Спектральная чувствительность глаза к яркости

Как можно увидеть из рис. 6.9, области чувствительности различных типов колбочек  значительно  перекрываются.  Поэтому,  как  правило,  в  процессе  восприятия

глазом падающего на него света возбуждаются все три сорта колбочек. А поскольку чувствительности  разных типов  колбочек  отличаются  очень  сильно,  то  глаз  человека

имеет неодинаковую чувствительность к разным длинам волн. Особенно хорошо воспринимается зеленый цвет, красный — несколько слабее, а чувствительность к синему цвету чрезвычайно низка. В результате отдельные цветовые составляющие цветного изображения вносят разный вклад в ощущение яркости.

На практике в качестве яркостной характеристики чувствительности глаза обычно используют кривую спектральной чувствительности (рис. 6.10). Для дневного освещения ее можно получить путем суммирования приведенных на рис.6.10 спектральных составляющих трех типов колбочек с последующим нормированием полученной кривой (путем деления всех ее составляющих на максимальное значение яркости). По существу этот график представляет собой не что иное, как КПД человеческого глаза. По графику можно легко оценить, какая часть попавшего в глаз света вносит наибольший вклад в формирование ощущения цвета. Так, для получения с помощью синего цвета такого же ощущения яркости, как от зеленого цвета, его реальная энергия должна быть в несколько раз выше.

Рис. 6.10. Кривые спектральной чувствительности глаза при различных условиях внешнего освещения: 1- в сумерках, 2 - при дневном освещении

При получении кривой спектральной чувствительности в качестве нормирующего коэффициента используется принятая за единицу спектральная эффективность желто- зеленого излучения с длиной волны 555 нм. Для отображения интенсивности составляющей спектра используется обозначение V .

При оценке яркостной чувствительности цвета следует учитывать, что свой вклад в

ощущение яркости вносят как колбочки, так и палочки (рис. 6.11). А поскольку максимальная чувствительность палочек по сравнению с колбочками лежит в более коротковолновой области спектра (соответственно 500 нм против 555 нм), то именно этим фактором объясняется зависимость спектральной чувствительности от внешней освещенности.

Вклад  палочек  и  колбочек  в  результирующее  значение  яркости  определяется

условиями освещенности. Так, в темноте работают только палочки. В сумерках в формировании яркостного восприятия участвуют и палочки, и колбочки, а при повышении уровня освещенности начинают доминировать палочки.

Рис. 6.11. Спектральная чувствительность палочек и колбочек

Это легко проверить на практике. Если вам приходилось встречать рассвет за рыбалкой на реке или озере, то вы можете вспомнить, что поначалу серый окружающий фон с восходом солнца понемногу расцвечивается в цветовые тона.

В результате проведения многочисленных психологических тестов наряду с тео-

ретическими исследованиями было установлено, что для большинства людей ощущение яркости при восприятии цветных изображений определяется на 71,5% зеленой составляющей, 21 % — красной и 7,2% — синей. Таким образом, если известны зеленая, синяя и красная составляющие источника цвета, то воспринимаемая нашим глазом результирующая яркость такого источника может быть определена по формуле:

Яркость = 0,715160 × зеленый + 0,212671 × красный + 0,072169 × синий.

Существуют и другие выражения для определения яркости. Для стандарта в области NTSC телевидения:

Яркость = 0,59 × зеленый + О J ×красный + 0,11 ×синий.