How Color works? How to Measure?

आइए भौतिकी और जीव विज्ञान से basic concepts को कवर करके शुरू करें। भौतिक विज्ञान भाग बताता है कि हम प्रकाश को कैसे परिभाषित और मापते हैं, जबकि जैविक भाग बताता है कि कैसे हमारी आंखें प्रकाश को संकेतों में परिवर्तित करती हैं जिसे हमारा मस्तिष्क Color के रूप में व्याख्या करता है।

Physics

COLOR पहले frequency(आवृत्ति) द्वारा निर्धारित किया जाता है और फिर उन frequencies को कैसे combined or mix किया जाता है जब वे आंखों तक पहुंचते हैं। यह विषय का physics हिस्सा है।

Color केवल electromagnetic energy की व्याख्या है। इसके आधार पर आप Color wavelength को अलग तरह से देखते हैं।

Electromagnetic Energy spectrum

Light 7 waves from low to high -

Visible Light spectrum

Visible light (दृश्यमान प्रकाश) spectrum जो हम देखते हैं वह electromagnetic energy के एक बड़े सातत्य(continuum) का हिस्सा है। जिसे मनुष्य 400-700/800 नैनोमीटर से देख सकता है, जिसे हम visible light कहते हैं। जिसे आप ऊपर में देख सकते है लगभग 400 THz से शुरू होकर। जैसे-जैसे frequency बढ़ती है, कथित Color धीरे-धीरे red से orange से yellow से green से blue से violet में बदल जाता है। आंख violet को इतनी अच्छी तरह से नहीं समझती है। कहीं 700- 800 नैनोमीटर के बीच दुनिया में फिर से अंधेरा छा जाता है।

फ़्लॉइडियन ग्लास प्रिज़्म (वाटर्स, गिल्मर, एट अल।, 1973), visible color का पूरा स्पेक्ट्रम है जिसे हम मनुष्य देख सकते हैं। इसे हम Color spectrum या visible light spectrum कहते हैं।

Origin of color

किसी वस्तु से आने वाले प्रकाश के color की उत्पत्ति निम्नलिखित में से एक या अधिक प्रक्रियाओं में होती है

Emission उत्सर्जन: वस्तु स्वयं प्रकाश का एक स्रोत है जिसका रंग उसके स्पेक्ट्रा द्वारा निर्धारित किया जाता है
Reflection परावर्तन: कुछ frequencies वस्तु से परावर्तित होती हैं जबकि अन्य नहीं होती हैं
Transmission संचरण: कुछ frequencies को वस्तु के माध्यम से प्रेषित किया जाता है जबकि अन्य नहीं
interference हस्तक्षेप: कुछ frequencies को निर्माणकारी हस्तक्षेप द्वारा बढ़ाया जाता है जबकि अन्य को विनाशकारी हस्तक्षेप द्वारा क्षीण किया जाता है
Dispersion फैलाव: अपवर्तन के दौरान frequency द्वारा एक polychromatic light wave (बहुवर्णी प्रकाश तरंग) का कोणीय पृथक्करण
Scattering प्रकीर्णन: छोटे, बिखरे हुए कणों से टकराने वाले प्रकाश की कुछ आवृत्तियों का अधिमान्य पुनर्विकिरण(preferential reradiation )

Biology

जब light आंखों तक पहुंचते हैं। to light आंख के पीछे (रेटिना कहा जाता है) विशेष रिसेप्टर cells (cones(शंकु) कहा जाता है) पर पड़ता है और एक तंत्रिका मार्ग(neural pathway) (optic nerve कहा जाता है) के साथ मस्तिष्क को एक संकेत भेजा जाता है। यह संकेत खोपड़ी के पीछे के दिमाग के हिस्से द्वारा process होता है (जिसे occipital lobeकहा जाता है)। यहीं से जीव विज्ञान की शुरुआत होती है, एक बार जब दृश्य जानकारी आंख से निकल जाती है, तो basic physics समाप्त हो जाती है और neurocognition का स्थान ले लेता है।

मानव आँख 7 से 10 मिलियन colors के क्रम में कुछ भेद कर सकती है।

How humans perceive light

जब प्रकाश हमारी आंखों में प्रवेश करता है, तो cones और rods नामक photosensitive cells प्रकाश की व्याख्या करती हैं और हमारे मस्तिष्क को संकेत भेजती हैं। rod cells light और darkness (black and white), की व्याख्या करती हैं, जबकि cone cells तीन अलग-अलग wavelengths की व्याख्या करती हैं जिन्हें हमारा मस्तिष्क Color के रूप में व्याख्या करता है।

हमारी आंखों में लगभग 120 मिलियन rods और 6-7 मिलियन cones होते हैं, जो रेटिना में light-sensitive cells होती हैं। Rods चमक(brightness) के प्रति highly sensitive होती हैं, और dark से light तक चमक में अंतर पर react करती हैं। लेकिन Cones brightness के प्रति संवेदनशील नहीं हैं, high-resolution color perception के लिए ज़िम्मेदार हैं, यही कारण है कि अंधेरे में रंग देखना इतना मुश्किल है। Cones तीन प्रकार के होते हैं। वे short-wavelength (blue cells - 440 nm ), middle-wavelength (green cells - 540 nm), and long-wavelength (red cells - 580 nm) हैं।

Red and green cones लगभग सभी visible wavelengths का जवाब देते हैं, जबकि blue cones 550 nm से अधिक wavelengths के प्रति insensitive होते हैं। तीनों cones की कुल response एक साथ 560 nm पर पहुंचती है - कहीं स्पेक्ट्रम में yellow and green color के बीच।

For simplicity, मैं wavelength sensitivity के बजाय, उनके color के नाम से अलग-अलग cones का उल्लेख करूंगा। लेकिन इससे भ्रमित न हों, क्योंकि विडंबना यह है कि red cones का color red से कोई लेना-देना नहीं है। वे wavelengths का जवाब देते हैं कि हमारा मस्तिष्क red color के रूप में interprets करता है। red cones के बारे में कुछ भी लाल नहीं है। यह सब दिमाग में है।

Figire-3 दिखाता है कि red, green और संवेदनशील blue cones विभिन्न wavelengths को color के रूप में कहाँ interpret करते हैं। विभिन्न wavelengths हमारे color-sensitive cones को अलग-अलग अनुपात में उत्तेजित करते हैं, इसलिए हमारा मस्तिष्क उन संकेतों को color के रूप में interprets करता है।

Rods, cones, and color perception

अब आइए देखें कि हमारी आंखों के cones हमारे मस्तिष्क को कैसे संकेत भेजते हैं, जो उन इनपुट को color के रूप में व्याख्यायित करता है। जब आप किसी वस्तु को देखते हैं, तो color-sensitive cones का combination जो उत्तेजित होते हैं, यह संदेश देते हैं कि हमारा मस्तिष्क color के रूप में व्याख्या करता है।

मैंने concept का उदाहरण देने के लिए एक सरल शॉर्टहैंड बनाया, जिसमें cone color (B, R, G) और -/+ के रूप में signify है, यह दर्शाता है कि cone उत्तेजित हो जाता है या नहीं।

कल्पना कीजिए कि आप कंप्यूटर स्क्रीन देख रहे हैं। विभिन्न wavelengths पर प्रकाश आपकी आंखों में परावर्तित होता है और आपके cones विभिन्न wavelengths पर respond करते हैं।

यदि स्क्रीन पर एक image आपके green and red sensitive cones को उत्तेजित करती है, लेकिन आपके blue cones को उत्तेजित नहीं करती है, तो आपका मस्तिष्क संकेतों के combination को yellow color के रूप में interpret करेगा।

[B-, G+, R+] = Yellow

केवल blue और green cones को उत्तेजित करें, और आप cyan का experience करते हैं।

[B+, G+, R-] = Cyan

एक ही बार में सभी cones को Stimulate करें, और आप white color का अनुभव करते हैं।

[B+, G+, R+] = White

light बंद करें ताकि कोई cones उत्तेजित न हो, और आप काले रंग का अनुभव करें।

black. [B-, G-, R-] = Black

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