การผสมสีของแสง

สีเป็นปรากฏการณ์ของการรับรู้เกี่ยวกับการมองเห็นอย่างหนึ่งของมนุษย์ เช่นการรับรู้ว่าดอกกุหลาบเป็นสีแดง ใบไม้เป็นสีเขียว เป็นต้น และจากคำนิยามว่าสีเป็นการรับรู้ ดังนั้นจึงไม่มีตัวตนอยู่เป็นสสารในทางฟิสิกส์ คือไม่เป็นของแข็ง ของเหลว และกาซ สีจะเกิดขึ้นได้ต้องมีองค์ประกอบอย่างน้อย 2 ประการคือ แสง และผู้สังเกต ลองนึกดูว่า ถ้าเราเดินเข้าไปในห้องที่ไม่มีแสงใดๆ เลย เราก็ไม่สามารถมองเห็นวัตถุและสีใดๆ ได้ และหากเราเดินเข้าไปในห้องที่สว่างไสวแต่ปิดตาเสีย เราก็จะไม่เห็นสีใดๆ ได้เช่นกัน การรับรู้สีเกิดขึ้นได้ก็ต่อเมื่อมีแสงเดินทางเข้าไปสู่ตา โดยตาของมนุษย์จะทำหน้าที่เป็นส่วนรับแสงและส่งสัญญานไปยังสมองเพื่อแปลสัญญานดังกล่าวเป็นการรับรู้สีต่าง ๆ

ภายในตาจะมีส่วนที่เรียกว่าเรตินามีหน้าที่รับแสง และเปลี่ยนแสงเป็นกระแสประสาท โดยมีเซลล์รับแสงอยู่สองประเภทคือเซลล์รับแสงรูปแท่งและเซลล์รับแสงรูปกรวย เซลล์รับแสงรูปแท่งจะทำงานเมื่อแสงน้อย ส่วนเซลล์รับแสงรูปกรวยจะทำงานเมื่อมีแสงมากและเป็นเซลล์ที่ทำให้เกิดการรับรู้สี โดยแสงเซลล์รับแสงรูปกรวยมี 3 ชนิด คือเซลล์ที่ไวต่อแสงสีแดง (เรียกว่า L ) สีเขียว (เรียกว่า M) และสีน้ำเงิน (เรียกว่า S) เมื่อได้รับแสง เซลล์รับแสงทั้งสามจะถูกกระตุ้นในอัตราส่วนที่ต่างกันขึ้นกับสีและความเข้าของแสงที่ตกกระทบ และสมองก็จะแปลสัญญาณที่แตกต่างกันนั้นเป็นสีต่างๆ อีกที

ภาพที่1 ความไวแสงของเซลล์รับแสงรูปกรวยทั้งสามชนิด

แสงและแหล่งกำเนิดแสง

แสงถือได้ว่าเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าชนิดหนึ่งที่มีความยาวคลื่นตั้งแต่ 380-780 นาโนเมตร แต่อาจประมาณได้ว่า 400-700 นาโนเมตร

ภาพที่ 2 การกระจายของแสงสีขาวเมื่อเดินทางผ่านปริซึม

แสงสีขาว เมื่อเดินทางผ่านปริซึมจะกระจายออกเป็นแสงสีต่าง ๆ คือม่วง น้ำเงิน เขียว เหลือง แสด และแดง เหตุการณ์นี้ค้นพบโดยนักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษ ชื่อ ไอแซค นิวตัน ซึ่งเขาเรียกแสงสีต่างๆ นี้ว่าสเปกตรัม (specturm) ความแตกต่างระหว่างสีของแสงแต่ละชนิด สามารถพิจารณาจากการกระจายของพลังงาน (enery distribution) ในแต่ละความยาวคลื่น ดังภาพที่ 3

ภาพที่ 3 เป็นกราฟแสงการกระจายของพลังงานของแสงเดย์ไลท์(daylight) แสงจากหลอดไฟทังสเตน โดยเขียนแกนตั้งเป็นความเข้มแสงสัมพัทธ์และแกนนอนเป็นความยาวคลื่น

จากภาพที่ 3 จะเห็นว่าพลังงานของแสงไฟทังสเตนในช่วงความยาวคลื่นสีแดงมีค่าสูงสุด และลดลงมาในช่วงแสงสีเขียว ส่วนในช่วงแสงสีน้ำเงินมีค่าต่ำสุด ดังนั้นเมื่อแสงไฟทังสเตนนี้เดินทางเข้าสู่ตาจึงทำให้เราเห็นว่าแสงไปเป็นสีส้มๆ สำหรับไฟเดย์ไลท์ซึ่งจะมีการกระจายพลังงานในแต่ละความยาวคลื่นไม่แตกต่างกันมากนัก เราจึงเห็นเป็นแสงสีขาว

แหล่งกำเนิดแสง
ดวงอาทิตย์ถือเป็นแหล่งกำเนิดแสงตามธรรมชาติที่มนุษย์เราคุ้นเคยกันมากที่สุด แหล่งกำเนิดแสงอีกประเภทหนึ่งซึ่งไม่ได้เกิดตามธรรมชาติ แต่เกิดจากการกระทำหรือการประดิษฐ์คิดค้นของมนุษย์ขึ้นมา เช่น แสงจากเทียนไข แสงจากหลอดไฟฟ้า แสงเหล่านี้จัดเป็นแสงจากแหล่งกำเนิดแสงประดิษฐ์
สีของแสงที่เกิดจากแหล่งกำเนิดแสงตามธรรมชาติโดยเฉพาะอย่างยิ่งแสงอาทิตย์ จะมีการเปลี่ยนแปลงอยู่เส มอตามตำแหน่งของดวงอาทิตย์บนท้องฟ้า เช่นแสงของดวงอาทิตย์ในเวลาเที่ยงวันจะมีความเข้มแสง มากและเป็นสีขาว ในขณะที่แสงของดวงอาทิตย์ในเวลาเย็นจะมีความเข้มแสงน้อยและเป็น สีเหลืองหรือส้ม และในสภาพอากาศที่มีความแตกต่างกันแสงจากดวงอาทิตย์ก็มีความแตกต่างกัน โดยจะเห็นได้จากแสงสว่างในที่ร่มเวลาที่ท้องฟ้ามีเมฆกับแสงแดดที่ส่องตรงจากดวงอาทิตย์จะมีสี และความเข้มแสงที่แตกต่างกัน 
จากปัญหาของการเปลี่่ยนแปลงความเข้มและสีของแสงจากดวงอาทิตย์อยู่เสมอ ดังนั้นจึงไม่เหมาะสม สำหรับเป็นแหล่งกำเนิดแสงในการเปรียบเทียบสี การใช้แสงจากหลอดไฟฟ้าจะความเหมาะสม กว่าเนื่องจากให้แสงที่มีความสม่ำเสมอ อย่างไรก็ดี แสงจากหลอดไฟฟ้าก็มีให้เลือกใช้มากมายหลายชนิดเช่นหลอดไฟทังสเตน หลอดฟลูออเรสเซนต์ เป็นต้น การเลือกใช้หลอดไฟฟ้าแบบใดเป็นหลอดมาตรฐานสำหรับการเปรียบเทียบสี นั้นต้องพิจารณาที่อุณหภูมิสี (colour temperature) ของแสงที่ได้จากหลอดนั้น ๆ เป็นสำคัญ

อุณหภูมิสีของแสงใด ๆ หาได้จากการเปรียบเทียบสีของแสงนั้นกับสีของแสงที่เปล่งออกมาจาก black body เมื่อถูกทำให้ร้อน ถ้าสีของแสงใดๆ เหมือนกับสีที่เปล่งออกมา black body ณ อุณหภูมิใด จะเรียกว่า สีของแสงมีอุณหภูมิสีเท่านั้น โดยมีหน่วยเป็นเคลวิน (K) ยกตัวอย่างเช่นแสงจากหลอดไฟทังสเตนมีีสีเหมือนกับแสงที่เปล่งออกมาจาก black body ที่มีอุณหภูมิประมาณ 2854 เคลวิน ดังนั้นเราจะเรียกว่าไฟทังสเตน มีอุณหูมิสี 2854 เคลวิน

ภาพที่4 อุณหภูมิสีของแหล่งกำเนิดแสงต่างๆ

สีของวัตถุ
แสงขาวที่เห็นในธรรมชาติเมื่อตกกระทบลงบนวัตถุใด ๆ จะเกิดปรากฏการณ์ได้หลายอย่างกล่าวคือสามารถ สะท้อน ดูดกลืนและส่องผ่าน ถ้าหากวัตถุสามารถสะท้อนแสงได้หมดทุกความยาวคลื่น ในปริมาณที่เท่า ๆ กัน เราจะเห็นวัตถุนั้นเป็นสีขาว ถ้าหากวัตถุดูดกลืนแสงไว้หมดเราจะเห็นวัตถุนั้นเป็นสีดำ เพราะไม่มีแสงจากวัตถุนั้นเข้าตาของเราเลย เพื่อให้สะดวกในการพิจารณาสี จึงแบ่งแสงที่มองเห็นออกเป็น 3 ช่วงคือ
1. ช่วงแสงน้ำเงินโดยมีความยาวคลื่นประมาณ 400 - 500 นาโนเมตร
2. ช่วงแสงเขียวโดยมีความยาวคลื่นประมาณ 500 - 600 นาโนเมตร
3. ช่วงแสงแดงโดยมีความยาวคลื่นประมาณ 600 - 700 นาโนเมตร
ถ้าวัตถุใดก็ตามดูดกลืนแสงสีได้ไม่เท่ากันในแต่ละช่วงความยาวคลื่น เมื่อมีแสงขาวมาตกกระทบวัตถุนั้นจะปรากฎให้เห็นเป็นสี ตัวอย่างเช่นแอปเปิ้ลจะดูดกลืนแสงสีน้ำเงินและสีเขียวไว้ และสะท้อนแสงสีแดงออกมา เราจึงเห็นเป็นสีแดง เป็นต้น

สเปกตรัมที่มองเห็นได้

แสงเป็นคลื่นของการแผ่รังสีแม่เหล็กไฟฟ้า  " แสงสีขาว"       เป็นส่วนผสมชองแสงสีต่างๆ  แต่ละแสงสีมีความถี่และความยาวคลื่นเฉพาะ  ตัวสีเหล่านี้รวมตัวเป็นสเปกตรัมที่มองเห็นได้  ตาและสมองของเรารับรู้สิ่งต่างๆ  จากความแตกต่างของความยาวคลื่นของสีที่เรามองเห็นได้ 

แสงสีที่ปล่อยออกมา

ลำแสงขาวที่ถูกหักเหขณะที่มันผ่านเข้าและออกจากปริซึม  ปริซึมหักเหแสงที่มีความยาวคลื่นต่างๆกันด้วยปริมาณต่างกัน  แล้วปล่อยให้ลำแสงขาวออกมาเป็นสเปกตรัมที่มองเห็นได้

การผสมกันของสี

สีต่างๆ ที่เราเห็นสามารถเกิดจากการผสมกันของแม่สีเพียง 3 สีเท่านั้น โดยการผสมกันของสีนี้มีได้ 2 แบบคือ การผสมสีแบบบวก(additive color mixing) และการผสมสีแบบลบ(subtractive color mixing)

James Clark Maxwell เป็นคนเสนอทฤษฎีการผสมสีแบบบวกโดยได้ฉายภาพจากฟิล์มพอสิทิฟขาวดำ 3 แผ่น ที่ได้จากการถ่ายภาพโดยใช้แผ่นกรองแสงสีแดง เขียว และนำ้เงิน บังหน้ากล้องถ่ายภาพ การถ่ายภาพดังกล่าวทำให้ฟิล์มแต่ละแผ่นบันทึกเฉพาะแม่สีของแสงที่สะท้อนออกมาจากวัตถุเป็นน้ำหนักสี ต่างๆ บนฟิล์มตามความเข้มแสงที่สะทัอนจากวัตถุ จากนั้นนำฟิล์มแต่ละแผ่นไปฉายด้วยเครื่องฉายที่มีแผ่นกรองแสง สีแดง เขียว และน้ำเงิน บังอยู่ เมื่อแสงสามสีนี้ไปรวมกันบนจอภาพจะเกิดเป็นสีต่างๆ ขึ้นมาใหม่อีกมากมาย จากการผสมสีของแสงทั้งสามในความเข้มต่างๆ กัน

ภาพที่4 การผสมกันของสีตามการทดลองของ Maxwell

การผสมสีแบบบวกนี้เป็นการผสมกันของสีของแสง ซึ่งมีแม่สีหลัก (

สีน้ำเงิน รวมกับสี แดง ได้ สีม่วงแดง

สีแดง รวมกับ สีเขียว ได้ สีเหลือง

สีน้ำเงิน รวมกับ สีเขียว รวมกับ สีแดง ได้ สีขาว

ภาพที่5 การผสมสีแบบบวก

สำหรับการผสมสีแบบลบเป็นการผสมกันของแม่สี สีน้ำเงินเขียว ม่วงแดงและเหลือง เราจะพบเห็นการผสมสีแบบลบได้จากสิ่งพิมพ์ต่างๆ สีทาบ้าน เป็นต้น จากภาพที่ 

ภาพที่ 6 การผสมสีแบบลบ

เมื่อพิจารณาวงลมการผสมสีีทั้งแบบบวกและแบบลบ เราจะสังเกตเห็นว่าการผสมกันของแม่สีบวกคู่หนึ่ง จะให้แม่สีลบ และการผสมของแม่สีลบคู่หนึ่งจะให้แม่สีบวก ซึ่งแม่สีบวกสีแดง อยู่ตรงข้ามกับสีน้ำเงินเขียว สีเขียวอยู่ตรงข้ามกับสีม่วงแดง และสีน้ำเงินอยู่ตรงข้ามกับสีเหลือง เราเรียากคู่สีที่อยู่ตรงข้ามกันนี้ว่า สีเติมเต็ม (complementary color) กล่าวคือการผสมกันของสีที่เติมเต็มกัน ของแม่สีบวก จะทำไห้ได้สีขาว แต่สำหรับการผสมสีแบบลบจะให้สีดำ หรือพูดอีกนัยหนึ่งว่าการผสมกันของสีเติมเต็มคู่ใดคู่หนึ่ง เปรียบเสมือนการผสมสีของแม่สีทั้งสาม นั่นเอง      

 สีดิฟแฟรกชั่น

พลังงานคลื่นทุกรูปจะ  "ดิฟแฟรก"  หรือกระจายออกจาเมื่อผ่านช่องว่าง   หรือรอบๆวัตถุ  แผ่นดิฟแฟรกชันเกรตติ้ง  เป็นแผ่นแก้วที่สลักเป็นช่องแคบๆ  รังสีแสงจะกระจายออก  ขณะที่ผ่านช่องแคบนั้นและมีสอดแทรกระหว่างรังสีโค้งเหล่านั้นเกิดเป็นทางของสีต่างๆกัน

สีท้องฟ้า ท้องฟ้าสีฟ้า

ดวงอาทิตย์ให้แสงสีขาวบริสุทธิ์  ซึ่งจะกระเจิงโดยโมเลกุลของอากาศ  ขณะที่ส่องเข้ามาในบรรยากาศของโลก  แสงสีฟ้าจะกระเจิงได้ดีกว่าแสงสีอื่น จึงทำให้ท้องฟ้าเป็นสีฟ้า

ท้องฟ้าสีแดง

เมื่อดวงอาทิตย์ใกล้จะลับขอบฟ้า  แสงสีฟ้าทางปลายอีกด้านหนึ่งของสเปกตรัมจะกระเจิง  เราจะเห็นดวงอาทิตย์เป็นแสงสีแดง-ส้ม  เพราะแสงสีจากปลายสเปกตรัมด้านนี้ผ่านมายังตาเรา  แต่แสงสีฟ้าหายไป 

รุ้งปฐมภูมิ

จะเห็นรุ้งในขณะทีฝนตก เมื่อดวงอาทิตย์ อยู่ช้างหลังเรา รังสีแสงอาทิตย์ส่องผ่านหยดน้ำฝน ในท้องฟ้า หยดน้ำฝนนั้นคล้ายปริซึมเล็กๆ แสงขาวจะหักเหเป็นสเปกตรัมภายในหยดน้ำฝน และจะสะท้อนกลับออกมาสู่อากาศเป็นแนวโค้งสีต่างๆ

แผ่นกรองสี

แผ่นกรองสีจะดูดกลืนสีบางชนิด  แต่ปล่อยให้สีอื่นผ่านได้   เมื่อวางแผ่นกรองสีน้ำเงินบนไฟฉายจะให้แสงสีน้ำเงินแผ่นกรองสีจะดูดกลืนแสงสีเขียวและแดงของสเปกตรัม  และยอมให้แสงสีน้ำเงินผ่าน  รองเท้าคู่นี้จึงเห็นสีต่างไปเมื่อดูผ่านแสงสีน้ำเงิน            

กระบวนการลบสี

สีปฐมภูมิได้แก่ สีมาเจนตา  ไซแอน  และเหลือง  หมึกสีเหลืองดูดกลืน  (หรือลบ)  แสงสีน้ำเงินจากแสงสีขาว  มันสะท้อนแสงสีแดง  และเขียว  ซึ่งสมองเราแปลความหมายเป็นสีเหลือง  แดง เขียว และน้ำเงิน  เป็นสีลบทุติยภูมิ  สีเหลืองผสมกับสีไซแอนดูดกลืนทั้งแสงสีน้ำเงินและสีแดง  เหลือแต่สีเขียวไว้          

https://sites.google.com/site/mixcolorledrgb/knowledge_1