Текст статьи Косоуров Г. И. Оранжевое небо // Квант. — 1970. — № 11. — С. 44—48.
В этой статье мы предлагаем несколько опытов по цветовому зрению. Все они связаны с различными иветовыми иллюзиями, вызванными необычными условиями работы глаза или его цветовым утомлением.
Механизм восприятия цветов глазом очень сложен и до конца ещё не изучен. Известно, что сетчатка глаза содержит два рода светочувствительных клеток, которые носят название палочек и колбочек. В палочках содержится фотохимически чувствительный пигмент — зрительный пурпур, или родопсин. Под действием света родопсин обесцвечивается и действует на нервные волокна, передающие возбуждение в мозг. При ярком свете он обесцвечивается полностью и палочки слепнут. В темноте идёт обратный процесс — восстановление зрительного пурпура. Палочковое, сумеречное зрение обладает очень большой чувствительностью, но оно ахроматично. Палочки не чувствуют цвета. При достаточно большой яркости вступает в силу колбочковый механизм зрения. Колбочковое зрение цветочувствительно. Есть много убедительных опытов, приводящих к выводу, что колбочки содержат фотохимически чувствительные пигменты трёх сортов с максимумом чувствительности в красной, зелёной и синей областях спектра. Различная степень выцветания всех трёх пигментов даёт в нашем сознании ощущение цвета и позволяет видеть мир во всём разнообразии красок, оттенков, полутонов и переходов.
На трёхцветной природе цветового зрения основано воспроизведение цветов в кино, в телевидении, в цветной фотографии и в полиграфии. Методы количественного измерения цветов также основаны на трёхцветном принципе.
Однако ощущение цвета можно вызвать не только красками, но и, например, прерывистым освещением. Перечертите тушью на чертёжную бумагу чёрно-белые диски, показанные на рисунках 1 (а, б, в, г). Достаточно, чтобы диски имели диаметр 8—12 см. Вырежьте диски и приведите их в не очень быстрое вращение, примерно 1—3 оборота в секунду. Для этого можно надеть их на ось наматывателя кинопроектора, проигрывателя, магнитофона или просто сделать из дисков волчки. Вместо чёрных дуг вы увидите цветные окружности. Окраска зависит от скорости вращения, освещённости и характера рисунка. Например, у диска на рисунке 1, а дуги, следующие за чёрным сектором (по направлению вращения), при слабом освещении кажутся красными, а при ярком — жёлтыми. При некоторой скорости вращения и ярком освещении чёрные секторы кажутся синими. Полного объяснения этому явлению пока ещё нет.
Краски различаются не только цветом, но и насыщенностью. Если постепенно добавлять к красной краске белила, цвет будет становиться всё более розовым. На картинах и тем более на типографских копиях с картин трудно получить насыщенные тона и большие градации яркости. Отношение яркости самой белой краски к яркости самой чёрной едва достигает ста, а в природе мы имеем дело с различием в яркости во много тысяч раз. Поэтому копии с картин кажутся слишком бледными либо, наоборот, слишком тёмными. Это нарушает один из элементов восприятия объёмности — воздушную перспективу. Изображение пейзажа или жанровой сцены выглядит плоским. Значительно шире диапазон передаваемых яркостей при проекции на экран диапозитивов. Именно поэтому так выразительны и объёмны фотографии на цветной обратимой плёнке — слайды.
Восприятие картины можно значительно улучшить, освещая её специальным образом. Возьмите цветную вклейку из «Огонька», сфотографируйте её и отпечатайте контактным способом с плёнки на плёнку контрастный чёрно-белый диапозитив. Вставьте диапозитив в проектор с большим световым потоком (подойдёт проектор типа «Свет») и спроектируйте диапозитив на оригинал так, чтобы контуры проекции и оригинала точно совпадали. Результат не заставит вас пожалеть о затраченном труде. Картина оживёт, приобретёт объёмность и особую выразительность. Выключите проектор, и вы убедитесь, насколько тускла и невыразительна картина при равномерном освещении.
Следующие опыты относятся к так называемым последовательным цветовым образам. Это явление связано с тем, что полное восстановление цветочувствительного пигмента — процесс сравнительно медленный. Если продолжительное время смотреть на одноцветный рисунок, а потом перевести взгляд на белую бумагу, стену или потолок, то белый цвет будет восприниматься так, как будто в нём недостаёт цвета, утомившего глаз. На белой поверхности будет виден тот же рисунок, но окрашенный в цвет, который называют дополнительным. Вырежьте из цветной бумаги красный, оранжевый, жёлтый, зелёный, синий и фиолетовый квадратики размером
Для смешения дополнительных цветов положите рядом два дополнительных квадратика и поставьте между ними стеклянную пластинку (рис. 3). Расположите глаз так, чтобы один квадратик видеть сквозь стекло, а другой — отражённым в стекле. Меняя наклон стекла и тем самым соотношение между световыми потоками, идущими от квадратиков, можно добиться того, что окраска в месте перекрытия изображений почти исчезнет. Для полной ахроматизации изображения нужен точный подбор цветов. Чаще всего получается бурая окраска. Но если взять два явно не дополнительных цвета, например зелёный и жёлтый или красный и фиолетовый, яркая окраска получится при любой их смеси. Ещё более яркие цветовые образы возникают, если квадратики класть не на белую бумагу, а на дополнительный фон.
После того, как вы приобрели опыт наблюдения на простых фигурах, попробуйте сделать из цветной бумаги аппликацию, подобную приведённой на рисунке перед статьёй, т. е. заменив в пейзаже цвета на дополнительные. Рассматривая картинку так же, как рассматривали квадратики, вы очень скоро научитесь видеть на белом фоне пейзажи в натуральных цветах. Для успеха нужно только достаточно яркое освещение. Самую поразительную и самую непонятную цветовую иллюзию даёт наш последний опыт. Мы уже говорили, что в основе воспроизведения цветов лежит трёхцветная система. Если три раза сфотографировать одну и ту же сцену через три светсфильтра: красный, зелёный и синий — и, отпечатав позитивные копии, спроектировать их тремя проекторами на одно и то же место экрана через те же светофильтры, то на экране появится цветное изображение с правильной передачей цветов. При этом светофильтры должны быть подобраны так, чтобы в сумме они давали белый цвет. Можно ограничиться двумя фотографиями через два дополнительных светофильтра, например, красный и зелёный. При этом тоже получается хорошая цветопередача, хотя и не столь совершенная, как в трёхцветном способе. Но, оказывается, при проекции можно ограничиться и одним цветным светофильтром. Снимите одну и ту же цветную сцену, не перемещая аппарат, два раза на панхроматическую плёнку через красный и зелёный светофильтры.
В точном подборе светофильтров нет необходимости. Вполне подойдут светофильтры из школьного набора. Контактно отпечатайте на плёнку позитивные копии. Полученные диапозитивы вставьте в два проектора и спроектируйте диапозитивы на экран так, чтобы контуры изображений точно совпали. Перед объективом проектора, в который вставлен диапозитив, снятый через красный фильтр, поставьте красный светофильтр, а второе изображение оставьте чёрно-белым (рис. 4). Вы увидите цветное изображение во всём богатстве красок, несмотря на то что проектируете вы только красное и чёрно-белое изображения с разным распределением света и тени. Любые объективные исследования света, отражённого разными местами экрана, дадут только красный цвет различной степени чистоты или насыщенности. Ощущение цветов в данном случае чисто субъективное. Проекторы лучше включать через автотрансформаторы (рис. 4), чтобы можно было независимо регулировать освещённость, даваемую на экран каждым из них. Как правило, ощущение наиболее правильной цветопередачи возникает при небольшой освещённости экрана.
Таким образом, простое и очевидное полно тайн и загадок.