Энциклопедия фотографии



Цветовая температура

Основными источниками света в природе являются нагретые тела. Для абсолютно черного тела спектр видимого излучения, который зависит от температуры нагрева, измеряемой в Кельвинах (К), называют термином цветовая температура (рис. 1).

Абсолютно черное тело — физически идеализированный объект, который поглощает все излучения, ничего не отражает, но при этом может испускать свое излучение.

Излучение абсолютно черного тела

Рис. 1 — Излучение абсолютно черного тела

Подобный эффект можно наблюдать при нагревании металла, который при различных температурах имеет разный цвет свечения. Вначале он будет темно-красным, затем красным, потом оранжевым, затем белым. Так кузнец может визуально довести нагрев определенного металла до необходимой температуры (рис. 2).

Свечение нагретого металла

Рис. 2 — Свечение нагретого металла

На использовании этого свойства построен принцип работы электрической лампы накаливания: по тонкой вольфрамовой проволоке пропускается электрический ток, в результате чего она нагревается и испускает излучение в видимом спектре. Причем цвет свечения может быть довольно точно оценен в зависимости от температуры нагрева: ~ 600 К — темно-красный оттенок, 1000 К — оранжевый, 2000 К — желтый. Излучение поверхности Солнца, обусловленное термоядерными реакциями, имеет температуру около 6500 К, что воспринимается нами уже как белое. Звезда Вега имеет цветовую температуру от 8000 К до 1000 К и воспринимается как бело-синяя (рис. 3).

Цветовая температура абсолютно черного тела

Рис.3 — Цветовая температура абсолютно черного тела

Так как для разных тел, в зависимости от химического состава и физических свойств, нагревание до заданной температуры дает несколько различный спектр излучения или вообще может отличаться (например, флюоресцентные лампы), то используют коррелированную цветовую температуру. Она соответствует цветовой температуре окраса абсолютно черного тела, аналогичного цвету рассматриваемого источника света. При этом состав излучения и физическая температура, как правило, различаются.

В фотографии как раз и подразумевают коррелированную цветовую температуру, что позволяет довольно точно описать цвет любого источника освещения.

Причины изменения цветовой температуры

Цветовая температура зависит от физических свойств и спектра излучения источника освещения: для ламп накаливания — от режима эксплуатации, конструкции, рабочего напряжения (табл. 1); для солнца — от географического положения, времени суток, состояния атмосферы (рис. 5).

Таблица 1. — Коррелированная цветовая температура некоторых естественных
и искусственных источников света (рис. 4)


Естественные источники света


1700 К Пламя зажженной спички 6000 К Свет от облачного неба
1900 К Пламя свечи 6500 К Свет от летнего северного неба
2000 К Свет закатного солнца 6770 К Рассеянный солнечный свет
3500 К Свет солнца за один час до заката 7100 К Легкая летняя тень
4000 К Лунный свет 7500 К Свет от северного неба
4300 К Свет солнца незадолго до заката 8000 К Полная летняя тень
4870 К Прямой солнечный свет 8000 К Свет от летнего безоблачного неба
5400 К Свет летнего полуденного солнца и выше

Искусственные источники света


2650 К 40-ваттная лампа накаливания 3250 К Кварцевая галогенная лампа
2850 К 100-ваттная лампа накаливания 4000 К Флюоресцентная лампа
2950 К 500-ваттная лампа накаливания 5500 К Фотографическая лампа-вспышка

Излучение солнца при различных фазах  дневного света

Рис. 4 — Относительное спектральное распределение различных фаз дневного света
1 — свет от летнего безоблачного неба (8000 К); 2 — свет от облачного неба 6000 К; 3 — свет летнего полуденного солнца (5400 К); 4 — свет солнца за один час до заката (3500 К).

Как видно из графика (рис. 4), наиболее равномерное распределение светового потока по спектру наблюдается при солнечном свете в полдень (кривая 3). Свет от безоблачного неба смещен в синюю сторону спектра (кривая 1), а свет солнца за час до заката в красную сторону (кривая 4). Нарастание цветовой температуры приводит к смещению цветов к более холодным. Это происходит из-за того, что более короткие длины волн несут более высокую энергию (рис. 5).

Распределение источников света на шкале цветовой температуры

Рис. 5 — Распределение источников света на шкале цветовой температуры

Цветовая температура в фотографии

Зрение человека легко подстраивается под цвет источника освещения и потому белый листок бумаги выглядит нейтральным на солнце, под открытым небом либо при свете настольной лампы. В фотоаппарате же адаптация цветов производиться установкой правильной цветовой температуры — настройкой баланса белого. Широкая вариативность цветовой температуры различных источников света объясняет, почему кроме экспозиции, выдержки, диафрагмы и ISO необходимо настраивать и баланс белого для каждой конкретной сцены с определенными условиями освещения.

Итог

При увеличении физической температуры цветовая температура большинства источников освещения смещается от красной части спектра к синей.
Корреляционная цветовая температура источников освещения соответствует температуре абсолютно черного тела с аналогичным цветом излучения.
Цветовая температура искусственного источника изменяется в зависимости от физических и химических свойств; для природного — зависит от географической широты, облачности, прозрачности атмосферы, расположения солнца.
Для различных источников освещения в фотографии используется корреляционная цветовая температура, с помощью которой настраивается правильный баланс белого — воспроизведение естественных цветов, которые видит человеческий глаз при данном освещении.