О природе цвета
Итак, обычный белый свет является композицией множества других цветов. Все люди с нормальным зрением уверенно различают семь цветов радуги и множество промежуточных оттенков. В общей сложности человеческий глаз различает несколько миллионов цветов.
Если лучи различных цветов с помощью линз и зеркал сфокусировать (т. е. смешать) в один пучок, то вновь получим белый цвет. Опыты по разложению белого света на цветные составляющие и сведению их снова в белый луч впервые провел И. Ньютон в XVII веке. Путем смешения лучей различных цветов можно получать другие цвета, даже такие, которых нет в спектре разложения белого цвета. Различные цвета можно получать и смешением красок. Однако цвет, возникающий в результате смешения цветных лучей света, будет отличаться от цвета, полученного смешением аналогичных красок. Например, красный, зеленый и синий лучи света вместе дают белый цвет, а смешение соответствующих красок – грязно-коричневый. Попробуйте зачертить на одном месте бумаги сначала красным карандашом, потом зеленым и синим. Никакого подобия белого цвета вы не получите. Дело в том, что цвета красок мы видим в отраженном свете, который отличается от падающего. Видимый отраженный цвет получается в результате поглощения части падающего света. Таким образом, чтобы предсказать, какой цвету нас получится, необходимо знать, что мы будем смешивать – лучи света или краски. Все сказанное имеет прямое отношение к компьютерной графике. Мониторы отображают цвета в результате смешения цветных лучей света, испускаемых люминофорами, а печатающие устройства – смешивают краски, т. е. вещества, обладающие способностью поглощать одну часть лучей света и отражать – другую.
Оказалось, что почти все цвета можно получить путем смешения в подходящих пропорциях только трех так называемых базовых цветов. Например, в качестве базовых цветов можно взять красный, зеленый и синий, если смешивать лучи света. Если же смешивать краски, то базовыми будут голубой, пурпурный и желтый цвета. Важно, что количество базовых цветов невелико. Это позволяет довольно компактно представлять информацию о цвете в памяти компьютера. Именно это обстоятельство, обнаруженное физиками несколько столетий назад, открыло перспективу для создания техники воспроизведения и хранения графической информации. Открытие возможности представления практически любого цвета через несколько базовых подобно изобретению азбуки в письменности.
Говоря о цветах, часто используют термины тон и оттенок, а также тени, средние тона и света. Под тоном обычно понимают спектральный цвет или цвет, полученный смешением базовых цветов максимальной яркости. Изменяя (уменьшая яркость) данного цвета, получают его оттенки. Под тенями имеют в виду области изображения низкой яркости (освещенности). Аналогично, средние тона – участки изображения средней яркости, а света – участки высокой яркости. Если смешать лучи трех базовых цветов (красного, зеленого и синего) одинаковой яркости, то получится некий оттенок серого цвета. Сохраняя одинаковость яркостей составляющих, но изменяя величину яркости, можно получить всю шкалу оттенков серого цвета (grayscale), от черного до белого. Изображения, выполненные в оттенках (или градациях) серого цвета, называют полутоновыми.
А теперь мы рассмотрим важную характеристику света, которая называется температурой. Дело в том, что современные мониторы, а также фотопленки характеризуются, помимо прочего, величиной цветовой температуры, и фотохудожники, кинооператоры и полиграфисты не могут ею пренебречь. Более того, профессионалы в значительной мере отличаются от любителей тем, что хорошо понимают и умело используют это понятие в своей практике. Мы различаем зимний и летний полуденный белый свет в ясную погоду, отличаем утренний и вечерний белый свет от ясного неба. Мы уж не говорим о различиях белого света при различных вариациях состояния атмосферы: облачность, туман, видимость солнца и т. п. А как насчет освещения лампы в помещении? Лампы могут быть обычными, т. е. лампами накаливания, а также дневного света с различными наполнителями. Лампы дают нам белый, но особенный свет. И эти различия белого света можно описать количественно, просто через температуру света.
Откуда взялось понятие "белый свет"? Белый свет исходит от Солнца, неба (даже тогда, когда Солнца не видно), электрических ламп. Таким образом, белый свет создается природой и искусственными приборами. Вместе с тем, при его изучении выяснились следующие весьма любопытные обстоятельства.
Как уже отмечалось, белый свете помощью обычной стеклянной призмы можно разложить на множество составляющих различного цвета. Эту разноцветную шкалу обычно называют спектром. Но спектр это не просто шкала цветов. Каждый участок этой шкалы характеризуется еще одной характеристикой – мощностью (яркостью, интенсивностью) излучения в соответствующем диапазоне волн. Вспомним, что свет (излучение, распространяющееся в виде волны) воспринимается глазом как окрашенный в тот или иной цвет в зависимости от длины волны. Таким образом, мы могли бы представить спектр как некоторую кривую в системе координат, по горизонтальной оси которой отложены значения длины волны, а по вертикальной – энергия излучения. Вдоль горизонтальной оси дополнительно можно растянуть линейку соответствующих цветов, для наглядности. Чтобы идти дальше, нам понадобится еще одна абстракция: так называемое абсолютно черное тело. Но сначала скажем о просто черном теле.
Понятно, что это – любое тело, воспринимаемое нами как окрашенное в черный цвет. Например, черная бархотка, нагуталиненные сапоги, сажа и т. п. Мы уже знаем, что черное тело потому и черное, что поглощает почти все составляющие падающего на него белого цвета. Так вот: абсолютно черное тело поглощает абсолютно все падающее на него электромагнитное излучение (в том числе и белый свет) и ничего не отражает. Однако если абсолютно черное тело нагреть, то оно начнет излучать. Спектр этого излучения зависит только от температуры нагрева тела и не зависит от природы его материала. Напомним, что спектр – это распределение энергии излучения по длинам волн. На рисунке показана зависимость энергии Е излучения абсолютно черного тела от длины волны 
, излучения и температуры Т.
Рис. 4. Распределение энергии в спектре излучения абсолютно черного тела