Метамерия (цвет)

Метамери́я (или метамери́зм) — свойство зрения, при котором свет различного спектрального состава может вызывать ощущение одинакового цвета. В более узком смысле, метамерией называют явление, когда два окрашенных образца воспринимаются одинаково окрашенными под одним источником освещения, но теряют сходство при других условиях освещения (с другими спектральными характеристиками излучаемого света).

Физиологические причины метамерии

Физиологически метамерия зрения основана на строении периферического отдела зрительного анализатора. У позвоночных эту функцию выполняет сетчатка, в которой за восприятие цвета отвечают особые фоторецепторные клетки — колбочки. Колбочки представляют собой сенсорные нейроны, в мембранных дисках которых содержатся светочувствительные пигменты — опсины.

У высших приматов (узконосые и частично широконосые обезьяны), в том числе и у человека, имеется три типа колбочек; светочувствительные пигменты в этих колбочках способны преимущественно воспринимать свет в фиолетово-синей, зелено-жёлтой и жёлто-красной частях спектра. Диапазоны чувствительности этих трёх типов колбочек частично перекрываются. От колбочки в головной мозг поступает сигнал, кодирующий интегральное значение интенсивности светового излучения в соответствующей части спектра. Таким образом, человеческое цветовое зрение является трёхстимульным анализатором: характеристики цвета выражаются всего в трёх значениях. Если свет с разным спектральным составом производит на колбочки одинаковое интегральное действие, соответствующие цвета воспринимаются как одинаковые.

У подавляющего большинства млекопитающих зрение — двухкомпонентное (имеются всего две разновидности опсинов). Так, европейская рыжая полёвка различает лишь красный и жёлтый цвета, а у опоссума, лесного хоря и некоторых других видов цветное зрение вообще не обнаружено. У птиц же имеется четырёхкомпонентное цветовое зрение, и хищные птицы видят следы грызунов на тропинках к норам благодаря ультрафиолетовой люминесценции компонентов их мочи.

Проявления метамерии

Явление метамерии допускает простое количественное описание, если обратиться к математическому описанию цвета — например, в рамках цветового пространства CIE XYZ. В данной цветовой модели каждому излучению со спектральной плотностью распределения мощности <math>P(\lambda)</math> сопоставлены три координаты цвета <math>x',</math> <math>y',</math> <math>z',</math>, вычисляемые по формулам:

<math>x'\;=\;\int P(\lambda)\,\overline{x}(\lambda)\,{\rm d}\lambda\,,\;\;y'\;=\;\int P(\lambda)\,\overline{y}(\lambda)\,{\rm d}\lambda\,,\;\;z'\;=\;\int P(\lambda)\,\overline{z}(\lambda)\,{\rm d}\lambda\,,</math>

где <math>\lambda</math> — длина волны, <math>\overline{x}(\lambda),</math> <math>\overline{y}(\lambda),</math> <math>\overline{z}(\lambda)</math> — ординаты кривых сложения в системе CIE XYZ, а интеграл берётся по спектральному диапазону видимого излучения.

Поскольку цвета, отвечающие двум метамерным излучениям со спектральными плотностями распределения мощности <math>P_1(\lambda)</math> и <math>P_2(\lambda),</math> совпадают, то должны попарно совпадать и соответствующие значения координат цвета. Следовательно, необходимым и достаточным условием метамерности является выполнение трёх равенств:

<math>\int P_1(\lambda)\,\overline{x}(\lambda)\,{\rm d}\lambda\;=\;\int P_2(\lambda)\,\overline{x}(\lambda)\,{\rm d}\lambda\,,</math>

<math>\int P_1(\lambda)\,\overline{y}(\lambda)\,{\rm d}\lambda\;=\;\int P_2(\lambda)\,\overline{y}(\lambda)\,{\rm d}\lambda\,,</math>

<math>\int P_1(\lambda)\,\overline{z}(\lambda)\,{\rm d}\lambda\;=\;\int P_2(\lambda)\,\overline{z}(\lambda)\,{\rm d}\lambda\,.</math>

Различие спектральных плотностей <math>P_1(\lambda)</math> и <math>P_2(\lambda)</math> может быть связано с применением излучений двух различных источников, а в случае несамосветящихся объектов — также и различием в отражательных свойствах объектов. Поэтому причиной метамерии могут быть как различия в спектральном составе излучения источников, так и различия в оптических свойствах освещаемых объектов.

В силу перечисленных причин цвет предмета может измениться при смене освещения. Например, если подбирать к платью по его цвету какой-либо аксессуар при люминесцентном освещении в магазине, то при выходе из магазина на солнечную улицу можно столкнуться с явным несоответствием цветов. Ярко-красные цвета в свете люминесцентных ламп часто выглядят близкими к бордовому. При этом свойство адаптивности цветового зрения не может компенсировать разницы.

В случае освещения предмета монохроматическим источником света (например, лазером) или рассматривания его через светофильтр с узкой полосой пропускания, предмет может вообще потерять цветовой тон.

Если освещение производится двумя дополнительными монохроматическими цветами (например, оранжевым и синим), смешанными в пропорции, вызывающей ощущение белого света, то любые краски, кроме флуоресцентных, будут выглядеть либо нейтральными цветами (белым, серым, чёрным), либо имеющими разную светлоту и насыщенность оттенками одной или другой монохроматической компоненты («дальтоническая лампа»); зрение как бы становится «двухкомпонентным».

Экспериментально установлено, что можно воспроизвести такой метамерный дневному свету световой поток, что при освещении им лист бумаги, выглядевший белым при дневном освещении, белым и останется, а вот лимон, выглядевший при дневном освещении ярко-жёлтым, окажется красным.

Практические применения метамерии

Технические системы регистрации изображений, как цифровые, так и аналоговые, в большинстве своём также являются трёхстимульными (три слоя эмульсии фотоплёнки, три типа ячеек матрицы цифрового фотоаппарата или сканера). Однако их метамерия отлична от метамерии человеческого зрения. Поэтому цвета, воспринимаемые глазом как одинаковые, на фотографии могут получаться разными, и наоборот.

На метамерии основано воспроизведение цвета в полиграфии, фотографии, кино, телевидении, живописи. Благодаря ей из смеси разных по характеристикам спектрального поглощения наборов пигментов (или разных по спектру излучения наборов люминофоров в случае с телевизорами и мониторами) могут быть составлены цвета, воспринимаемые глазом как одинаковые.

В случае с отраженным или проходящим через прозрачные оригиналы светом возникновение ощущения одинакового цвета при использовании разных наборов пигментов зависит от освещения. Отраженный или проходящий свет частично поглощается пигментом, но конечный спектр воспринимаемого глазом света зависит не только от характеристики пигмента, но и от характеристики источника освещения. Из-за этого два образца, воспринимающиеся одинаковыми при дневном свете, могут различаться на глаз при искусственном освещении.

Методики для учёта явления метамерии

Принцип метамерии приводит и к тому, что при монохроматичной подсветке некоторые цвета теряют насыщенность. В полиграфии и промышленности расчет цветовых различий (дельта Е) при метамерии, когда два цвета при одних условиях освещения могут казаться одинаковыми, а при других — разными, может быть проведен с помощью специального математического обеспечения. Программы позволяют компенсировать искажения зрительного восприятия от метамерии при расчетах цветовых различий в следующих системах координат: dE*CIELAB, dE FMCII, dE CMC, dE*94, dE*2000.

См. также

• Цветопостоянство

Литература

• Агостон Ж.  Теория цвета и её применение в искусстве и дизайне. — М.: Мир, 1982. — 184 с.
• Джадд Д., Вышецки Г.  Цвет в науке и технике. — М.: Мир, 1978. — 592 с.
• Луизов А. В.  Цвет и свет. — Л.: Энергоатомиздат, 1989. — 256 с. — ISBN 5-283-04410-6.
• Fairchild M. D.  Color Appearance Models. 2nd ed. — Reading (MA): Addison Wesley Longman, 2005. — 385 p. — ISBN 0-470-01216-1.
• Hunt R. W. G.  The Reproduction of Color. 6th ed. — Chichester: John Wiley & Sons, 2004. — 792 p. — ISBN 0-470-02425-9.
• Wyszecki G., Stiles W. S.  Color Science: Concepts and Methods, Quantitative Data and Formulae. 2nd ed. — New York: Wiley Interscience, 2000. — 968 p. — ISBN 978-0-471-39918-6.

Отрывок, характеризующий Метамерия (цвет)

Петя, после полученного им решительного отказа, ушел в свою комнату и там, запершись от всех, горько плакал. Все сделали, как будто ничего не заметили, когда он к чаю пришел молчаливый и мрачный, с заплаканными глазами.
На другой день приехал государь. Несколько человек дворовых Ростовых отпросились пойти поглядеть царя. В это утро Петя долго одевался, причесывался и устроивал воротнички так, как у больших. Он хмурился перед зеркалом, делал жесты, пожимал плечами и, наконец, никому не сказавши, надел фуражку и вышел из дома с заднего крыльца, стараясь не быть замеченным. Петя решился идти прямо к тому месту, где был государь, и прямо объяснить какому нибудь камергеру (Пете казалось, что государя всегда окружают камергеры), что он, граф Ростов, несмотря на свою молодость, желает служить отечеству, что молодость не может быть препятствием для преданности и что он готов… Петя, в то время как он собирался, приготовил много прекрасных слов, которые он скажет камергеру.
Петя рассчитывал на успех своего представления государю именно потому, что он ребенок (Петя думал даже, как все удивятся его молодости), а вместе с тем в устройстве своих воротничков, в прическе и в степенной медлительной походке он хотел представить из себя старого человека. Но чем дальше он шел, чем больше он развлекался все прибывающим и прибывающим у Кремля народом, тем больше он забывал соблюдение степенности и медлительности, свойственных взрослым людям. Подходя к Кремлю, он уже стал заботиться о том, чтобы его не затолкали, и решительно, с угрожающим видом выставил по бокам локти. Но в Троицких воротах, несмотря на всю его решительность, люди, которые, вероятно, не знали, с какой патриотической целью он шел в Кремль, так прижали его к стене, что он должен был покориться и остановиться, пока в ворота с гудящим под сводами звуком проезжали экипажи. Около Пети стояла баба с лакеем, два купца и отставной солдат. Постояв несколько времени в воротах, Петя, не дождавшись того, чтобы все экипажи проехали, прежде других хотел тронуться дальше и начал решительно работать локтями; но баба, стоявшая против него, на которую он первую направил свои локти, сердито крикнула на него:
– Что, барчук, толкаешься, видишь – все стоят. Что ж лезть то!
– Так и все полезут, – сказал лакей и, тоже начав работать локтями, затискал Петю в вонючий угол ворот.
Петя отер руками пот, покрывавший его лицо, и поправил размочившиеся от пота воротнички, которые он так хорошо, как у больших, устроил дома.
Петя чувствовал, что он имеет непрезентабельный вид, и боялся, что ежели таким он представится камергерам, то его не допустят до государя. Но оправиться и перейти в другое место не было никакой возможности от тесноты. Один из проезжавших генералов был знакомый Ростовых. Петя хотел просить его помощи, но счел, что это было бы противно мужеству. Когда все экипажи проехали, толпа хлынула и вынесла и Петю на площадь, которая была вся занята народом. Не только по площади, но на откосах, на крышах, везде был народ. Только что Петя очутился на площади, он явственно услыхал наполнявшие весь Кремль звуки колоколов и радостного народного говора.
Одно время на площади было просторнее, но вдруг все головы открылись, все бросилось еще куда то вперед. Петю сдавили так, что он не мог дышать, и все закричало: «Ура! урра! ура!Петя поднимался на цыпочки, толкался, щипался, но ничего не мог видеть, кроме народа вокруг себя.
На всех лицах было одно общее выражение умиления и восторга. Одна купчиха, стоявшая подле Пети, рыдала, и слезы текли у нее из глаз.
– Отец, ангел, батюшка! – приговаривала она, отирая пальцем слезы.
– Ура! – кричали со всех сторон. С минуту толпа простояла на одном месте; но потом опять бросилась вперед.
Петя, сам себя не помня, стиснув зубы и зверски выкатив глаза, бросился вперед, работая локтями и крича «ура!», как будто он готов был и себя и всех убить в эту минуту, но с боков его лезли точно такие же зверские лица с такими же криками «ура!».
«Так вот что такое государь! – думал Петя. – Нет, нельзя мне самому подать ему прошение, это слишком смело!Несмотря на то, он все так же отчаянно пробивался вперед, и из за спин передних ему мелькнуло пустое пространство с устланным красным сукном ходом; но в это время толпа заколебалась назад (спереди полицейские отталкивали надвинувшихся слишком близко к шествию; государь проходил из дворца в Успенский собор), и Петя неожиданно получил в бок такой удар по ребрам и так был придавлен, что вдруг в глазах его все помутилось и он потерял сознание. Когда он пришел в себя, какое то духовное лицо, с пучком седевших волос назади, в потертой синей рясе, вероятно, дьячок, одной рукой держал его под мышку, другой охранял от напиравшей толпы.
– Барчонка задавили! – говорил дьячок. – Что ж так!.. легче… задавили, задавили!
Государь прошел в Успенский собор. Толпа опять разровнялась, и дьячок вывел Петю, бледного и не дышащего, к царь пушке. Несколько лиц пожалели Петю, и вдруг вся толпа обратилась к нему, и уже вокруг него произошла давка. Те, которые стояли ближе, услуживали ему, расстегивали его сюртучок, усаживали на возвышение пушки и укоряли кого то, – тех, кто раздавил его.
– Этак до смерти раздавить можно. Что же это! Душегубство делать! Вишь, сердечный, как скатерть белый стал, – говорили голоса.
Петя скоро опомнился, краска вернулась ему в лицо, боль прошла, и за эту временную неприятность он получил место на пушке, с которой он надеялся увидать долженствующего пройти назад государя. Петя уже не думал теперь о подаче прошения. Уже только ему бы увидать его – и то он бы считал себя счастливым!
Во время службы в Успенском соборе – соединенного молебствия по случаю приезда государя и благодарственной молитвы за заключение мира с турками – толпа пораспространилась; появились покрикивающие продавцы квасу, пряников, мака, до которого был особенно охотник Петя, и послышались обыкновенные разговоры. Одна купчиха показывала свою разорванную шаль и сообщала, как дорого она была куплена; другая говорила, что нынче все шелковые материи дороги стали. Дьячок, спаситель Пети, разговаривал с чиновником о том, кто и кто служит нынче с преосвященным. Дьячок несколько раз повторял слово соборне, которого не понимал Петя. Два молодые мещанина шутили с дворовыми девушками, грызущими орехи. Все эти разговоры, в особенности шуточки с девушками, для Пети в его возрасте имевшие особенную привлекательность, все эти разговоры теперь не занимали Петю; ou сидел на своем возвышении пушки, все так же волнуясь при мысли о государе и о своей любви к нему. Совпадение чувства боли и страха, когда его сдавили, с чувством восторга еще более усилило в нем сознание важности этой минуты.
Вдруг с набережной послышались пушечные выстрелы (это стреляли в ознаменование мира с турками), и толпа стремительно бросилась к набережной – смотреть, как стреляют. Петя тоже хотел бежать туда, но дьячок, взявший под свое покровительство барчонка, не пустил его. Еще продолжались выстрелы, когда из Успенского собора выбежали офицеры, генералы, камергеры, потом уже не так поспешно вышли еще другие, опять снялись шапки с голов, и те, которые убежали смотреть пушки, бежали назад. Наконец вышли еще четверо мужчин в мундирах и лентах из дверей собора. «Ура! Ура! – опять закричала толпа.
– Который? Который? – плачущим голосом спрашивал вокруг себя Петя, но никто не отвечал ему; все были слишком увлечены, и Петя, выбрав одного из этих четырех лиц, которого он из за слез, выступивших ему от радости на глаза, не мог ясно разглядеть, сосредоточил на него весь свой восторг, хотя это был не государь, закричал «ура!неистовым голосом и решил, что завтра же, чего бы это ему ни стоило, он будет военным.
Толпа побежала за государем, проводила его до дворца и стала расходиться. Было уже поздно, и Петя ничего не ел, и пот лил с него градом; но он не уходил домой и вместе с уменьшившейся, но еще довольно большой толпой стоял перед дворцом, во время обеда государя, глядя в окна дворца, ожидая еще чего то и завидуя одинаково и сановникам, подъезжавшим к крыльцу – к обеду государя, и камер лакеям, служившим за столом и мелькавшим в окнах.
За обедом государя Валуев сказал, оглянувшись в окно:
– Народ все еще надеется увидать ваше величество.
Обед уже кончился, государь встал и, доедая бисквит, вышел на балкон. Народ, с Петей в середине, бросился к балкону.
– Ангел, отец! Ура, батюшка!.. – кричали народ и Петя, и опять бабы и некоторые мужчины послабее, в том числе и Петя, заплакали от счастия. Довольно большой обломок бисквита, который держал в руке государь, отломившись, упал на перилы балкона, с перил на землю. Ближе всех стоявший кучер в поддевке бросился к этому кусочку бисквита и схватил его. Некоторые из толпы бросились к кучеру. Заметив это, государь велел подать себе тарелку бисквитов и стал кидать бисквиты с балкона. Глаза Пети налились кровью, опасность быть задавленным еще более возбуждала его, он бросился на бисквиты. Он не знал зачем, но нужно было взять один бисквит из рук царя, и нужно было не поддаться. Он бросился и сбил с ног старушку, ловившую бисквит. Но старушка не считала себя побежденною, хотя и лежала на земле (старушка ловила бисквиты и не попадала руками). Петя коленкой отбил ее руку, схватил бисквит и, как будто боясь опоздать, опять закричал «ура!», уже охриплым голосом.
Государь ушел, и после этого большая часть народа стала расходиться.
– Вот я говорил, что еще подождать – так и вышло, – с разных сторон радостно говорили в народе.
Как ни счастлив был Петя, но ему все таки грустно было идти домой и знать, что все наслаждение этого дня кончилось. Из Кремля Петя пошел не домой, а к своему товарищу Оболенскому, которому было пятнадцать лет и который тоже поступал в полк. Вернувшись домой, он решительно и твердо объявил, что ежели его не пустят, то он убежит. И на другой день, хотя и не совсем еще сдавшись, но граф Илья Андреич поехал узнавать, как бы пристроить Петю куда нибудь побезопаснее.


15 го числа утром, на третий день после этого, у Слободского дворца стояло бесчисленное количество экипажей.
Залы были полны. В первой были дворяне в мундирах, во второй купцы с медалями, в бородах и синих кафтанах. По зале Дворянского собрания шел гул и движение. У одного большого стола, под портретом государя, сидели на стульях с высокими спинками важнейшие вельможи; но большинство дворян ходило по зале.
Все дворяне, те самые, которых каждый день видал Пьер то в клубе, то в их домах, – все были в мундирах, кто в екатерининских, кто в павловских, кто в новых александровских, кто в общем дворянском, и этот общий характер мундира придавал что то странное и фантастическое этим старым и молодым, самым разнообразным и знакомым лицам. Особенно поразительны были старики, подслеповатые, беззубые, плешивые, оплывшие желтым жиром или сморщенные, худые. Они большей частью сидели на местах и молчали, и ежели ходили и говорили, то пристроивались к кому нибудь помоложе. Так же как на лицах толпы, которую на площади видел Петя, на всех этих лицах была поразительна черта противоположности: общего ожидания чего то торжественного и обыкновенного, вчерашнего – бостонной партии, Петрушки повара, здоровья Зинаиды Дмитриевны и т. п.
Пьер, с раннего утра стянутый в неловком, сделавшемся ему узким дворянском мундире, был в залах. Он был в волнении: необыкновенное собрание не только дворянства, но и купечества – сословий, etats generaux – вызвало в нем целый ряд давно оставленных, но глубоко врезавшихся в его душе мыслей о Contrat social [Общественный договор] и французской революции. Замеченные им в воззвании слова, что государь прибудет в столицу для совещания с своим народом, утверждали его в этом взгляде. И он, полагая, что в этом смысле приближается что то важное, то, чего он ждал давно, ходил, присматривался, прислушивался к говору, но нигде не находил выражения тех мыслей, которые занимали его.
Был прочтен манифест государя, вызвавший восторг, и потом все разбрелись, разговаривая. Кроме обычных интересов, Пьер слышал толки о том, где стоять предводителям в то время, как войдет государь, когда дать бал государю, разделиться ли по уездам или всей губернией… и т. д.; но как скоро дело касалось войны и того, для чего было собрано дворянство, толки были нерешительны и неопределенны. Все больше желали слушать, чем говорить.