Luminozitatea și sensibilitatea la culoare

Ochiul, care este organul vederii, este un organ cu un singur simţ, în sensul că produce un singur fel de senzație, aceea de a vedea. Experiențele noastre vizuale au originea lor în raze de lumină care afectează retina ochiului, cauzate de vibrațiile eterului care ne înconjoară. Aceste vibrații variază considerabil în lungime de undă și numai anumite lungimi de undă afectează retina. Avem senzații vizuale de la lungimi de undă între 760 µm și 390  µm.   Culoarea  pe care o știm ca roșu are cea mai lungă lungime de undă, violet cea mai scurtă, în timp ce celelalte  culori  se încadrează intermediar între cele două. Lungimile de undă mai lungi decât cele care produc culoarea  roșie (razele infraroșii) nu sunt  experimentate ca senzații vizuale, ci ca senzații de căldură; în mod similar, au fost prezentate lungimi de undă mai scurte decât razele violete (razele ultra-violete), pentru a da naștere unei acțiuni chimice care poate fi înregistrată o placă sensibilă. Lumina soarelui poate fi împărțită în aceste trei tipuri diferite de raze, dar lungimile de undă intermediare  sunt vizibile doar pentru noi.

Senzațiile noastre vizuale se împart în două grupuri distincte. Pe de-o parte, avem întreaga arie a senzațiilor de lumină, de la cel mai orbitor alb la cel mai adânc negru; în timp ce pe de altă parte este bogăția de senzații de culoare,  roşu, verde, galben etc. Să luăm în considerare, în primul rând, seria incoloră  sau  acromatică. Dacă ar fi să aranjăm componentele acestei serii de la o extremă la celălaltă, ar lua forma unei linii drepte care se întinde de la alb prin diferite nuanțe de gri la negru. Limbajul nu reușește să descrie diferențele dintre componentele acestei serii şi le reduce la trei: alb, gri și negru; dar găsim prin compararea alb, diferite grade de alb; în mod similar nuanţele de negru nu sunt toate identice. De fapt, numărul de  nuanţe de alb, gri și negru posibil a fi distinse a fost estimat ca fiind situată undeva între 700 și 800.

Culoarea sau seria cromatică este mai complexă și nu poate fi aranjată pe o linie dreaptă. Newton,  care a investigat fizica luminii, a fost primul care a găsit că, dacă razele intermediare ale soarelui dacă sunt trecute printr-o prismă, ele sunt rupte în toate culorile curcubeului sau spectrului: roșu, portocaliu, galben, verde, albastru și violet. (Uneori indigo este adăugat între albastru și violet). Această listă de elemente de culoare  trebuie înțeleasă, este o convenienţă, mai degrabă decât științifică, pentru că numărul de lungimi de undă diferite  în spectrul de frecvențe este nelimitat și, în plus, numărul de lungimi depășește cu mult șapte.

Cu toate acestea, să luăm  culorile familiare ale spectrului și să încercăm să le aranjăm într-un fel de ordine în serie. Dacă începem  cu roșu, care apare în extrema stângă a spectrului, descoperim în timp ce ne îndreptăm spre dreapta, că roșul își schimbă treptat culoarea,  începând cu un portocaliu roșu până când se ajunge la ceea ce se numește portocaliu pur. Continuând, trecem de la portocaliu la galben prin toate nuanțele intermediare până când roșul a devenit complet eliminat. În acest moment, o schimbare de  culoare  devine vizibilă și pe măsură ce trecem de la galben, o tentă slabă de verde apare. Toate tipurile de galben-verzui şi verde-gălbui apar până când un verde pur este atins. Aici, din nou, trebuie să facem o pauză, pentru ca o nouă culoare să apară și găsim verdele din ce în ce mai albăstrui până când verdele este complet eliminat și albastrul pur devine vizibil. La albastru, culoarea noastră se schimbă din nou, dar de data aceasta nu se adaugă niciun element de culoare  nou.  Vedem albastrul dobândind o tentă roșiatică care în seria spectrală se termină incomplet în violet. Dar dacă vom continua seria ajungem înapoi din nou la punctul nostru de plecare în roșu, roșu din extrema stângă a spectrului.

Seria de culori în consecință poate fi reprezentată ca o serie circulară, iar trecerea de la o  culoare la alta este una constantă de progresie treptată. În viața obișnuită vedem rareori culori  pure, vedem în spectru, dar senzațiile noastre de culoare sunt întotdeauna amestecate cu o componentă din luminozitate sau din seria incoloră.  Combinația dintre cele două serii ne dă numărul nostru enorm de umbre și nuanțe, aproximativ 30.000 în total.

În cazul în care spectrul solar este examinat, se va constata că nu apare continuu, dar este traversat aici și acolo de linii paralele. Acestea au fost descrise pentru prima dată de Wollaston  în 1802, iar în 1814 de Fraunhofer, care le-a cartografiat cu atenție pe o diagramă spectrală. Aceste linii Fraunhofer, așa sunt numite în general, sunt de mare folos în toate lucrările legate de culoare,  pentru că sunt invariabile ca poziție. În consecință, ele servesc drept linii de referință și, de asemenea,  sunt puncte de convenienţă pentru marcarea limitelor diferitelor  culori. Numele literelor alfabetului de la A la H au fost date liniilor principale, iar acestea au fost asociate cu diferite regiuni ale spectrului. 

Helmholtz  a  analizat spectrul la următorul  tabel:

Linia             Lungimea undelor în µm        Culori

R                               760.40                         Roșu extrem

B                               686.853                       Roşu

C                               656.314                       Joncțiunea între roșu și portocaliu

D                              589.625                       Galben auriu

                                 589.024          

E                               526.990                       Verde

F                               486.164                       Albastru cyan

G                              430.825                       Joncțiunea albastrului indigo și violetului

H                              396.879                       Limita de violet

Schimbarea lungimii undei, în consecință, produce o schimbare de culoare, sau în nuanță  sau ton, dar corespondența dintre ele nu este constantă. La cele două extreme nuanța se schimbă foarte lent și dincolo de o anumită limită nu se observă nicio diferență. În centru, cu toate acestea, în jurul culorilor galben și  albastru-verde, tonul de culoare suferă o schimbare rapidă. 

Dar o altă diferență este evidentă în culorile spectrului. Ele diferă foarte mult în nuanţă sau în ton. Punctul de luminozitate maximă se află în regiunea galbenă undeva în apropierea liniei D, și o scădere continuă a luminozității se plasează pe fiecare parte a acesteia. Violet, de fapt, este cea mai întunecată  culoare  dintre toate. Unii susțin că această valoare de luminozitate a culorilor spectrale    este un atribut distinct care nu are nicio legătură în lumea fizică. O culoare este pur și simplu mai închisă sau mai strălucitoare decât alta. Alții afirmă că valoarea luminozității depinde de intensitatea stimulului care, la rândul său, variază în funcție de amplitudinea undelor luminoase. Cu toate acestea, s-a demonstrat că, dacă intensitatea stimulului este crescută dincolo de un anumit punct, tonul de culoare se schimbă, roșu, portocaliu, galben, dobândind o tentă galbenă, albastru-verde, albastru și violet apropiat de albastru, în timp ce verdele trece direct într-un gri deschis. Dacă intensitatea este încă crescută, toate  senzațiile de culoare sunt înlocuite de cele incolore. 

În cele din urmă, spectrul pur de culori poate fi amestecat cu o componentă din seria alb-negru. De asemenea, cu cât mai mult alb conțin, cu atât se spune că sunt mai puțin saturate; un roșu diferă de un roz în a fi mai saturat. Culorile amestecate cu negru ne dau nuanțele. Aceste patru caracteristici, de culoare sau nuanță, luminozitate, intensitate, și saturație, ne permit să distingem o  culoare de alta.

Seria de culori este reprezentată de o serie de cercuri, luminozitatea se învârte printr-o linie din unghiuri drepte și trecândprin  centrele  seriei de  culori.  O serie de  culori,  toate de aceeași luminozitate, pot fi reprezentate de un cerc, cu cele mai saturate culori pe circumferința cercului.  Centrul  cercului este intersectat de seria alb-negru și, în consecință, reprezintă un gri de aceeași luminozitate ca cel al culorilor. De-a lungul oricărei raze a cercului putem trece de la o  culoare complet saturată la o culoare treptat în scădere până când se ajunge la gri.

Alb

Negru

Figura 1 – Conul culorilor

Culorile un pic mai luminoase se vor amenala într-un cerc similar, deși puțin mai mic ca dimensiune, deasupra acestui prim cerc:  culorile puțin mai puțin în luminozitate sunt reprezentate în mod similar de un cerc la fel de mic de mai jos. Scăderea zonei cercului se datorează faptului că atunci când  luminozitatea  culorilor  este mărită sau scăzută, acestea pierd în saturație. În acest fel cerc după cerc de dimensiuni care treptat se diminuează pot fi construite pe fiecare parte a cercului central până cand extremele conului sunt atinse, cu alb  orbitor la un capăt și un negru mort la cealaltă. Acest con dublu reprezintă toate nuanțele și nuanțele de orice culoare și arată în continuare relația reciprocă și dependența existente între seria cromatică și acromatică. Atunci când se folosește o piramidă, aceasta este cu patru fețe, cu principalele culori, roșu, galben, verde și albastru localizate la cele patru unghiuri ale sale.