerń). A jak zachowuje się wobec każdej indywidualnej długości fali ?

Cały zakres widma (widmowe barwy nasycone) możemy zobaczyć rzucając białe światło na rozszczepiający pryzmat.

Można w nim rozpoznać siedem regionów z barwami dominującymi (są to tzw. barwy tęczy) oraz mnóstwo innych barw znajdujących się pomiędzy nimi.

Jeśli nasz "system widzenia" wykryje fale o długości zbliżonej do 700 nm widzimy czerwień, jeśli będą to np. fale o długościach około 450 - 500 nm widzimy różne odcienie niebieskiego.

Widmo światła		Wrażenie barwy		Subiektywna nazwa
	=		=	Czerwona
	=		=	Niebieskozielona

Rzeczywiście otaczający nas świat kolorów jest bardziej skomplikowany (mniej "czysty" i bardziej ziarnisty ;-)... i z podstawowymi barwami spotykamy się rzadziej, widząc przede wszystkim barwy złożone.

I tak np. widzimy zielony nie jako rezultat istnienia pojedynczej fali o długości około 550 nm, lecz jako wynik istnienia światła obejmującego szersze spektrum, w którym dominują fale środkowe - zielone...

Widmo światła		Wrażenie barwy		Subiektywna nazwa
	=		=	Jasnozielona

...a wrażenie fioletowego może być wywołane istnieniem fal głównie z okolic niebieskiego i czerwonego (zamiast pojedynczej "fioletowej fali" z lewego krańca widma).

Widmo światła		Wrażenie barwy		Subiektywna nazwa
	=		=	Fioletowa

No właśnie... jak to się dzieje że dominujące fale krótkie (niebieskie) w połączeniu z długimi (czerwonymi) tworzą wrażenie fioletu, który pozornie nie ma z nimi nic wspólnego ?

A w ogóle czy nasz system widzenia jest tak czuły, że rozpozna precyzyjnie każdą z długości fal występujących w widmie światła ? I czy musi być tak czuły, byśmy rozpoznali w efekcie pojedynczą barwę ?

I na końcu: dotychczasowe rozważania dotyczyły światła które dociera do naszych receptorów. Ale skąd ono się bierze gdy patrzymy na przedmiot nie będący źródłem światła ?

W kolejnych częściach artykułu opowiem o tym jak przedmioty przepuszczają (i) lub odbijają światło oraz na jakiej zasadzie działa nasz system widzenia.



Coolscan 2005