Длины световых волн
Свет играет важную роль в фотографии. Привычный всем солнечный свет имеет достаточно сложный спектральный состав.
Спектральный состав видимой части солнечного света характеризуется наличием монохроматических излучений, длина волны которых находится в пределах 400-720 нм, по другим данным 380-780 нм.
Иными словами солнечный свет может быть разложен на монохроматические составляющие. В тоже время монохроматические (или одноцветные) составляющие дневного света не могут быть выделены однозначно, а, ввиду непрерывности спектра, плавно переходят от одного цвета в другой.
Считается, что определённые цвета находятся в определённых пределах длин волн. Это иллюстрирует Таблица 1.
Длины световых волн
Название цвета
Длина волны, нм
Для фотографов представляет определённый интерес распределение длин волн по зонам спектра.
Всего выделяют три зоны спектра: Синюю (Blue), Зелёную (Green) и Красную (Red).
По первым буквам английских слов Red (красный), Green (зелёный), Blue (синий) получила название система представления цвета – RGB.
В RGB-системе работает множество устройств, связанных графической информацией, например, цифровые фотокамеры, дисплеи и т.п.
Длины волн монохроматических излучений, распределённых по зонам спектра, представлены в Таблице 2.
При работе с таблицами важно учесть непрерывный характер спектра. Именно непрерывный характер спектра приводит к расхождению, как ширины спектра видимого излучения, так и положение границ спектральных цветов.
Длины волн монохроматических излучений, распределённых по зонам спектра
Обозначение
Зона видимого спектра
Спектральные цвета
Длина волны, нм
Длина волны, нм
Сине-фиолетовый
Синий
Сине-зелёный
400-430
430-480
480-500
380-440
440-485
485-500
Зелёный
Жёлто-зелёный
Жёлтый
500-540
540-560
560-580
500-540
540-565
565-590
Что касается монохроматических цветов, то разные исследователи выделяют разное их количество! Принято считать от шести до восьми различных цветов спектра.
Шесть цветов спектра
Монохроматические цвета спектра
Длина волны, нм
При выделении семи цветов спектра предлагается из диапазона синего 436-495 нм см.Таблицу 3 выделить две составляющие, одна из которых имеет синий (440-485 нм), другая – голубой (485-500 нм) цвет.
Семь цветов спектра
Монохроматические цвета спектра
Длина волны, нм
Синий (синий при 6 цветах спектра)
Голубой (синий при 6 цветах спектра)
Таблица цветов светодиодов (по длине волны, нм/nm)
Человеческий глаз различает цвета благодаря тому, что они имею разные длины волн (частоты). Длину волны измеряют в нанометрах (nm / нм).
Чувствительность человеческого глаза к излучению (свету) зависит от длины волны. , при этом максимум чувствительности приходится на 555 нм, в зелёной части спектра. Поскольку при удалении от точки максимума чувствительность спадает до нуля постепенно, указать точные границы спектрального диапазона видимого излучения невозможно. Обычно в качестве коротковолновой границы принимают участок 380—400 нм (790—750 ТГц), а в качестве длинноволновой — 760—780 нм (395—385 ТГц) [1][3]. Электромагнитное излучение с такими длинами волн также называется видимым светом, или просто светом (в узком смысле этого слова).
Часто вместе с цветом, излучаемым светодиодами, указывается длина волны в нм или nm. Например «светодиод синий, 440 nm «. Длина волны позволяет точно подобрать светодиодные изделия одного цвета (если, конечно, она вообще указана и указана корректно).
Человеческим глазом воспринимается электромагнитное излучение с длиной волны от 380 до 760 нм. Его называют видимым светом, или просто светом (в узком смысле этого слова).Длины волн света, видимого или воспринимаемого человеком, лежат в диапазоне 380 — 760 нм.
| Цвет | Диапазон длин волн, нм / nm |
|---|---|
| Ультрафиолетовый (не видимый) | 10 — 390 |
| Фиолетовый | 390 — 450 |
| Синий | 450 — 480 |
| Голубой | 480 — 510 |
| Зелёный | 510 — 555 |
| Желто-зеленый | 555 — 575 |
| Жёлтый | 575 — 585 |
| Оранжевый | 585 — 620 |
| Красный | 620 — 760 |
| Инфракрасный (не видимый) | 760 — 880 |
Видимые и невидимые (ультрафиолетовая и инфракрасная) части спектра
Статьи. 31 Конвертация длин световых волн в RGB
Конвертация длин световой волны в значения системы RGB имеет следующий вид:
Пурпурный цвет 400-422 нм, 750-794 ТГц; RGB (255; 0; 255), угол цветового тона 300 град, название тона в RGB – цвет маджента;
Фиолетовый цвет 423-444 нм, 710-749 ТГц; RGB (127,5; 0; 255), угол цветового тона 270 град, название тона в RGB – фиолетово-сизый цвет;
Синий цвет 445-467 нм, 673-709 ТГц; RGB (0; 0; 255), угол цветового тона 240 град, название тона в RGB – синий цвет;
Лазурный (небесно-голубой) цвет 468- 490 нм, 641-672 ТГц; RGB (0; 127,5; 255), угол цветового тона 210 град, название тона в RGB – лазурный цвет;
Циановый (морской волны) цвет 491-513 нм, 611-640 ТГц; RGB (0; 255; 255), угол цветового тона 180 град, название тона в RGB – циановый цвет;
Весенне-зеленый цвет 514-535 нм, 584-610 ТГц; RGB (0; 255; 127,5), угол цветового тона 150 град, название тона в RGB – весенне-зеленый цвет;
Зеленый цвет 536-558 нм, 559-583 ТГц; RGB (0; 255; 0), угол цветового тона 120 град, название тона в RGB – зеленый лаймовый цвет;
Желто-зеленый цвет 559-581 нм, 537-558 ТГц; RGB (127,5; 255; 0), угол цветового тона 90 град, название тона в RGB – цвет шартрез;
Желтый цвет 582-604 нм, 516-536 ТГц; RGB (255; 255; 0), угол цветового тона 60 град, название тона в RGB – желтый цвет;
Оранжевый цвет 605-626 нм, 496-515 ТГц; RGB (255; 127,5; 0), угол цветового тона 30 град, название тона в RGB – темно-янтарный цвет;
Красный цвет 627-649 нм, 478-495 ТГц; RGB (255; 0; 0), угол цветового тона 0 (360) град, название тона в RGB – цвет
Розовый цвет 650-672 нм, 462-477 ТГц; RGB (255; 0; 127,5), угол цветового тона 330 град, название тона в RGB – глубокий розовый цвет.
Подробно расчет совершенного темперированного спектра видимого света и его сопоставление с круговой диаграммой RGB представлен в работе «Расчет совершенного темперированного спектра видимого света» (с учетом погрешностей метода), расположенной по адресу:
Совершенный темперированный световой спектр – это разделенный на 12 равных частей световой спектр видимого света, принятый за один полный цикл (360 град) в диапазоне длин световых волн от 400 нм до 672, 7273 нм включительно. Спектр совершенного темперированного спектра видимого света – это простое и равномерное чередование 12 цветовых полутонов в пределах цикла цветов видимого света. Эта калибровка спектра также лежит в основе рассматриваемой конвертации (перевода) цветов спектра видимого света по шкале значений длины волны в цвета по шкале RGB, принятой в современной колористике. Заметим, что значения длин волн цветов спектра видимого света легко конвертируются в значения этих цветов по системе RGB, но далеко не все значения цветов в системе RGB можно перевести в значения соответствующих им длин волн.
Расчет совершенного темперированного спектра видимого света и конвертация его в систему RGB проводится в 5 этапов:
1) Качественное определение границ спектрального цикла: спектральный цикл состоит из 12 цветовых тонов, нижней (согласно длине волны) границей которого является начало зоны пурпурного цвета, а его верхней границей является окончание зоны розового цвета.
2) Количественное определение границ спектрального цикла: границы спектрального цикла видимого света определяются значениями от 400 нм (начало зоны пурпурного цвета) до 672,724 нм, а диапазон длин световых волн от 400 нм до 672,724 нм рассматривается как цикл совершенного темперированного спектра видимого света.
3-4) Расчет диапазонов (отрезков значений длины волны и частоты), соответствующих каждому из 12 цветовых полутонов в совершенном темперированном спектре видимого света:
Пурпурный цвет 400-422 нм, 750-794 ТГц;
Фиолетовый цвет 423-444 нм, 710-749 ТГц;
Синий цвет 445-467 нм, 673-709 ТГц;
Лазурный (небесно-голубой) цвет 468- 490 нм, 641-672 ТГц;
Циановый (морской волны) цвет 491-513 нм, 611-640 ТГц;
Весенне-зеленый цвет 514-535 нм, 584-610 ТГц;
Зеленый цвет 536-558 нм, 559-583 ТГц;
Желто-зеленый цвет 559-581 нм, 537-558 ТГц;
Желтый цвет 582-604 нм, 516-536 ТГц;
Оранжевый цвет 605-626 нм, 496-515 ТГц;
Красный цвет 627-649 нм, 478-495 ТГц;
Розовый цвет 650-672 нм, 462-477 ТГц.
5) Итоговая конвертация (перевод) цветовых тонов от значений длины волны в значения системы RGB (Красный-Зеленый-Синий — предложенная в 1860 г. Д. Максвеллом аддитивная система цвета) представлена в начале статьи.
При этом расчете важны следующие замечания:
1) Хотя Исаак Ньютон и начал работу по созданию теории света (1666 г.), но он условно и с научной точки зрения произвольно (отчасти в угоду эзотерическим представлениям о семеричном построении Вселенной, мировой гармонии и Солнечной системы) разделил спектр на 7 цветов. Иоганн Вольфганг фон Гете, хотя и был в отличие от Ньютона больше художником, чем ученым, но верно определил цикл светового спектра (1810 г.), разделив его на 6 частей и включив в него пурпурный цвет как промежуточный между фиолетовым и красным цветами, а также справедливо заключил, что каждый полутон в цветовом круге является результатом сложения двух граничащих с ним с разных сторон полутонов. Далее Джеймс Клерк Максвелл предложил аддитивную систему цвета RGB (1860 г.), которая в наши дни хорошо разработана и широко применяется во всех областях, где работают с цветом (от дизайна одежды и косметики до компьютеров). Также цветовая система RGB использована и нами для цветового описания цикла совершенного темперированного спектра видимого света в тэлиотитологии (науки о совершенстве и циклах).
3) При сочетании совершенного темперированного спектра цветов видимого света и совершенного темперированного музыкального строя – систем, в которых световой и музыкальный циклы (соответственно) условно разделены на 12 хроматических ступеней, можно получить представление о соответствиях между цветовыми и музыкальными полутонами соответствующих рядов. Между ступенями гаммы (рассматривается совершенный темперированный строй) и тонами спектра существует линейное соответствие:
до — глубокий розовый цвет RGB (255; 0; 127,5) – (в обычном понимании розовый цвет);
до диез — красный цвет RGB (255; 0; 0) – (в обычном понимании красный цвет);
ре — темно-янтарный цвет RGB (255; 127,5; 0) – (в обычном понимании оранжевый цвет);
ре диез — желтый цвет RGB (255; 255; 0) – (в обычном понимании желтый цвет);
ми — цвет шартрез RGB (127,5; 255; 0) — (в обычном понимании желто-зеленый цвет);
ми диез — зеленый лаймовый цвет RGB (0; 255; 0) – (в обычном понимании зеленый цвет);
фа — весенне-зеленый цвет RGB (0; 255; 127,5) – (в обычном понимании изумрудный цвет);
фа диез — цвет морской волны (циановый) RGB (0; 255; 255) – (в обычном понимании сине-зеленый цвет);
соль — лазурный цвет RGB (0; 127,5; 255) – (в обычном понимании небесно-голубой цвет);
соль диез — синий цвет RGB (0; 0; 255) – (в обычном понимании синий цвет);
ля — фиолетово-сизый цвет RGB (127,5; 0; 255) – (в обычном понимании фиолетовый цвет);
ля диез — цвет маджента RGB (255; 0; 255) – (в обычном понимании фуксиево-пурпурный цвет).
Переводя эти соответствия на язык житейских терминов, можно сказать, что звук до красного цвета спелого граната, ре — оранжевого цвета апельсина, ми – зеленого цвета сочной травы, фа — голубого цвета всех оттенков морской волны, соль — синего цвета всех оттенков небесного цвета, ля — розово-фиолетового цвета спелого инжира, звук си в совершенном строе отсутствует.
Выводы:
1) В спектре видимого света не семь основных цветов, а 6: розовый, оранжевый, желто-зеленый, весенне-зеленый (изумрудный), лазурный, фиолетовый.
2) В дополнение к основным тонам и на их основе рассматривается еще 6 цветов этого цикла: красный, желтый, зеленый, цвет морской волны, синий, пурпурный, которые являются «диезными» тонами к основным цветам спектра. Таким образом образуются пары в ряду 12 цветовых полутонов: Эти пары соответствуют музыкальным тонам в звуковом цикле гаммы лишенного звука «си» совершенного темперированного строя: (до-до диез)-(ре-ре диез)-(ми-ми диез)-(фа-фа диез)-(соль-соль диез)-(ля-ля диез).
3) На основе шести основных тонов цветового цикла образуются 12 полутонов этого цикла: розовый, [красный], оранжевый, [желтый], желто-зеленый, [зеленый], весенне-зеленый, [цвет морской волны], лазурный, [синий], фиолетовый, [цвет маджента]. Соответствие между звуками гаммы и цветами спектра прямое. Здесь в квадратных скобках обозначены «диезные тона» основных цветов.
4) Рассчитаны частоты для всех цветовых полутонов совершенного темперированного спектра видимого света, которые наряду с данными о частотах для звуковых полутонов совершенного темперированного музыкального строя будут использованы в клавишном инструменте будущего – тэлиотитофоне (от греч. teleiotita — совершенство, foni — голос). Представлена конвертация длин световой волны в значения спектральных цветов по шкале RGB/
На рисунке: спектр цветов видимого света с калибровкой длины волны в нм и калибровкой цветовых параметров по системе RGB.
Красный спектр и его влияние на развитие растения
Красный спектр — излучение в области 600-700 нм. Обладает наибольшим квантовым выходом среди всех диапазонов волн солнечного света. Значит растение эффективнее преобразовывает такую энергию в работу. Поэтому красный спектр важнее других для высокой интенсивности фотосинтеза. Также он вносит фундаментальный вклад в развитие растения, например, влияет на прорастание семян, форму и размеры органов, скорость перехода к цветению.
Восприятие красного спектра
Чтобы увидеть диапазон волн 600-700 нм растение использует белковые рецепторы. Они объединены в общую группу под названием «фитохромы». И каждый выполняет свой ряд задач, но в данной статье будут рассмотрены общие положения, характерные для всей группы. Фитохромы синтезируются в условиях темноты. После ряда превращений попадают в ядро, откуда и запускают «предустановленные» генетические программы растения. Также эти рецепторы улавливают и дальний красный свет, излучаемый в области 700-800 нм. Несмотря на то, что он находится за пределами фотоактивной радиации, дальний красный важен не меньше обычного красного спектра.
Интенсивность фотосинтеза под красным светом
Нормальное развитие растений требует синергетического подхода в освещении, то есть, задействования всех трех физиологически важных спектров. Каждый из них сильно влияет на развитие организма, что напрямую связано с интенсивностью фотосинтеза. Но красный спектр вносит наибольший вклад в интенсивность протекания фотосинтеза.
Иронично, что при условиях, где в качестве единственного источника света использовался только красный, скорость фотосинтеза оказалась меньше, чем только под синим или зеленом светом.
На чистом красном свету хуже производится хлорофилл, без которого фотосинтез невозможен. Синтез каротиноидов, участвующих в улавливании световой энергии, также снижен.
Ухудшается чувствительность устьиц к свету. Это ведет к несогласованности между интенсивностью освещения и степенью открытости устьичной щели. Как результат: снижается фиксация углекислого газа. Также уменьшается плотность устьиц и их проводимость. Снижается количество фермента Рубиско, с которого непрерывно начинается цикл по фиксации СО2. Все это и приводит к тому, что красный спектр в чистом виде действует на растения как стрессор, подавляя фотосинтез.
Синий спектр скрашивает недостатки красного
Но что примечательно, стоит добавить в монохроматический красный свет немного синего, как нейтрализуется большая часть негативных эффектов. В опыте с перцем видно, как повлияла незначительная доля синего на производство сухой массы “DW”. Это также косвенно говорит об увеличении интенсивности фотосинтеза.
Регуляторная роль
Красный спектр регулирует рост и развитие организма с помощью фитохромов. Благодаря им растение воспринимает информацию об окружающих условиях и выбирает соответствующую стратегию для выживания.
Ключевая роль фитохромов в условиях естественного освещения заключается в мониторинге продолжительности светового периода, который вместе с температурой предоставляет растениям важную сезонную информацию. Многие растения используют сезонные сигналы, чтобы вовремя запустить программу цветения и успешно ее пройти. Таким образом красный спектр особенно важен для генеративной стадии фотопериодных растений.
Фитохромы крайне важны в условиях растительного сообщества, где идет непрерывная борьба за ресурсы, в частности, за свет. Красный спектр вызывает удлинение стебля и приводит к апикальному доминированию. То есть такому типу развития, при котором слабо формируются боковые побеги. Ресурсы сконцентрированы на росте верхушки. Параллельно с этим увеличивается площадь листьев с уменьшением их толщины и биомассы. На примере томатов видно, что масса плодов также была меньше в условиях, где красный свет составлял более 90% от общей фотоактивной радиации.
Влияние процентного содержания синего света в дополнительном освещении на характеристики урожая каждого растения. A — общий сухой вес побегов, B — вес плодов, C — вес стебля, D — вес листьев.
Дальний красный
Как упоминалось выше, фитохромы воспринимают и более длинноволновую область излучения — 700-800 нм. Дальний красный свет в естественных условиях сигнализирует растению о наличии конкурентов за свет. Ранее, в статье про влияние зеленого спектра , говорилось, что синий и красный свет по большей части усваиваются в верхнем слое листа, тогда как зеленый проникает вглубь. Так как дальний красный не участвует в фотосинтезе, он проникает в лист и проходит сквозь него с еще большей легкостью.
Фитохромы регистрируют соотношение красного к дальнему красному. И если доля красного уменьшается, значит что-то сверху забирает часть световой энергии. Запускается программа избегания затенения. Это приводит к сильному удлинению стебля, и у растения появляется возможность обогнать в росте соседей-конкурентов. Если такие световые условия сохраняются и дальше, растение делает вывод о том, что соседей перегнать не удалось. После чего запускается другая программа — по ускорению цветения, что позволяет получить семена в неблагоприятных условиях. Таким образом и на практике появляется возможность сократить период до начала цветения, но уже в благоприятных условиях.
Красный спектр ответственен за синтез углеводов. В статье про синий свет был упомянут эксперимент, в котором выращивали кок-сагыз (одуванчик). В нем исследователи пришли к выводу, что освещение с преобладающим красным светом лучше стимулирует синтез сахарозы, то есть углевода. Это впоследствии благоприятно сказывается на производстве растением каучука, основой для которого и служит сахароза. Эти данные подтверждает другой опыт, проведенный на кресс-салате. В исследовании было 2 варианта со светодиодами, где соотношение красного к синему составляло 90:10, 60:40 и контроль с естественным освещением. Больше всего углеводов, 5.5 мг г, накопил салат на варианте с преобладающим красным 90:10. Это в 2 раза больше того, что можно получить при естественном освещении.
Сравнение влияния оптических спектров на количество общих растворимых углеводов в культурном растении (р ≤ 0,01) Разные буквы указывают на существенные различия между обработками ЛСД-тестом.
На этапе появления зародыша из семени красный свет вместе с синим участвует в процессе деэтиоляции. То есть адаптирует растение к жизни на свету. Когда семядольные листочки видят свет впервые, они еще не способны фотосинтезировать из-за отсутствия в них хлорофилла. Красный свет, воздействуя на фитохромы, запускает ряд процессов, и листья приобретают способность к фотосинтезу вместе с зеленой окраской.
Таким образом, если цель выращивания — повысить содержание углеводов в растении, например для производства сладких плодов, то стоит уделить больше внимания красному спектру.
Тонкая настройка
Некоторые виды растений нуждаются в световой обработке, чтобы их семена проросли. Интересный эффект дает облучение семян красным и дальним красным светом. Впервые такой опыт был проведен еще в 1952 году Гарри Бортвиком. В этой работе семена салата Гранд-Рапидс обрабатывали чередующимися потоками красного и дальнего красного, после чего была проанализирована всхожесть. Занимательно, что у семян, облученных красным светом последними, было достигнуто почти 100% всхожести.
Заметно иная реакция наблюдалась у семян, обработанных дальним красным в последнюю очередь. Это приводило к гораздо меньшему проценту всхожести. В естественной среде важно правильно оценить окружающие условия. Растение уже на этапе семени делает это постоянно, корректируя программу выживания. Так, при последней обработке дальним красным у организма появляется информация о загущенном фитоценозе, где мало света для нормального развития. Поэтому часть семян в эксперименте отказалась от прорастания в потенциально неблагоприятных условиях.
Влияние воздействия красного света (100 мкмоль м−2 с−1) (0-60 мин) семян дыни на свежий вес (а), длину (б) и общий внешний вид (в) 3-дневных проростков. Данные представляют собой среднее значение ± SE из 45 измерений. Разные буквы указывают на существенные различия в соответствии с тестом Тьюки (р ≤ 0,05).
Гарри Бортвик продемонстрировал, что красный спектр воспринимается растением уже на этапе семян. Команда ученых из Испании в недавнем исследовании пошла дальше. Они также обрабатывали семена красным спектром, но не остановились на этапе прорастания. Семена дыни и огурца после 12 часового замачивания облучались длиной волны в диапазоне 650-670 нм. Варианты отличались продолжительностью световой обработки: 0, 5, 10, 15, 30, 60 мин. После этого семена в течение трех суток оставляли в темноте для предотвращения дополнительного воздействия света.
Обработка красным не повлияла на процент проросших семян дыни. Во всех случаях значения составляли 90-93%. Но биомасса и длина проростков показали значительные различия в сравнении с контролем. Облучение в течение 15 мин дало наибольшие результаты по этим двум параметрам. Масса увеличилась на 43%, а длина на 33% в сравнении с контролем.
Похожая ситуация наблюдалась и с семенами гороха. Также исследователи отметили рост корневых волосков, особенно после 15 минутного облучения. Растения с этого варианта продолжили выращивать вместе с контролем еще в течение трех недель, чтобы проверить, сохраняются ли положительные эффекты обработки. Невооруженным глазом заметны различия в размерах надземной массы у двух вариантов. По данным исследователей эта разница составила 30-50%.
Изображение 3-недельных растений гороха после 15-минутной обработки семян красным светом. Десять саженцев были перенесены в один горшок и выдержаны в растворе Хогленда.
Данный опыт демонстрирует широкие возможности управления развитием растения с самых первых этапов его жизни. И нужно отметить, что здесь удалось добиться внушительных результатов при минимальных энергозатратах. Это очень важно при выращивании растений в условиях полной светокультуры.
Заключение
Красный спектр самый активный по своему влиянию на фотосинтез, способный как поднять его на максимум, так и существенно подавить. Велика роль красного в регуляторных процессах: задает размеры растения, строение листового аппарата, контролирует цветение и синтез углеводов. Уже на этапе семени этот спектр способен настраивать жизнь будущего организма, повышая его продуктивность.