Főoldal arrow Cikkek arrow Fotótechnikai csemegék arrow Kiegészítő színek - hagyományos és tudományos színelmélet
Kiegészítő színek - hagyományos és tudományos színelmélet
Írta: Nagy Sándor (nasa@http.hu)   
2009. február 16.

Forrás: http://en.wikipedia.org/wiki/File:Color_star-en.svg
Hagyományos színelmélet szerinti RYB szín-csillag

A közelmúltban a színekkel, azok érzékelésével, esztétikai hatásával foglalkozó két cikk fordítását publikáltuk a Fotó Agórán. Az első cikk megjelenését követően egyik látogató e-mailben kifogásolta a cikknek a levél zöld színe érzékelésével kapcsolatos magyarázatát, egyúttal a cikktől gyökeresen eltérő magyarázatot fogalmazott meg. Gondolatmenetét – a tudományos színelmélet alapján – alapvetően hibásnak találtam, ugyanakkor az a hagyományos színelmélet szóhasználatával összhangban volt. Az ellentmondás feloldását abban láttam, hogy a kétféle színelmélet ugyanazt a fogalmat – a kiegészítő színt – eltérő értelemben használja. A színelmélet kialakulás-történetének tanulmányozása során csak megerősödött a benyomásom, hogy gyakran nem pontosan tisztázott fogalmakkal élnek a színekkel foglalkozó ismertetők. Az egész kérdéskört

Forrás: http://en.wikipedia.org/wiki/File:RBG_color_wheel.svg
Tudományos színelmélet szerinti RGB szín-csillag
cikksorozatban fogom bemutatni részletesen. Mindenekelőtt azonban azt a halvány, kevéssé valószínűnek tűnő aggályomat kívántam teljes bizonyossággal eloszlatni, hogy esetleg eltérően viselkednek (a kiegészítő színek szempontjából) a természetes fény (amelyben a fehérnek érzékelt fényt számos, rendszerint folytonosan változó hullámhosszúságú – színű – fény alkotja) és a digitális technikában előállított „mesterséges fény” (ebben minden színt, a fehéret is, mindössze három alapszín keverékével állítunk elő). A jelen cikkben ennek kísérleti vizsgálatát, és a vizsgálat eredményét ismertetem. Előre bocsátom a vizsgálat eredményét: a kétféle fény a kiegészítő színek tekintetében is teljesen azonosan viselkedik. A hagyományos és modern színelmélet között fogalmi eltérés van.

(Egy éves a Fotó Agóra: 2008. február 14-én hoztuk nyilvánosságra, kezdtük terjeszteni elérhetőségét)

 

A bennünket körülvevő világról érzékszerveink útján szerzünk információkat. Öt érzékszervünk (látó-, halló-, tapintó-, ízlelő- és szaglószerv) közül a látás szerve, a szemünk továbbítja a külvilágról szerzett összes információ 90%-át agyunkba. Nappali fényben (és ahhoz mérhető világosságú mesterséges fényben is) színesen látjuk a világot. Már régen észrevettük, hogy a színek hangulatunkat is befolyásolják, sőt újabban azt is kimutatták a kutatók, hogy a különböző színek gondolkodásunk más-más irányát serkentik. Érthető, hogy az elmúlt évszázadok során filozófusok, festőművészek, orvosok, matematikusok, fizikusok, fiziológusok, pszichológusok, költők sokasága kutatta a színes látás mechanizmusát (titkát), tanulmányozta a színeket. Ma a fotósok többnyire színes felvételeket készítenek, de a fekete-fehér fényképezésben is figyelni kell a színekre, hiszen a különböző színek azokon a szürke különböző tónusaiként jelennek meg, és a kép tónusvilágát színszűrőkkel alaposan módosíthatjuk (tették/teszik is a fotósok hosszú idő óta, legfeljebb manapság inkább a digitális utófeldolgozás során). Érdemes tehát minden fotósnak behatóan megismerkedni a színek világával.

Tartalomjegyzék

Mivel a cikk hosszabb a szokásosnál, az alábbi tartalomjegyzék segíti a fejezetek között lapozást, esetleg több részletben olvasást.

Mi a szín?
A vitatott látogatói felvetés – mitől zöld a levél?
A levélzöld spektrum és a folytonos spektrumú kiegészítő színek (saját vizsgálatok)
Az RGB színháromszög – kiegészító színek a tudományos színelméletben

Mi a szín?

Tisztázzuk elsőként a témával kapcsolatban felmerülő alapkérdést: mi a szín? Induljunk ki abból, hogy a szín a fényhez köthető fogalom. Általában a tárgyak színéről beszélünk, de azokat csak fény jelenlétében (világos környezetben), a fény közvetítésével érzékeljük. Erről szól a bevezeztőben említett,

Forrás: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Prism_rainbow_schema.png
A prizma színeire bontja a természetes fehér fényt (napfényt)
és a levél zöld színével kapcsolatban vitatott magyarázatot tartalmazó cikk. Newton 1666-ban felfedezte a színszóródást (diszperziót), az optikai színképet (a fehér fényt prizmával színeire bontotta, ezt 1672-ben és 1704-ben megjelent műveiben írta le részletesen). Kimutatta, hogy a természetes fehér fény (napfény) a szivárvány összes színét tartalmazza, ezek a prizmával szétválaszthatók, és újra egyesítve, ismét fehér fényt adnak. Nagyjából 200 éve tudjuk, hogy a fény hullám (elsősorban Young és Fresnel fényinterferencia-kísérletei a 19. század elején), csaknem 150 éve már azt is, hogy elektromágneses hullám (Maxwell elméleti és Hertz kísérleti eredményei a 19. század második felében). A newtoni prizma-kísérletben tehát a napfényben jelenlevő, folytonosan változó hullámhosszúságú fény hullámhossz szerinti szétválasztása történik, a spektrumban a fényt hullámhossz szerint rendezve figyelhetjük meg.

Kézenfekvőnek tűnik, hogy a színt fizikai fogalomként, a látható fény bizonyos hullámhossz-tartományba eső része

Forrás: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Spectrum441pxWithnm.png
A természetes fehér fény spekytruma, a skála: hullámhossz nanométerben
jellemzőjének tekintsük. Valóban használjuk is a szín szót ebben az értelemben, de az már el kell gondolkodtasson bennünket, hogy a hullámhossz folytonosan változó, mennyiségi jellemző, míg a szín  meghatározására eltérő szavakat használunk, az azokat elkülönítő határok meglehetősen szubjektívek. (A Világhálón bőségesen találunk információt a szín-nevek rendkívüli gazdagságáról. A színek különböző nyelveken történő megnevezésének összehasonlítása és a színek különböző szempontok szerinti csoportosítása, bemutatása különösen figyelemre méltók. Egy számos szín-katalógust bemutató anyagban a legszélesebb színválasztékot egy több, mint 1300 színt egzaktul definiáló katalógus tartalmazza.)

Használjuk a szín szót a mindennapi életben különböző tárgyak, pl. festékanyagok megjelölésére. A tudományos nyelvben, fiziológiai szempontból a fény által a szemünkben kiváltott ingert (színinger), pszichológiai szempontból pedig az általában a színinger hatására keletkező – de olykor e nélkül, pl. a szem megnyomása folytán, vagy álomban is létrejövő – érzetet (színérzet) jelöli. A színtan e legutolsó, a tudatunkban megjelenő színérzet szempontjából közelít a színekhez. A lexikonokban általában ezt a megközelítést követő definíciók olvashatók a színnel kapcsolatban. A Természettudományi Kislexikonban (Akadémiai Kiadó, 1971.) pl. az alábbi meghatározást találjuk:

„Szín: (opt, biof) látható fény által keltett fiziológiai érzet, pontosabban azok a minőségi különbségek, amelyek a látásérzetben struktúra nélküli látómező esetén is jelentkeznének. ... Nem rendelhető tehát minden színárnyalathoz egy határozott hullámhossz. Sőt inkább azt mondhatjuk, hogy a legtöbb árnyalat nem is jellemezhető hullámhosszokkal, az érzet létrejöttében más fizikai, fiziológiai, ill. pszichológiai tényezőknek is szerepe van. …”

Összegezve (és némileg kibővítve) az eddigieket, azt rögzíthetjük, hogy

      • a szín a tudatunkban (a tudati működés, információ-feldolgozás eredményeként a külvilágról előállított képi modell részeként – lásd az emberi látással foglalkozó későbbi cikkben) megjelenő érzet, amit a szemünkbe jutó látható fény által keltett, a fény hullámhossz-összetételétől és intenzitásától függő szín-inger vált ki;
      • de nem hozható közvetlen, szoros kapcsolatba a fény hullámhosszával, hiszen pl. egyes színekhez nem rendelhető meghatározott hullámhossz (ezek a színek hiányoznak a fehér fény felbontásával előállított spektrumból), ugyanakkor megfelelően megválasztott, különböző hullámhossz-összetételű fény ugyanazon színérzetet eredményezhet.

Vissza a tartalomjegyzékhez 

A vitatott látogatói felvetés – mitől zöld a levél?

Mivel e helyen eltekintünk a színtan rendszerezett, teljes körű bemutatásától (azt későbbi cikksorozatban megtesszük), az alapok, a szín mibenléte tisztázását követően nézzük meg közelebbről a bemutatásra kerülő vizsgálatokat eredményező, vitatott kérdést. A „Fény – szín és emberi látás” c. cikkben a szerző – leegyszerűsítve – értelmezi a levél zöld színét, annak kialakulását ábrán is szemlélteti. Idézzük: „A  legtöbb növény levelei a piros, narancs, kék és ibolya színű fényt elnyelik.  Ugyanakkor visszaverik az összes  zöldet, ezért látjuk azokat zöldnek. A tárgynak ezt a tulajdonságát annak spektrális visszaverőképességével jellemezzük.” Egyszerűsít, mivel valójában nem csak a zöld színű fényt veri vissza a zöld levél, hanem olyan hullámhossz-összetételű fényt, amely keverék-fény tudatunkban zöld színérzetet vált ki (akár az is előfordulhatna, hogy a zöld színnel jellemezhető hullámhossz-tartomány hiányzik a visszavert fényből). De a cikk nem törekszik a színtan teljes részletességű, pontos ismertetésére, egy egyszerű, átfogó képet kíván adni. Ezért tetszett meg, ezért közöltük az Agórán a fordítását.

A Hozzászóló (e-mailben) nem csak ezt az egyszerűsítést kifogásolta. Érdemes Őt is idézni, levelének érdemi részét teljes terjedelmében (nem az öncélú vita, hanem a vizsgálatokat elindító tanulságok levonása érdekében): „Nem vitatom, hogy Miles Hecker jó fotós, de a színelmélethez sajnos nem ért. A falevél NEM azért zöld, mert a zöld szín kivételével mindent elnyel! A falevél klorofilja a vörös színt nyeli el, minden más színt visszaver (bizonyos százalékban persze) és az emberi szem a vörös szín KIEGÉSZÍTŐ színének, azaz zöldnek látja a falevelet. A körülöttünk lévő tárgyak többségének, és a különböző festékek színének közel 100% így áll elő. Az additív és a szubsztarktív színkeverésnek számos lényeges tulajdonsága van, sajnos ezekről nem esik szó.” Most ne foglalkozzunk a cikk szerzőjére vonatkozó sommás ítélettel, nézzük a hozzászóló állításait a levélzöldről. Első kijelentése éppen annyira egyszerűsít, mint a cikk, csak ellentétes értelemben, amikor azt állítja, hogy a falevél csak a vörös színt nyeli el, minden más színt visszaver. (Valójában mindenszínt, beleértve a zöldet is, bizonyos százalékban elnyel, bizonyos százalékban visszaver - mindössze arról van szó, hogy egyes színeket nagyobbrészt visszaveri, másokat nagyobbrészt elnyeli.) De ez még önmagában, egyszerűsítésként, akár elfogadható lenne. Színtani ismereteimmel a második kijelentése tűnt szöges ellentétben levőnek: a szerint kiegészítő színpárokként pl. a vörös-türkiz (kékeszöld), valamint a zöld-bíbor (lila) párokat tatottam/tartom számon – ezeket páronként megfelelő arányban összekeverve kapunk fehér színt - nem pedig a vörös-zöld színpárt. Hozzászóló gondolatmenete teljesen egyértelművé teszi, hogy a kiegészítő színt ebben az értelemben használja. Utolsó mondata az additív és szubtraktív színkeveréssel kapcsolatban helytálló. Az ominózus cikk ezekkel mindössze 1-2 mondat erejéig foglalkozik, de már említettük, hogy nem ad részletes színtani ismertetést.

Természetesen utánanéztem, van-e olyan színtani felfogás, amely szerint a vörös és a zöld kiegészítő színek. Nem is kellet sokat keresnem, a másik, lefordított cikkünk is egy ilyen színelméletet ismertet. A cikk vége fele találunk néhány mondatot a kiegészítő színekről, és megemlíti a vörös/zöld párt, bár szín kontrasztként. A kiegészítő színek fentebb említett tulajdonságát (nevezetesen, hogy fehérre egészítik ki egymást) nem állítja. Idézzük fel ennek a cikknek a kiegészítő színekre vonatkozó részét: „Kiegészítő (komplementer) színeket alkot bármely két, a színkör (lásd a cikk elején) ellentétes pontján elhelyezkedő szín. Két ilyen ellentétes színt, ha együtt jelennek meg, egyensúlyban levőnek tartunk. A fenti képen a narancsszínű ponty kellemesen kiegészíti a kék vizet, mintegy szükségszerűségként. Valójában, amikor a kiegészítő színek együtt jelennek meg, felerősítik egymás intenzitását, az egyidejű kontrasztnak (szimultán kontraszt) nevezett hatás révén.  A vörös/zöld az egyik leggyakoribb szín kontraszt.” Összehasonlításul a címlapon bemutatjuk a hagyományos és a modern színelmélet 12-12 jellegzetes színét, egy szokásos (szín-csillag – color-star) megjelenítésben (a csillag átellenes pontjain találjuk a kiegészítő színpárokat, természetesen ezek eltérő jelentéssel bírnak a két modellben).

Tovább böngészve a színelméletek között, áttekintve a színtan kialakulásának, fejlődésének történetét, a színtani (és fotós) szakirodalomban  gyakran felbukkanó, félreértésekre is okot adó pontatlanságokat találtam. A továbbiak szempontjából, a színtan történetéből az alábbiakat érdemes felidézni:

  • A fejlődés korai szakaszában – talán a rendelkezésre álló pigmentek (festékanyagok) korlátozott színválasztéka miatt – egy hiányos színrendszer alakult ki (ennek alapszínei többnyire a sárga, a vörös és a kék (Yellow, Red, Blue – YRB). A művészek a mai napig többnyire ezt a színrendszert használják, ebben gondolkodnak, a színek esztétikai, pszichológiai hatását ebben a színrendszerben fogalmazzák meg. (A megkülönböztetés érdekében ezt a színrendszert „hagyományos” színrendszernek/színelméletnek nevezem.)
  • Jóval később, korábbi rész-eredményeket is felhasználva, elsősorban Maxwell színtani felfedezéseire épülve, fokozatosan alakult ki a ma széles körben elfogadott, alkalmazott tudományos színelmélet. E szerint az összes szín (a fehér/szürke/fekete semleges, és az össze többi, „tarka” színek egyaránt) előállítható három, alkalmasan megválasztott alapszín megfelelő arányú keverékeként (additív színkeverés). Ebben a színelméletben különleges helyet foglalnak el a kiegészítő színek. Egy-egy kiegészítő színpár (legyenek azok tiszta spektrumszínek, vagy bármilyen módon külön-külön is, az adott kiegészítő színek színérzetet keltő összetett színek) színeit megfelelő arányban összekeverve fehéret adnak (részletesebben lásd a cikk utolsó fejezetében). A fordítottja is igaz: ha bármely, fehér színérzetet keltő összetett fényből tetszőleges részt kiveszek, akkor a kivett fény, és a maradék fény külön-külön kiegészítő színeknek megfelelő színérzetet kelt.
  • Az additív színkeverés szerint működik a szemünk, az elektronikus képi informatikai eszközeink (pl. a fényforrás jellegűek, úgy mint a TV és számítógép-monitor, de a digitális fényképezőgép is). Ennek alapszínei rendszerint a vörös, a zöld és a kék (Red, Green, Blue – RGB). (Zárójelben meg jegyezzük, hogy a saját fénnyel nem rendelkező tárgyak színe szubtraktív színkeverés – hullámhossz szerint szelektív elnyelés és visszaverődés – szerint alakul, de azzal ebben a cikkben nem foglalkozunk részletesen.)
  • A hagyományos és a tudományos színelmélet egymás mellett élése semmi bonyodalmat nem okoz, ha azokat saját helyén, rendeltetésük szerint alkalmazzuk. Félreértésre különösen alkalmat ad az a körülmény, hogy a kiegészítő (komplementer) színek szóhasználat mindkettőben előfordul, eltérő jelentéssel, természetesen más-más kiegészítő színpárokkal (ezek összekeverésének áldozatává vált Hozzászóló).

Itt megnyugtatóan le is zárhatnánk a kérdést, ha nem olvastam volna olyan, a kiegészítő színekre vonatkozó kísérletről, amelyet Newtonnak tulajdonítanak, és amelyik a tudományos színelméletben használt értelemben a vörös-zöld kiegészítő színpár létét mutatja (bár nem használja ezt a kifejezést). Mivel az ominózus kísérlet ismertetése több helyen is olvasható, bemutatom (hangsúlyozva, hogy leírt eredménye nem felel meg a valós, saját kísérleteinkkel igazolt tényeknek, ahogyan arról a cikk későbbi részében ki-ki meggyőződhet).

Egy, a Világhálón több helyen is (pl. itt) megtalálható tananyagban ábra is szemlélteti Newton két prizmával végzett

Forrás: http://www.prohaszka.gyor.hu/uploads/temp/docs/Fizika%20mk/diszperzio.pdf
A Newtonnak tulajdonított, a kiegészítő színekkel kapcsolatban vitatott eredményű kísérlet
kísérletét. A második prizmával azt vizsgálta, vajon bontható-e tovább a prizmával már különböző színű összetevőkre bontott fény. „A színkép útjába újabb rést helyezett, amelyen csak a vörös fényt engedte át. Ezt újabb prizmára bocsátva a fény kétszer megtört, de már nem bomlott további színekre.” Ez eddig rendben van, akárcsak az ábrához fűzött magyarázat: „Ha a színösszetevők közül egyet eltérítünk, a többi szín egyesítése az ernyőn az eltérített szín kiegészítő színét adja.” A folytatást viszont már fenntartással kell fogadnunk: „Ha viszont a vörös
Forrás: http://www.prohaszka.gyor.hu/uploads/temp/docs/Fizika%20mk/diszperzio.pdf
A hagyományos színelmélet szerinti YRB színkör (egymással szemben a kiegészítő színek)
kivételével a többi színt egyesítette, a keverékszínt zöldnek látta. Ez a zöld természetesen újra színeire bomlik, ha prizmára ejtjük, a vörössel egyesítve pedig fehér fényt ad. Egymást fehér fénnyé egészítik ki a narancs és a kék, valamint a sárga és az ibolya színek is. Az ilyen színeket ezért kiegészítõ (komplementer) színeknek nevezzük.” Az egyértelműség érdekében bemutatja a hagyományos (YRB vagy RYB alapszínekre épülő)  színkört, ezzel a magyarázó szöveggel: „Színkör – egymással szemben találhatók a kiegészítõ színek”. Ez így együtt a fogalmak olyan összekeverése, amitől fentebb óvtunk!

Tekintettel arra, hogy a kiegészítő színekkel kapcsolatos minden számítógépes vizsgálat, szimuláció a három alapszínből additív színkeveréssel előállított fehér fénnyel történik, felmerülhet a gyanú, hogy a természetes, folytonos spektrumú fehér fény esetén (amilyet Newton is használt) talán másképpen alakulnak a kiegészítő színek.

Ezek az ellentmondó értelmezések juttattak arra az elhatározásra, hogy (korábbi) egyetemi hátteremet felhasználva, kétséget kizáróan tisztázzam a felmerült problémákat. Két konkrét feladatot tűztem magam elé:

  • A levélről visszaverődő, zöld színérzetet keltő fény spektrális összetételének megállapítása (mely színeket nyeli el, és melyeket veri vissz a zöld lombozat);
  • A folytonos spektrumú, természetes fehér fény kiegészítő színeinek vizsgálata, bemutatása.

Vissza a tartalomjegyzékhez

A levélzöld spektrum és a folytonos spektrumú kiegészítő színek

A zöld levélről visszavert fény hullámhossz-függése: Ennek közvetlen, saját vizsgálatáról lemondtam, mivel egyszerűbb megoldás kínálkozott. A Debreceni Egyetem Mezőgazdaságtudományi Karán, a Víz- és Környezetgazdálkodási Tanszéken kiterjedt távérzékelési kutatómunka folyik. A tanszék vezetője, dr. Tamás János professzor volt szíves a kérdés megválaszolására alkalmas vizsgálati anyagot bocsátani rendelkezésemre. A tanszék országos viszonylatban egyedülálló, korszerű berendezésével (AISA DUAL hyperspectral camera) a légifelvétel minden egyes pixeléhez az© dr. Tamás János és Nagy Sándor (NaSa) infravöröstől a távoli ultraibolyáig terjedő spektrum rögzíthető. Az egyetem széles környezetének levegőből szkennelt adatbázisából hat, külön-külön nagyjából homogén földfelszíni folt (négy, eltérő fafajokkal erdősült, ill füves, más-más zöldnek mutatkozó, továbbá két semleges színű, csaknem fehér, ill. középszürke) spektrumát gyűjtöttük ki. A műszer a spektrumból a felület reflexiós képességének hullámhossz-függését állítja elő, ezeknek a görbéknek a spektrum látható tartományába eső szakaszát mutatom be az ábrán (a hullámhossz-tengely alatti színes spektrum csak tájékoztatásul szolgál, nem feltétlenül pontos a színek és hullámhosszak egyezése). A vízszintes tengelyen a hullámhossz nanométerben, a függőleges tengelyen a reflexiós tényező van feltüntetve (a reflexiós tényező a visszavert fény és a beeső fény mennyiségének hányadosa, értéke 1 a hiánytalan visszaverődés, 0 a tökéletes elnyelés ideális esetében). Jól látható, hogy a két semleges színű folt reflektancia-függvénye egymáshoz nagyon hasonló lefutású, akárcsak a négy zöld folté, de a két csoporté egymástól nagyon eltérő. A zöld lomb visszaverő/elnyelő képességét a két csoport közötti különbség mutatja: amely hullámhosszaknál a zöld felületek reflektancia-függvénye jelentősen alacsonyabban fut a semleges színűkénél, ott a lomb jelentős fényelnyelést mutat, amely hullámhosszaknál a különbség csekély, azon hullámhosszúságú (színű) fény jelentős hányadát a lombozat visszaveri.

A függvények kvalitatív összehasonlítása alapján elmondható, hogy a zöld lombozat a teljes látható spektrum tartományban valamilyen, nullánál nagyobb reflexióval rendelkezik. A zöld szín tartományában a reflexiós tényező határozott, elég széles maximumot mutat (tehát Miles Hacker magyarázata és ábrája nem is áll nagyon távol a valóságtól), de a zöld tartomány mindkét oldalán (mind a sárga-narancs-vörös, mind a türkiz-kék tartományban) jelentős a fényelnyelés (tehát Hozzászóló magyarázata nem igazolódik).

Már csaknem befejeztem e cikk írását, amikor még közvetlenebb vizsgálati eredményeket kaptam. Ugyancsak a Debreceni Egyetemről, ezúttal a Természettudományi és Technológiai Kar Szervetlen és Analitikai Kémiai Tanszékéről. Dr. Posta József egyetemi tanár és dr. Braun Mihály egyetemi adjunktus közvetlenül a levélről visszaverődő fény spektrumát vették fel (AvaSpec spektrofotométerrel, AvaLight halogén izzós fényforrással, többcsatornás száloptikával, 45 fokos reflexiós geometriában). Az ábrán változatlan formában mutatom be mérési eredményüket, ahogyan rendelkezésemre bocsátották. A baloldali képen látható levél egy zöld (felső függvény), és egy sárguló-vörösödő (alsó függvény) részének reflexiós tényezőjét látjuk a jobboldali grafikonokon, a hullámhossz függvényében. Jól megfigyelhető, hogy a  zöld levél (tél lévén, egy sötét örökzöldet, mahóniát vittek be a laborba) szinte csak a zöld színű fényt veri vissza, jóval kevésbé a sárga és a narancs színűt, a kéket szinte teljesen elnyeli, a vörösnek viszont inkább csak a narancs felőli felét nyeli el, az infravörös fele haladva, egyre jobban visszaveri. A színesedő levél esetében a reflexiós tényező maximuma természetesen a sárga, narancs, vörös irányába tolódik el, a zöldet szinte teljesen elnyeli.

© dr. Posta József és dr. Braun Mihály
Levél zöld, és színesedő részéről visszavert fény spektruma

A két, nagyon eltérő körülmények között, más-más műszerrel végzett mérés eredménye a zöld lombról visszavert fény színére nagyfokú hasonlóságot mutat, lényeges eltérés a kék 400-480 nm hullámhossz-tartományában mutatkozik közöttük.

Azok kedvéért, akiket a jelenségek magyarázata is érdekel (Természettudományi Kislexikon, Akadémiai Kiadó, 1981, és pl. egy cikk a Világhálón): A zöld növény színének meghatározásában fő szerepe a klorofillnak, a növényi sejtek plazmájában levő zöld szemcsék pigmentanyagának van (szokás levélzöldnek is nevezni). Ez két, egymáshoz igen hasonló anyag keveréke. A klorofill-a kékeszöld színű, mikrokristályos szerkezetű, a klorofill-b pedig sárgászöld színű. Rendszerint kísérője a klorofillnak egy másik pigment, a karotin, annak színe sárga (ez teszi egyes növények levelét élénkzölddé). E két anyag nyeli el a napfény energiáját, ami a fotoszintézis folyamatában a szénhidrátok kémiai energiájává alakul át (ebben, leegyszerűsítve, a levegő szervetlen széndioxidja vízzel a növényt építő szerves anyaggá alkul, miközben oxigén szabadul fel). A napfény hatására a klorofill folyamatosan elbomlik, de a napfény és hő hatására folyamatosan újratermelődik, a két folyamat egyensúlya határozza meg mennyiségét. Ősszel, a fény és hő csökkenésével a növényben fokozatosan elzáródik a gyökerektől a levélhez áramló víz és ásványi tápanyagok útja, csökken a klorofill termelődés, koncentrációja lecsökken – elhalványodik a zöld szín. A karotin kevésbé bomlékony, ennek színe válik meghatározóvá (sárgul), míg más növényekben sok a cukor, az abból képződő anticianinok pirosra színezik a leveleket.

A folytonos spektrumú kiegészítő színek vizsgálata:  Korábbi munkahelyemet, a Természettudományi és Technológiai Kar Kísérleti 

© Nagy Sándor (NaSa)
A TB-2 típusú Török-Barabás spektroszkóp
Fizikai Tanszékét kerestem meg a Debreceni Egyetemen. A kísérleteket dr.
© Nagy Sándor (NaSa)
A kísérleti elrendezés, fényforrás felőli nézet
Raics Péter kollegámmal végeztük, a tanszék optika laboratóriumában. Tervem a fentebb ismertetett, Newtonnak tulajdonított kísérlet megismétlése volt: a prizmával színeire bontott fehér fényből bizonyos színtartományokat takarással kívántam eltávolítani, és a maradék fényt gyűjtőlencsével újra egyesíteni. Péter az egyszerűség kedvéért azt javasolta, hogy egy Török-Barabás prizmás spektroszkópot használjunk a fény színekre bontásához. A műszer fedelének eltávolítása után kiderült, hogy még a prizma-rendszerből, nagyjából 90 fokos szögben kilépő fénynyaláb útjában levő tükör eltávolítására sincs szükség, az előre-irányban kilépő spektrum intenzitása is elegendő a vizsgálat elvégzéséhez és képi dokumentálásához. A képek a TB-2 típusú Török-Barabás spektroszkópot, és a kidobozolt spektroszkóppal összeállított kísérleti elrendezést mutatják. Az ernyőn megjelenő spektrumot, illetve a színek egyesítésével előállított fényfoltot rögzítő fényképezőgépnek csak az állványa látható a képeken, az ernyőtől balra.

© Nagy Sándor (NaSa)
A kísérleti elrendezés, oldalnézet

© Nagy Sándor (NaSa)
A kísérleti elrendezés, a fényforrás felőli (balra) és a prizmától az ernyőig terjedő (jobbra) részlete

A kísérletet vázlatosan az alábbi két ábra szemlélteti. A prizmával színeire bontott fénynyalábba a nyíl szerint különböző pozícióba toltuk be az akadályt (háromféle akadályt használtunk: a spektrum valamelyik széléről széles tartományt kitakaró kartonlapot, a spektrum két szélét kitakaró, változtatható szélességű rést, és a spektrum belsejének egy részét kitakaró keskeny karton-csíkot – ez utóbbi látható az elrendezést szemléltető egyik felvételen). Az akadály minden pozíciójában két felvételt készítettünk: egyet a színeire bontott spektrumról (természetesen annak az akadály után megmaradó részéről), gyűjtőlencse nélkül (felső ábra), egyet pedig az akadály után megmaradó spektrum újraegyesítésével kapott fényfoltról, gyűjtőlencsével (a gyűjtőlencse valószínűleg a Török-Barabás prizma előtti belépő rését képezi le többé-kevésbé élesen az ernyőre – alsó ábra).

© Nagy Sándor (NaSa)
A kísérleti elrendezés vázlata (a spektrum rögzítéséhez)

© Nagy Sándor (NaSa)
A kísérleti elrendezés vázlata (a spektrum egyesítésével előállított fényfolt rögzítéséhez)

Az alább bemutatásra kerülő valamennyi felvételt – előkísérletek eredményeképpen kialakított – szigorúan azonos körülmények között készítettük. Gondosan ügyeltünk arra, hogy a fénynyaláb – ernyő – fényképezőgép relatív helyzete, az objektív fókusztávolsága változatlan legyen, azaz a spektrumok hullámhossz-skálája pontosan megegyezzen (a későbbi kép-kivágások során is szigorúan azonos pixel-tartományokat nagyítottunk ki). Alább, tájékoztatásul bemutatunk egy-egy teljes spektrum- ill. rés-képet, minden utófeldolgozás, képkivágás mellőzésével (Nikon D40, f=157 mm egyenértékű fókusztávolság, ISO 800, exp. 10 s, f/6,3, önkioldó 2 s, tárgytávolság 580 mm). Bár a kísérlethez fényforrásként magas színhőmérsékletű, lényegében fehér fényt kibocsátó gépkocsi-izzót használtunk, az optikai rendszer után az egyesített fénynyaláb színe kissé sárgásnak mutatkozott. Az azonos körülmények biztosítása érdekében a felvételeket azonos (napfény) fehéregyensúly (WB) beállítással végeztük. A teljes, takaratlan spektrummal egyesített fényfolt (réskép) esetében megállapítottuk a szükséges színkorrekciót (vörös 0,91x, zöld 1,00x, kék 1,68x), és ezt alkalmaztuk következetesen valamennyi felvétel utófeldolgozása során. A rés-felvételeken, a rés szélén megjelenő színeződés alighanem a használt, véges szélességű fénynyalábból eredő „színi hiba”, de biztosan hozzájárul az egyszerű, korrigálatlan, egytagú gyűjtőlencse színi hibája is. Az egyesített fény színének megállapításakor a rés-kép középső, homogén részét kell figyelembe venni.

© Nagy Sándor (NaSa) és dr. Raics Péter
Eredeti, vágatlan felvételek (a spektrumról, ill. a spektrum egyesítésével előállított fényfoltról, résképről)

A vizsgálat eredményét az összetartozó felvétel-párokból (színekre bontott spektrum-, és gyűjtőlencsével egyesített rés-kép) kivágott, egymás mellé illesztett képekkel dokumentáljuk, szemléltetjük. Az első felvétel-pár a fehér fény teljes, takaratlan spektrumával készült. A további felvétel-párokon a takarás tartománya magukon a felvételeken világosan látszik, további magyarázatot nem igényel. A rés-képeken látjuk a takarás utáni maradék-spektrumok egyesített fénynyalábjának színét. Az alábbi felvétel-sorozat általános tanulságul szolgál.

© Nagy Sándor (NaSa) és dr. Raics Péter

© Nagy Sándor (NaSa) és dr. Raics Péter

© Nagy Sándor (NaSa) és dr. Raics Péter

© Nagy Sándor (NaSa) és dr. Raics Péter

© Nagy Sándor (NaSa) és dr. Raics Péter

© Nagy Sándor (NaSa) és dr. Raics Péter

© Nagy Sándor (NaSa) és dr. Raics Péter

© Nagy Sándor (NaSa) és dr. Raics Péter

© Nagy Sándor (NaSa) és dr. Raics Péter

© Nagy Sándor (NaSa) és dr. Raics Péter

© Nagy Sándor (NaSa) és dr. Raics Péter

© Nagy Sándor (NaSa) és dr. Raics Péter

© Nagy Sándor (NaSa) és dr. Raics Péter

© Nagy Sándor (NaSa) és dr. Raics Péter

A komplementer színpárok szemléltetése érdekében páronként egymás alá rendeztünk olyan képeket, amelyek a spektrum egymást lehetőleg pontosan (legalábbis jó közelítéssel) kiegészítő részének kitakarásával készültek. A képek egy része már a fenti sorozatban is szerepelt (de itt az összehasonlítást biztosító sorrendben, párokban mutatjuk be), mások újak. Az előző fejezetben kérdésesként szereplő zöld-bíbor és vörös-türkiz komplementer színpárokra külön felhívjuk a figyelmet a képaláírásban.

© Nagy Sándor (NaSa) és dr. Raics Péter
Kiegészítő színpár

© Nagy Sándor (NaSa) és dr. Raics Péter
Zöld-bíbor kiegészítő színpár

© Nagy Sándor (NaSa) és dr. Raics Péter
Kiegészítő színpár

© Nagy Sándor (NaSa) és dr. Raics Péter
Kiegészítő színpár

© Nagy Sándor (NaSa) és dr. Raics Péter
Kiegészítő színpár

© Nagy Sándor (NaSa) és dr. Raics Péter
Vörös-türkiz kiegészítő színpár

© Nagy Sándor (NaSa) és dr. Raics Péter
Kiegészítő színpár

Az elvégzett kísérletsorozat fentebb bemutatott képi dokumentációja kétséget kizáróan bizonyítja, hogy az együtt fehér fényt adó komplementer színpárok folytonos spektrumú természetes fény alkalmazása esetén is a tudományos színelméletben szereplőkkel egyeznek, nem pedig a művészek által kedvelt hagyományos színelméletével. A vörös és a zöld egyesítve nem fehér fényt, hanem sárgát eredményez! A hagyományos fényelmélet komplementer színpárjai csak a színek esztétikai, pszichológiai, érzelmi hatása szempontjából adnak tájékoztatást.

Vissza a tartalomjegyzékhez

Az RGB színháromszög – kiegészító színek a tudományos színelméletben

Végezetül, vizsgálataink eredményeivel összehasonlíthatóság érdekében, bemutatjuk a tudományos színelmélet kiegészítő színeit (fentebb, amikor a vitatott látogatói felvetéssel kapcsolatban először szóba került, azért tekintettünk el ettől, hogy az így is elég hosszadalmasra sikerült bevezetőt ne nyújtsuk tovább, minél előbb eljuthasson a kedves olvasó saját vizsgálataink ismertetéséhez).

A három alapszínből kikeverhető színek egyik, talán legáttekinthetőbb szemléltetése a színháromszög. A színháromszöget az alábbi eljárással készíthetjük el: Egy egyenlő oldalú háromszög három csúcsát a választott három alapszínnel színezett pontokkal tűzzük ki (az RGB színháromszöget pl. 700 nm hullámhosszúságú vörös, 546 nm hullámhosszúságú zöld és 436 nm hullámhosszúságú kék alapszínekből szokás felépíteni, intenzitásuk, világosságuk arányát úgy kell megválasztani, hogy azokat összekeverve pontosan fehér színt adjanak). A háromszög oldalai mentén elhelyezkedő pontok színét az adott oldal két végpontjában elhelyezkedő színekből keverjük, a keverési arányt a megfelelő színű csúcsponttól mért távolsággal fordított arányban megválasztva (az oldalfelező pontban a keverési arány 1:1, az oldalt negyedelő pontokban 1:3 ill. 3:1, a közelebbi csúcs színe van nagyobb arányban). A háromszög belső pontjait mindhárom alapszín keverésével színezzük, a keverési arányt ismét a kérdéses pontnak a csúcspontoktól mért távolságaival fordított arányban kell megválasztani. A háromszög középpontja, lévén a három csúcstól egyenlő távolságra (és ez az egyetlen ilyen tulajdonságú belső pont), egyenlő arányban tartalmazza a három alapszínt, tehát fehér. A vörös-zöld-kék csúcsok közötti két oldalon sorakoznak a spektrum tiszta színei (amelyek megegyeznek egy-egy meghatározott hullámhosszúságú – monokromatikus – fény színével). A kék és vörös csúcsok közötti harmadik oldalon annak a bíbor színnek a különböző árnyalatai sorakoznak, amelyek hiányoznak a tiszta színek látható spektrumából.

© Nagy Sándor (NaSa)
RGB színháromszög. Jobbra fenn: az elsődleges, másodlagos és harmadlagos színek, a vonalak a kiegészítő színpárokat kötik össze. Balra fenn: színkör, az elsődleges, másodlagos és harmadlagos színekkel.

Sokáig úgy tartották, hogy a spektrum tiszta színei pontosan a háromszög két oldalán sorakoznak, és az így előállított színháromszög tartalmazza az emberi látás által érzékelhető valamennyi színt (lefedi a látás teljes színtartományát). Számos ember színlátásának alapos vizsgálatával később kimutatták, hogy nem létezik a három alapszín olyan választása, amelyekkel konstruált színháromszög az átlagos emberi színérzékelés teljes tartományát lefedné. Egy nemzetközi szervezet, a Nemzetközi Világítástechnikai Bizottság (Commission Internationale de l’Eclairage – CIE) 1931-ben megalkotta azt a színdiagramot (ez nem háromszög, hanem patkó alakú), amely az RGB színháromszögnél nagyobb, az átlagos emberi színérzékelés teljes tartományát lefedi, de azzal e helyen nem foglalkozunk. A színháromszög tulajdonságai – némi értelemszerű módosítással a CIE színdiagrammra (kromacitás diagrammra) is érvényesek.

A színháromszögön megjelenő színek további értelmezéséhez meg kell ismerkednünk a színtelítettség fogalmával. Mint már említettük, a háromszög kerületén, az oldalak mentén sorakoznak a tiszta színek, amelyek a legélénkebbek. Egy kerületi pontból a háromszög középpontja (fehér pontja) felé haladva ugyanazon szín egyre tompább, pasztellszerűbb, telítetlenebb árnyalatát találjuk. A telítetlen színeket úgy kapjuk, hogy a két alapszínből kikevert (telített) színhez  a harmadik alapszínből is hozzáadunk valamennyit, azaz valamennyi fehéret (minden szín teljesen telítetlen változata fehér).

A háromszög kerülete mentén sorakozó, folytonos átmenettel egymást követő tengersok színárnyalat közötti rendteremtés szándékával 12 színt szokás közülük kiemelni, ezeket elsődleges, másodlagos és harmadlagos színeknek nevezik (Az YRB színrendszert ismertető cikkben már megismerkedtünk ezekkel). Az RGB színháromszög csúcsain elhelyezkedő három alapszín, a vörös, zöld és kék az elsődleges színek. Az oldalfelező pontokban találjuk a három másodlagos színt, amelyeket a szomszédos csúcsokban levő két-két alapszín (elsődleges szín) 1:1 arányú keverésével kapunk (ezek a sárga, a türkiz és a bíbor). A hat harmadlagos szín az oldalakat 1:3, és 3:1 arányban osztó pontokban található, ezek rendre a szomszédos csúcsokban levő két-két alapszín 3:1, illetve 1:3 arányú keverékei (vagy a szomszédos csúcsban és oldalfelező pontban levő elsődleges és másodlagos szín 1:1 arányú keverékei – elnevezésüket a keverésükhöz felhasznált elsődleges és másodlagos színek nevének kombinálásával képezhetjük - de némelyiknek van saját, egyedi neve is).

Az RGB színháromszöget bemutató ábra jobb felső sarkában egy-egy homogén színű foltként bemutatjuk a 12 kitüntetett színt. A foltokat páronként összekötő vonalak a kiegészítő (komplementer) színpárokat kötik össze (az elsődleges színek kiegészítő színe másodlagos, a harmadrendűeké ugyancsak harmadrendű). A színháromszögön a háromszög középpontján (fehérpontján) átmenő egyenesek kötik össze a háromszög kerülete mentén található kiegészítő színpárokat. Természetesen, nemcsak a 12 kitüntetett színnek van kiegészítő színpárja. Ha a háromszög bármely kerületi pontjából (bármilyen színárnyalatú tiszta színű pontból) egyenest húzunk a középponton át, ez a kerület átellenes ponján kijelöli annak kiegészítő színét.

Az egyenlő oldalú háromszög szabályos síkidom, a kerülete mentén körbe haladva, periódikusan ismétlődnek az elsődleges, másodlagos és harmadlagos színek (a periódos hossza pl. ez egyik elsődleges színtől a következőig terjed, egy elsődleges, egy másodlagos és két harmadlagos színt tartalmaz a 12 kitüntetettből). De elvben másik három színt is választhattunk volna alapszínekként (pl. az RGB színrendszer másodlagos színeit, akkor a YCM (Yellow, Cyan, Magenta – sárga, türkiz, bíbor) színháromszöget kapnánk. Ha az alapszínek megválasztása esetlegességétől el kívánunk vonatkoztatni, a színek önmagába visszatérő sorozatának szemléltetésére a legszabályosabb síkidom, a kör választása tűnik szerencsésnek (valóban, a színtan történeti fejlődésében a színkör hamarabb jelent meg, mint a színháromszög). Az RGB színrendszer 12 kitüntetett színét szemléltető színkört a színháromszög ábrájának bal felső sarkában tüntettük fel. A számok az RGB rendszer elsődleges, másodlagos és harmadlagos színeit azonosítják. Helyettük szokás a kör belsejében, sugarasan a középpont fele haladva, a telítetlen színek feltüntetése is, akárcsak a kerület mentén a folytonosan változó tiszta színek ábrázolása.

Vissza a tartalomjegyzékhez


Végezetül őszintén köszönöm dr. Tamás János professzornak, dr. Posta József professzornak, dr. Braun Mihály egyetemoi adjunktusnak és dr. Raics Péter nyugalmazott egyetemi docensnek, hogy segítettek a levél zöld színének spektrális összetétele, illetve a kiegészítő színekkel kapcsolatos probléma tisztázásában. Támogatásuk nélkül ez a cikk nem, vagy sokkal szerényebb tartalommal készült volna el. Hozzászólónak köszönöm, hogy észrevételeit eljuttatta hozzám, hiszen a cikkben bemutatott vizsgálatok igénye annak alapján fogalmazódott meg bennem. Bár a levelében megfogalmazott állításokat vitatom, de azok segítettek a színtani ismertetőkben félreértésekre okot adó pontatlanságok felismerésében. Továbbra is várom és köszönettel fogadom minden észrevételét, akárcsak az Agóra többi olvasójától. Őszintén remélem, hogy e cikk hozzásegíti olvasóit a színtan összetett kérdései közötti eligazodásban.

 

Hozzászólások
HozzáadásKeresés
Hozzászólást csupán a bejegyzett felhasználó tehet hozzá!
 
< Előző   Következő >
Advertisement
Advertisement
Advertisement