Как Кельвин для цветовой температуры соотносится с Кельвином для фактической температуры?

Цвет не имеет фактической температуры. Попробуйте поместить синий и красный квадраты на монитор и приложите термометр к обеим областям. Если вы обнаружите, что есть разница, вы делаете это неправильно. Вы, наверное, уже знаете это.

Так почему же цветовая температура измеряется в Кельвинах? Кельвин — это измерение тепла в веществе от абсолютного нуля. Это означает, что когда в веществе на самом деле нет никакой теплоты и молекулы в нем абсолютно неподвижны, это 0 К. 0 К может на самом деле быть невозможным, но это не мешает нам измерять относительно него, и это все-таки отступление.

Есть ли какое-то вещество, излучающее разные цвета при разных температурах, которое использовалось в качестве эталона для сопоставления температуры с цветовой температурой? Или это сложнее, чем это? Или выбор в пользу Кельвина совершенно произволен и не имеет никакого отношения к теплу?

Все вещества излучают свет с температурой 2000К или 4000К! Например, провод в вашей лампочке. Свет этого раскаленного докрасна или раскаленного добела свечения имеет эту цветовую температуру (2000K, или 4000K, или любую другую). И температура поверхности Солнца составляет ~ 5800 К, что, следовательно, является цветовой температурой солнечного света, включая grano salis из-за атмосферы и тому подобного.
У цвета нет температуры, но у температуры есть цвет. Это называется излучением черного тела . Я согласен, что это странный способ измерения оттенка, но он так же хорош, как и любая другая шкала.
Небольшая придирка - я сделал очень чувствительный термометр для измерения поверхности, и вы могли видеть заметные различия в температуре для разных напечатанных цветов - коэффициент излучения был разным, поэтому потолочные светильники нагревали одни цвета больше, чем другие. Если бы воздух и другие вещи не поглощали тепло, в конечном итоге эта бумага нагрелась бы до 2700 К, которые она «видила».
@SpehroPefhany Рэй Брэдбери хотел бы с вами не согласиться. Бумага будет гореть при температуре около 505 К (451 ºF). знак равно
@scottbb В Университете (в Торонто) на тротуаре перед массивным новым зданием библиотеки было граффито — 233°C. О, как мы смеялись.

Ответы (5)

Это связано с нагретым веществом, хотя и несколько теоретическим образом. Вещество представляет собой идеальное раскаленное черное тело , которое будет излучать заданный цвет в заданном цветовом пространстве при заданной температуре. Расположение в цветовом пространстве в зависимости от температуры называется локусом Планка , и я не претендую на то, что понял все в этой статье, но исследую ее настолько глубоко, насколько вам хочется.

Для более общего «светового чтения» объяснения цветовой температуры и ее корреляции с излучателями черного тела см . статью «Цветовая температура» в Википедии .

Вступительное заявление Википедии о цветовой температуре довольно хорошо их описывает:

Цветовая температура источника света — это температура идеального излучателя черного тела , который излучает свет такого же оттенка, что и источник света.

Излучатели черного тела представляют собой идеализированную концепцию, излучающую энергетический спектр с пиковой интенсивностью на частоте, которая зависит от температуры излучателя черного тела. Чем выше температура черного тела, тем выше пиковая частота спектра излучения излучателя черного тела. Любое излучение излучателя идеального черного тела происходит исключительно за счет тепловой энергии. Таким образом, черное тело с температурой 6500 К излучает фотоны, частотный спектр которых достигает пика при том, что мы назвали цветовой температурой 6500 К (в сине-белом, «дневном», диапазоне цветовых температур).

Хотя настоящих излучателей черного тела не существует, существует несколько приличных приближений, которые действуют совсем как черные тела. Примерами могут служить звезды, лампочки накаливания и электрические плиты. Вот почему 5500–6500 К называют цветовой температурой дневного света — мы измеряем температуру черного тела Солнца примерно при 5780 К. Точно так же, поскольку лампы накаливания являются не столько излучателями света , сколько излучателями тепла в видимом спектре света, «комнатные» цветовая температура около 2500 К является номинальной температурой излучения черного тела и спектральным пиком ламп накаливания.

Вопросы по теме здесь, на Photography.SE:

Этот вопрос Physics.SE также касается текущего вопроса: как температура связана с цветом?

2500? Я никогда не видел ничего такого низкого в (например) Lightroom. 4000 это мало, 3000 это такой абсурд, что цвет не исправить.
@JDługosz Может быть, вы просто не делали фотографии в комнате с лампочками в качестве единственного источника света. Я видел это очень часто. Многие современные LED-лампы имеют 2700К.
@JDługosz И вы правы, цвет не очень хорошо поддается коррекции. Человеческому зрению все равно, но я не видел много дешевых камер, которые бы умели правильно балансировать белый на фотографиях, сделанных в помещениях с таким освещением - они всегда очень желто-красноватые. Но они являются одной из основных категорий внутреннего освещения, и некоторые люди предпочитают их (якобы они более расслабляющие).
@JDługosz Я регулярно использую в Lightroom цветовую температуру от 2000 до 3000. Использование 4000K для сцены, освещенной в основном лампочками, выглядело бы слишком оранжевым.
Просто чтобы было абсолютно ясно: лампа накаливания на самом деле довольно точное приближение к черному телу, а фактическая физическая температура нити накала при работе обычно составляет около 2250 ° C (или ~ 2500 K). Солнце также является довольно приличным черным телом, и его фактическая физическая температура на поверхности составляет около 6000 К.
@J ... А как насчет галогенных ламп? Я знаю, что они имеют более высокую физическую температуру, чем обычные лампы накаливания (именно поэтому им нужны кварцевые оболочки, и вы не можете прикасаться к ним голыми руками, потому что попадание на них масла может вызвать проблемы), но я не знаю, как много или если есть другие эффекты цветовой температуры.
@ Random832 Галогены на несколько сотен градусов горячее - на самом деле ненамного. Однако они используют кварцевые колбы не поэтому, и не поэтому нельзя прикасаться к лампочкам. Это больше связано с тем, что они работают при более высоком давлении (опасность взрыва), и с тем фактом, что они производят больше УФ-излучения, которое может вступать в реакцию с маслами в отпечатке пальца с образованием соединений, которые могут разрушать и расстекловывать кварц (ослабляя его и увеличивая риск повреждения). взрыв).
Галогенные лампы выглядят намного лучше, я думаю, потому что они преодолели некоторый порог или просто лучше, чем то, что мы привыкли ассоциировать с ламповым светом. Но на фото разница не так велика и выглядит он оранжевее, чем в живую.
Галогенные лампы также являются лампами накаливания , то есть их свет исходит от нагрева элемента до тех пор, пока он не начнет светиться (т. е. как черное тело). А так как галогенки горячее, то и цветовая температура у них выше, чем у вольфрамовых ламп накаливания.
И это немного сбивает с толку, но если вам интересно, почему цветовая температура дневного света является диапазоном, в то время как солнечная температура в значительной степени фиксирована, это потому, что небо голубое, то есть атмосфера рассеивает больше синего света солнца, чем он красный, поэтому цветовая температура сцены ниже или выше в зависимости от того, сколько прямого и сколько непрямого солнечного света она получает.
(Я честно признаю, что это очень педантично), но с астрономической точки зрения вы должны учитывать относительную скорость между измерителем и объектом (т. е. красное/синее смещение). Просто называя объект «6000K», не зная, приближается он или удаляется, можно получить широкий диапазон фактических температур. Вам нужно будет посмотреть на спектры излучения, определить степень красного/синего смещения и отрегулировать измеренную цветовую температуру. После этого у вас будет фактическая температура.

Цветовая температура связана с излучением черного тела , создаваемым горячими объектами. Кривая излучения черного тела, показанная ниже, показывает приблизительные кривые интенсивности* на каждой длине волны излучения, испускаемого телами при температуре 5000K, 4000K и 3000K.

* На самом деле он показывает спектральную кривую яркости, которая является своего рода потоком. Но вы можете думать об этом как об интенсивности, если это поможет. Эти две величины тесно связаны.

Кривые излучения черного тела для объектов при разных температурах

Источник изображения: Википедия

Обратите внимание, как кривые проходят через видимый спектр. В зависимости от того, какая часть (области под) кривой находится в видимом спектре, цвет будет выглядеть по-разному. Это описывается локусом Планка , когда речь идет о цветовой температуре.

Кривая излучения черного тела на диаграмме цветности CIE

Источник изображения: Википедия

На приведенной выше диаграмме CIE показан визуальный цвет тел при различных температурах. Тела с температурой около 3000 К, как правило, выглядят красными, а тела с температурой около 5000 К или 6000 К будут выглядеть белее. Тела, которые более горячие, будут иметь тенденцию выглядеть синими.

Как отмечают другие ответы, цветовая температура соответствует излучению черного тела при этой температуре.

Но почему нас это волнует? Чтобы понять это, вы должны сначала спросить себя: «Что такое белое?»

Физически белый цвет не является цветом. Не существует длины волны света, которая соответствовала бы «белому», точно так же, как нет длины волны, которая соответствовала бы «черному», «серому» или «розовому» — все эти цвета — всего лишь «артефакты» человеческого восприятия. Физически они представляют собой смесь множества различных длин волн (в частности, в естественном свете белый цвет по определению представляет собой смесь всех видимых длин волн Солнца).

Восприятие цвета человеком зависит от смешивания интенсивности трех различных световых рецепторов. Теперь каждый из них на самом деле охватывает широкий диапазон длин волн («физические цвета»), так что это немного сложнее, но у каждого из них есть пик на другой длине волны — мы обычно называем их красным, зеленым и синим соответственно. Вот как компьютеры могут отображать все цвета, которые мы можем видеть, просто с помощью смеси трех разных длин волн — какой-нибудь разумный инопланетянин с другим зрением просто подумает, что мы все полны чепухи, потому что наши изображения совсем не похожи на настоящие. По сути, мы настраиваем интенсивность трех длин волн (которые примерно соответствуют пикам), чтобы вызвать такое же возбуждение в фоторецепторах, как и реальный свет.

В этой модели «белый» означает «100% красный + 100% зеленый + 100% синий». Однако, как я уже отмечал, естественный белый свет на самом деле так не работает — это комбинация множества различных длин волн без таких красивых соотношений. Теперь мы подошли к эволюции: белый — это цвет, который не меняет оттенок. Восприятие цветов сбалансировано, чтобы мы могли видеть одни и те же цвета даже при изменении условий окружающего освещения — например, при ходьбе под пологом леса или при работе с рассеянным светом (например, «в тени»). Это также означает, что естественная цветовая температура соответствует температуре фотосферы Солнца — в основном, солнце белое по определению , потому что это то, к чему нас приспособила эволюция (причина, по которой оно выглядитжелтоватый для глаз, потому что часть синего света рассеивается атмосферой — наше зрение приспособлено видеть объекты, освещенные Солнцем (и атмосферой), а не видеть само Солнце).

Самое интересное, что это также позволяет нам использовать источники света, которые не такие горячие, как Солнце. Простейшим примером являются лампы накаливания, которые, как правило, имеют более низкую температуру, но используют тот же основной принцип — сделайте провод достаточно горячим, чтобы он излучал достаточно видимого света, чтобы баланс белого работал для людей. Светодиодные лампы используют принцип, больше похожий на экран вашего компьютера — три различные (ну, не совсем три, а «три узкие полосы») длины волны для получения любого цвета. Хорошо, что это намного эффективнее. Плохо то, что на самом деле он может создавать заметно разные световые эффекты, поэтому на самом деле он вообще не соответствует естественному свету.

Но суть в том, что светодиоды далеки от своей «цветовой температуры», так какое же значение имеет цветовая температура в этом случае? Суть в том, что при разных температурах интенсивность сигналов, вырабатываемых на каждом из трех фоторецепторов, различна (для одних и тех же «цветов»). Когда вы меняете цветовую температуру на своем мониторе, вы в основном настраиваете, насколько интенсивен каждый из этих трех каналов по отношению к другим — это то, что дает вам «красноватые» или «голубоватые» оттенки. Вы имитируетевлияние различной температуры черного тела на человеческое зрение — и, поскольку человеческое зрение игнорирует так много информации в свете, оно на самом деле работает довольно хорошо большую часть времени. Выполняя настройку на своей камере, вы делаете прямо противоположное - вы пытаетесь сопоставить «сдвинутые» цвета с «объективными» данными красного, зеленого и синего цветов. Причина, по которой настройка обычно использует цветовую температуру, заключается просто в том, что она используется везде — вы можете посмотреть на цветовую температуру вашего освещения и использовать ее на своей камере.

Это хороший ответ, который подходит к вопросу с практической, а не чисто технической точки зрения. Утверждение о том, что искусственные источники света не так сильно нагреваются физически, как их цветовая температура, также является хорошим.
@ Эндрю За исключением ламп накаливания - они, конечно, не такие горячие, как солнце, но их цветовая температура также намного ниже, чтобы соответствовать.
@ Random832, конечно. Различные механизмы излучения света работают по-разному. Цветовая температура — это концепция, которая исходит из излучения черного тела, но воспринимаемый цвет (и эффекты баланса белого) не всегда обусловлены излучением черного тела.
@Luaan Зачем тебе инопланетянин? Вы также можете использовать креветок-богомолов, считая нас «слишком ограниченными в цвете» :) theoatmeal.com/comics/mantis_shrimp
@woliveirajr Ну, в основном из-за части «общения». Голуби могут подумать, что мы умственно отсталые из-за того, что игнорируем весь этот ультрафиолетовый свет, но это они постоянно врезаются в окна, так что... :D
Это может быть хорошим ответом, но не на этот вопрос.

До появления термометров кузнецы, гончары, стеклодувы и им подобные зависели от цвета светящегося материала, чтобы следить за прогрессом. Считалось, что большинство минералов имели уникальный цвет на разных стадиях нагревания. Также было известно, что объекты расширяются и сжимаются при изменении их температуры. Даниэль Фаренгейт (нем. 1686-1736) изобрел ртутный термометр. Он использовал число 180 как число шагов (градусов) между замерзанием и кипячением воды, причем 180 — это число с высокой степенью кратности. Андерс Цельсий (швед (1701 – 1744) считал бизнес на 180 безумием. Цельсий помещал 100 шагов между замерзанием и кипением воды.

Ртуть, спирт и другие жидкости обычно использовались в термометрах, однако ни одна из них не расширяется и не сжимается линейно, поэтому маркировка на трубках имеет разное расстояние в разных областях. В 1802 г. Жозеф Луи Гей-Люссак (французы 1778–1850) показал, что коэффициенты воздуха и различных обычных газов примерно одинаковы. Трубка с поплавком на столбе водорода падает и поднимается равномерно в зависимости от температуры. Если охлаждение продолжится, поплавок должен упасть на дно при -273°С. Ученые ненавидят отрицательные температуры и назвали это снижение «абсолютной температурой». Таким образом, абсолютная шкала теперь называется шкалой Кельвина в честь Уильяма Томсона, 1-го барона Кельвина (ирландский лауреат Нобелевской премии 1824–1907 годов) за его работу по излучению черного тела).

Температуру по шкале Кельвина можно преобразовать в шкалу Цельсия, добавив 273. Металлурги обычно использовали шкалу Кельвина, как и многие другие отрасли науки. Конструкции лампочек эволюционировали, чтобы использовать металлический вольфрам в качестве светящейся нити. Светотехническая промышленность приняла шкалу Кельвина для описания цвета, излучаемого лампами. Фотоиндустрия, сильно зависящая от искусственного освещения, приняла шкалу Кельвина для классификации цвета.

Таблица некоторых избранных практических источников освещения и их цветовых температур.

Солнечный свет полдень 5400K

Световой люк от 120 000 до 18 000 К

Фотографический дневной свет 5500K (согласовано с создателями фильма)

Flash Cube - Flip Flash 4,950K

Прозрачная лампа-вспышка (заполненная циркониевой проволокой) 4200K

Лампа-вспышка с прозрачной алюминиевой проволокой 3800K

Фотолампа 500 Вт 3200K

Бытовая вольфрамовая лампочка мощностью 100 Вт 2900K

Бытовая вольфрамовая лампочка мощностью 60 Вт 2820K

У вас есть ссылка на шкалу Фаренгейта, которая изначально определялась как 180° от замерзания до кипения? Я узнал это как 96° от точки замерзания соленой воды до температуры человеческого тела.
@mattdm -- Из учебника Азимова и Циммерманна "Фаренгейты: факты, история и формулы преобразования". Проверено 16 сентября 2017 г.
Спасибо! Из того, что я нашел в Интернете, кажется, что шкала изначально была такой, как я сказал, но позже была перекалибрована. livescience.com/39916-fahrenheit.html
@ mattdm -- Разброс на 180 градусов имеет большое значение, поскольку помогает учащимся лучше понять формулу преобразования, т.е. на один градус C больше, чем на 1,8 шага (градуса), чем шаг по Фаренгейту.
Да, я немного удивлен, что никогда не знал этого, узнав только историю происхождения, а не более позднюю настройку.
Как Кельвин для цветовой температуры соотносится с Кельвином для фактической температуры?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v