Цвет и свет

На Ф01 уже были Максвелл, Автохром и Байер. Сегодня — от спектра до баланса белого и разницы «модель / пространство». В плане 2026 эта пара запасная: если не влезет целиком, билет всё равно спрашивает RGB / HSV / CMYK и ББ. Жёлтым — в тетрадь.

1. Свет, диапазоны, зачем это фотографу

Оптическое изображение — распределение освещённости после оптики. Чтобы тащить его по каналу, его всё равно режут на элементы (это уже Ф05). Здесь важнее физика волны.

Свет

Электромагнитное излучение, которое видит глаз: примерно 380–400 нм до 760–780 нм в вакууме. И волна с постоянной скоростью в вакууме, и поток фотонов. Частота ν, энергия E и длина волны λ связаны: короче λ — выше частота и энергия.

Прозрачность среды зависит от длины волны: озон режет УФ, стекло — тоже УФ и кусок ближнего ИК (загорать за окном почти бесполезно), рентген проходит мягкие ткани и останавливается на костях. Одна и та же сцена в радио / ИК / видимом / УФ / рентгене / гамма — разные карты вещества. Крабовидная туманность и M51 на слайдах — не космос ради космоса: тот же приём в саду (заражение по каналам) и в медицине.

Дисперсия — показатель преломления (и фазовая скорость) зависят от частоты. Призма Ньютона (1672) раскладывает белый свет, потому что луч идёт не по нормали на границу. Спектральный цвет — узкая полоса; смесь двух спектральных может дать ощущение третьего. Круг Ньютона описывает оттенки, но не яркость и не насыщенность; белый из пигментов на нём получается плохо — лучи и краски смешиваются по разным правилам.

2. Как получаем цвет: лучи против красок

Юнг (~1800) и Максвелл (~1850): глазу довольно трёх типов рецепторов, а не «бесконечности струн на каждую частоту». Какие именно три — спор физиков и художников. Физику нужны цвета, которыми набирают максимальный охват при сложении света. Художнику — то, что было в глине и лазурите (часто RYB).

Аддитивный синтез

Сложение лучей, яркость растёт. RGB: экран, проектор, матрица с фильтром Байера. Три луча в нужной пропорции дают белый.

Субтрактивный синтез

Вычитание яркости: краска на белой бумаге глотает часть спектра. CMY; на печати добавляют чёрный (K). Печатная машина краски в капле не мешает — сажает растр из мелких точек, глаз сливает.

Зачем K, если C+M+Y «и так чёрный»: чёрный дешевле и контрастнее на белой бумаге; попасть тремя красками в одну букву нереально (приводка); составной чёрный расползается. Форд красил машины чёрным ещё и потому, что сохло быстрее — та же экономия пигмента.

Итог на слайде, который надо уметь сказать:

RGB — оптика и экраны;
RYB — живопись;
CMYK — полиграфия.

Небо голубое, потому что атмосфера сильнее рассеивает коротковолновую часть; на закате луч идёт касательной, синее выметается, остаётся красное. «Холодный / тёплый» в картинке часто про этот воздух, не про градусник. Хроматическая кайма объектива (Ф02) — другой эффект, его сюда не приплетайте как причину голубого неба.

4. Цветовая температура и баланс белого

Цветовая температура

Температура абсолютно чёрного тела (Кирхгоф), при которой оно светит тем же цветовым тоном, что рассматриваемый источник. Лампа накала — широкий спектр, «тёплая», 95% энергии в тепло. Люминофор и дешёвый светодиод — дырки в спектре: глаз видит «белый», отражённые цвета врут. Узкий спектр диода задаёт химия перехода; яркий синий — Накамура, 1993, потом RGB-белый.

Баланс белого

Сдвиг каналов так, чтобы заведомо белый объект остался белым при данном освещении. Глаз делает это сам (цветопостоянство); камера — пресетами (солнце / облако / лампа) или AWB, который легко ошибается на закате и в смешанном свете. В RAW ББ можно пересчитать позже: это ещё не «впаяно», как в JPEG.

5. Глаз и описание цвета

Колбочки: максимумы примерно в красном, зелёном и синем (L/M/S). Палочки — сумерки и периферия, цвета почти нет, детализация ниже (несколько рецепторов на один канал). Пигменты: эритролаб, хлоролаб доказаны; цианолаб к синему долго был гипотезой — на слайде это специально оставлено как дырка учебника.

В быту цвет описывают не «мало красного», а оттенок / насыщенность / яркость. Оппонентная теория Геринга: пары, дающие вместе нейтральный (красно–зелёный, сине–жёлтый, чёрно–белый) — про восприятие, не про три колбочки.

6. Модели и пространства

Цветовая модель

Математика: цвет как кортеж чисел (обычно 3, реже 4). RGB, HSV, YUV, CMYK — разные системы координат.

Цветовое пространство

Какие цвета из модели реально достижимы на данном устройстве или в данном стандарте. sRGB (веб-мониторы), Adobe RGB (шире), охват офсета и бытового принтера — разные треугольники на одной диаграмме. Слова часто путают: «снять в Adobe RGB» — не про другую физику матрицы, а про то, как файл интерпретируют.

HSV / HSB: Hue — тон по кругу, Saturation — чистота (к нулю — серый), Value/Brightness — яркость. Удобно крутить «сделай теплее / бледнее», неудобно считать свет.

YUV / YCbCr: Y — яркость, U/V (Cb/Cr) — цветность. Отсюда субдискретизация JPEG на Ф07. Для видео и сжатия это родной язык, для ретуши — нет.

PANTONE — не модель в том же смысле, а каталог смесевых красок: «этот номер», а не координата в RGB.

Связка с Ф01: Максвелл сложил три чёрно-белых кадра через фильтры; Автохром — зёрна крахмала; Байер — мозаика над пикселями. Всё это аддитивный путь к RGB-файлу. Субтрактивный путь — печать отчёта.

7. Вопросы

Чем аддитивный синтез отличается от субтрактивного? Где RGB, где CMYK?
Зачем в печати отдельный чёрный, если C+M+Y тёмный?
Модель и пространство: приведите sRGB vs Adobe RGB на одном языке.
Что делает баланс белого? Почему в RAW его проще чинить, чем в JPEG?
Зачем JPEG переходит в YCbCr, если снимали в RGB?
Почему небо синее, а закат красный — и причём тут не хроматическая аберрация?