Почему цвета объекта меняются под действием падающего света?

Вы должны различать отражение и поглощение-и-излучение .

При падающем свете$I$попадает на поверхность, часть отражается $R$а часть впитывается $A$:

• Отраженная часть _$R$входящего света распространяется в зависимости от шероховатости и текстуры поверхности. Шероховатая поверхность отражает рассеянный свет, в то время как очень плоская и полированная поверхность сияет, возвращая свет назад (например, зеркало).

• Поглощенная часть _$A$падающий свет частично удерживается внутри материала, преобразуясь в тепловую энергию$Q$нагревая его, и частично переизлучается $E$:

  $$A=Q+E$$ Повторно излучаемый свет$E$это то, о чем вы говорите. Материал может поглощать все длины волн, но повторно излучать только определенные длины волн в зависимости от материала и температуры (испускаемый свет представляет собой не только одну конкретную длину волны, но и плавный спектр, где часть спектра более интенсивна, чем другие - часть с наибольшей интенсивностью). заглушает другие менее интенсивные части и в основном определяет цвет, но результирующий цвет представляет собой смесь их всех).

«Исходящий» свет$O$который возвращается с поверхности и представляет собой свет, который вы видите, тогда представляет собой смесь того, что отражается$R$и что излучается$E$:

Какой из этих двух эффектов сильнее, будет больше влиять на внешний вид поверхности материала. Например, полностью черная поверхность, которая не излучает повторно никакого света, все равно будет выглядеть белой (или блестящей), если она будет сильно отражать, будучи тщательно отполированной.

Когда на поверхность падает только свет определенного типа (например, только свет с красной длиной волны), отражение будет только красным (а не смесью всех цветов, то есть белым), и, следовательно, это красное отражение может иметь большее визуальное воздействие. Объект по-прежнему в то же время поглощает часть красного света и переизлучает некоторые другие цвета света, как это делает зеленый лист. Но я думаю, что это зеленое переизлучение теперь будет смешиваться с большим количеством красного отражения, и в результате изображение будет красноватым.

В идеальной ситуации, т. е. если

1. действительно все цвета кроме одного поглощаются
2. ваш красный свет идеален (одна длина волны)

объекты должны казаться черными, т.е. свет не отражается.

В реальном мире синяя ручка будет отражать небольшое количество красного (и других цветов). Вот почему он кажется красноватым, если посветить на него красным светом. Скорее всего, он будет казаться темнее, чем если бы вы освещали его синим или белым светом с той же интенсивностью.

На самом деле это очень сложная тема, потому что обычно мы думаем, что знаем, что такое цвет, и то, что мы думаем, сильно отличается от реальности.

Когда мы говорим о «цвете», мы имеем в виду понятие, которое включает в себя обработку изображения в нашем мозгу. Мы не можем говорить о «цвете» в физическом смысле. Мы можем говорить о длинах волн и спектрах. Я могу сказать, что этот конкретный «белый светодиод» имеет узкий пик на 450 нм и широкий на 600 нм, но это не «цвет». Это не значит, что этот физический слой не важен. Ответ Стивена подробно описывает, как работает физика света. Это хорошее чтение, но чтобы идти дальше, нам нужно поговорить о человеческом глазе и человеческом мозге.

В человеческом глазу есть 3 цветочувствительных пигмента (ну, 4 или 5, но здесь самые важные три больших). Их кривые чувствительности:

Итак, что это значит? Ученые выделили единственный фотопигмент, такой как цианолаб (который отвечает за нашу чувствительность к «голубоватым» длинам волн в диапазоне 400 нм). Они подвергли его воздействию света с разной длиной волны и измерили, насколько сильно он изменился химически. Таким образом, они обнаружили, что цианолабы в два раза сильнее реагируют на длину волны 420 нм, чем на 470 нм, и практически не реагируют на длины волн 600 нм. Поскольку все наше восприятие света основано на измерении химических эффектов этих белков, мы можем с уверенностью разбить наше зрение на 3 числа, представляющие, насколько мы химически активируем каждый из трех фотопигментов.

Это мощно, потому что он берет спектры света, которые объясняются в ответе Стивена, и упрощает их до 3 дискретных чисел. Здесь теряется большая часть тонкости спектра, но эволюция решила, что это хорошая сделка. (Креветка Mantis Shrimp разбивает свет на 12 полос, а не на 3. Однако она не обрабатывает эти данные в «цвет» с почти такой тонкостью, как мы).

Теперь начинается самое интересное: мозг. Все до этого момента было химией. Теперь добавим неврологию. Мозг... особенный. Он делает поистине умопомрачительные вещи, и его обработка цвета не является исключением.

Один из увлекательных эффектов напрямую применим к вашему вопросу. Вы говорите: «Однако, когда на эти объекты падает красный свет, их цвет становится красноватым». Это не всегда так. Глаз, безусловно, воспринимает больше красного, но во многих случаях мозг это компенсирует! Во многих случаях цвет объекта вообще не меняется.

Проведите этот эксперимент. Выйдите с кем-нибудь на улицу и попросите его встать в тени дерева. Посмотрите на них и пусть они выйдут на солнце. Наблюдайте, меняют ли они цвет. Большинство людей считают, что нет, и все же свет в тени намного голубее, чем свет на солнце, потому что человек в тени освещен только голубым небом. Почему не меняет цвет?

Настоящий ответ - мы не знаем. Это эволюция. Однако предполагается, что если вы охотитесь за чем-то в саванне, и оно бежит сквозь тень, уклоняясь от вас, лучше не наблюдать за изменением цвета объекта, потому что это затруднит его отслеживание. Вашим высшим функциям придется решить, действительно ли этот объект нового цвета является той самой газелью, на которую вы охотились. Таким образом, человеческий мозг настраивает цвета в зависимости от того, как он воспринимает освещение объекта.

Это действительно увлекательно, если подумать. Человеческий мозг не только обрабатывает изображение, попадающее на сетчатку, но также создает модели того, где находится источник света и что он думает об этом источнике!

Это стало известно несколько лет назад благодаря «платью». Оригинал фото здесь:

А теперь скажи мне, это сине-черное платье или бело-золотое? А теперь иди спроси у друга. Вы обнаружите, что люди не согласны ! Кто-то клянется, что он сине-черный, кто-то клянется, что он бело-золотой.

Все сводится к тому, как ваш мозг обрабатывает цвета. Ваш мозг должен делать предположения об освещении на картинке. Если ваш мозг решит, что платье освещено ярким светом (например, тем, что позади него), то оно будет восприниматься как синее. Однако, если мозг решит, что платье на самом деле находится в тени, он предположит, что огни на нем были голубыми (голубое небо), и учтет это, заставляя вас воспринимать платье как бело-золотое.

XKCD отлично справился с задачей показать этот эффект с помощью более экстремального мультфильма, показывающего одну и ту же фигурку в одном и том же платье в двух разных условиях освещения. Вы можете сами открыть изображение и убедиться, что у платьев точно такие же коэффициенты RGB. Менялся только фон.

Так почему же цвета объектов меняются из-за падающего света? Ответ оказывается удручающе трудным и гораздо более тонким, чем вы думаете!

Я думаю, что эти объекты на самом деле не отражают только один цвет. Например, листья поглощают солнечный свет и отражают зеленый свет, но он также отражает другие цвета в очень малой степени, потому что поверхность листьев не чистая, а имеет загрязнения другими материалами. Если на лист падает только красный цвет, то можно увидеть слабое отражение красного цвета. На самом деле, когда красный свет падает на искусственный материал, который может строго поглощать весь свет и отражать только зеленый свет, вы увидите черную поверхность.