Адаптація, акомодація, зорова інерція, критична частота мигтіння, послідовний образ
Акомодація, аберація, конвергенція.Око – система імерсійна. Тому передня фокусна відстань відрізняється від заднього не тільки за знаком, але і за абсолютним значенням.
В оці декілька поверхонь розділу різних середовищ, причому вони всі асферичні. Тільки приблизно можна вважати оптичну систему ока центрованою і виділити в ній оптичну вісь. Оптична вісь не проходить через центральну ямку. На центральну ямку лягає зображення крапки, на якій людина фіксує погляд. Напрямок погляду називають віссю фіксації або зоровою віссю. Кут між оптичною і зоровою осями дорівнює приблизно 50.
Показник заломлення хрусталика – приблизно 1,40. Тому при зменшенні радіуса кривизни поверхонь хрусталика оптична сила всього ока збільшується. Збільшення оптичної сили ока дозволяє фокусувати сітківці зображення предмета, що наближається до ока, тобто акомодувати око на різну відстань.
У різних людей оптична сила та довжина ока різні. При великій заломлюючій силі довжина ока менша, і навпаки. У спокою акомодація зображення нескінченне вилученого предмета утворюється на сітківці, око називають розмірним або еметропічним. Якщо предмет знаходиться на відстані 5 м, його фокусування для еметропічного ока має напругу акомодації тільки 0,2 діоптрії (дптр).
Параметри окремих елементів ока у різних людей можуть бути досить різні. Око (як й інші оптичні системі) має низку аберацій.
У центрі поля зору має місце сферична і хроматична аберації. За даними А.Іванова сферична аберація ока при зіниці 4 мм дорівнює приблизно 1 діоптрії. Приблизно таке ж значення має хроматична аберація. Оскільки заломлююча сила всього ока близько 60 дптр, відносна погрішність фокусування через аберації менш 2%.
На периферії поля зору з'являються нові аберації: астигматизм косих пучків, кривизна поля. Кривизною поля називають відхилення поверхні найкращого фокусування від площини. Чим більша відстань від центра поля зору, тим більше розмивається зображення внаслідок аберації.
Дозволяючу силу прийнято характеризувати граничним кутом δ, тобто кутовим розміром найменшого об'єкта, що ще розрізняється окремо. Дозволяючу силу ока називають гостротою зору. Визначають гостроту зору за різними тестами, найчастіше за кільцями Ландольта.
Аберації ока не зменшують її дозволяючої сили. Дозволяюча сила ока лімітується не абераціями, а основними законами природи. З видаленням від фовеа дозволяюча сила ока падає і вже обмежується абераціями. А поле зору ока надзвичайно широко: за вертикаллю близько 1100, за горизонталлю – близько 1500. Поле зору двох очей разом за горизонталлю майже 1800.
Малу гостроту зору на периферії компенсує рухливість очей. Коли об'єкт попадає до видимої області, обидва ока узгоджено фіксуюються на ньому, зображення потрапляє на фовеальні області сітчаток, де гострота зору максимальна.
Зоровий процес починається з того, що осі обох очей направляються на деяку точку предмета в просторі перед людиною і збігаються в ній під деяким кутом β. Це зведення осей очей називається конвергенцією. Чим ближче точка фіксації, тим більше кут конвергенції β. Одночасно відбувається фокусування фіксуємої точки, тобто акомодація. Чим більше β, тим сильніше ступінь акомодації.
Від кожного елемента зображення на сітківці в мозок посилаються нервові імпульси, складним чином, що кодує відомості про цей елемент. У мозку відбувається декодування імпульсів і відтворюються картини, що відповідають зображенням у кожному з очей. Ці дві картини зливаються в одну тривимірну картину, що дозволяє безпосередньо відчувати, які предмети знаходяться далі фіксованого, які ближчі і яким чином ці предмети відрізняються один від одного на відстані. За законами геометричної оптики на сітчатках виходять зворотні, тобто перевернуті зображення спостерігаємої картини.
Досвід і дія свідомості не тільки виправляють зображення, але приводять до повернення на місце предметів, розташування яких навколо нас ми безпосередньо відчуваємо.
Співвіднесеність– уроджена властивість зору, закріплена спадковістю в силу його величезного біологічного значення. Зір дає нам рельєфну картину реального світу, у якій положення предметів досить точно збігається з їх щирими положенням у просторі, причому вони відрізняються один від іншого за формою та кольором.
Адаптація. До властивостей, що характеризують відтворюючу систему, належить ступінь постійності її чутливості.
Ширина діапазону потужностей видимих випромінювань, що можуть збуджувати світлове відчуття, пояснюється здатністю ока пристосовуватися до різних рівнів яркостей, налаштовуватися на її середній рівень. Процес пристосування ока до зміни умов освітлення називається адаптацією (лат. adapto – пристосовую).
Чутливість (світлова, спектральна, контрастна та ін.) зорової системи не постійна, а залежить від низки чинників, з яких істотне значення має рівень освітленості. Око зберігає чутливість за різних умов освітлення. Це явище називається яскравісною адаптацією.
Наприклад. Людина цілком задовільно бачить при освітленості в 1 лк, створюваною ніччю вуличними ліхтарями, тобто при освітленості в 100000 разів меншій, ніж при яскравому сонці. Око дає безліч відомостей й у повний місяць, коли освітленість майже у 1000000 разів нижча, ніж при сонці. У безмісячну ніч при світлі зірок зір дозволяє людині орієнтуватися, хоча освітленість при цьому в сотні мільйонів разів нижча, ніж при відкритому сонці.
Окрім яскравісної відома колірна адаптація. Вона полягає в тому, що під впливом попереднього світлового освітлення, колірне сприйняття змінюється.
Наприклад. Опромінити сітківку насиченим червоним, то біле поле протягом часу адаптації здається зеленим.
Зміна чутливості ока в часі (кінетика яскравісної адаптації) показана на рис. 2.2. Процес збільшення чутливості при переході від великої яскравості до малої називається темновою адаптацією (рис. 2.2, а), якщо око пристосовується до великої яскравості, – світловою адаптацією. З рисунка видно, що зміна чутливості ока триває досить тривалий час. Для темнової адаптації це 40-60 хв. Швидкість світлової адаптації залежить від яскравості, на яку адаптується око. Чутливість падає тим швидше, чим вище ця яскравість. До великої яскравості спостерігач звикає за 4–8 хвилини.
В основі яскравісної адаптації лежать різні механізми. Один з них називається зіничним рефлексом. При зменшенні освітленості діаметр зіниці збільшується від 2 мм на яскравому світлу до 10 мм у напівтемряві. Світловий потік, що потрапляє в око, зростає при цьому в 25 разів, тобто пропорційно площі зіниці. Відповідно до цього збільшується й чутливість.
Потужніший механізм адаптації полягає в двоїстості сприйняття світла системою ока. Палички дозволяють відрізнити білу поверхню від чорної при освітленості 10–6 лк, якщо око адаптоване до такої низької освітленості. Чутливість же колб набагато нижча.
За мірою зростання освітленості палочковий механізм поступово вимикається. При освітленостях вище 10–2 лк зір стає колбочковим.
Рис. 2.2. Кінетика яскравісної адаптації: а – темнова адаптація (1 – адаптації передувала більша яскравість;
2 – мала передадаптаційна яскравість); б – світлова адаптація; цифри над кривими вказують передадаптаційні яскравості в кд×м–2
Механізм колірної адаптації полягає в зменшенні концентрації зорового пігменту в тих колбах, які особливо інтенсивно працюють при передадаптаційному освітленні. Так, e наведеному вище прикладі колірної адаптації відбувається зменшення концентрації пігменту в червоночутливих рецепторах. Внаслідок цього при розгляді білого поля працюватимуть головним чином зеленочутливі і синьочутливі колби і око отримає відчуття зелено-блакитного.
Зоровий процес в умовах зміни чутливості називається несталим. У момент закінчення адаптації чутливість ока стає постійною, зоровий процес при цьому називають сталим.
Усі колірні вимірювання та дослідження проводяться в умовах сталого зору (за винятком вивчення адаптаційного процесу).
Зорова інерція. Зорове відчуття викликається світловим сигналом не миттєво, а через деякий час після його початку, і, навпаки, світлове відчуття триває і після сигналу. Властивість зорової системи зберігати стан спокою або роботи протягом деякого часу після початку або припинення світлового сигналу називається зоровою інерцією. На рис. 2.3 показано співвідношення між сталим за яскравістю світловим сигналом (тонка лінія) і світловим відчуттям, що викликається їм, виражається світлотою (товста лінія). Штрихпунктирна лінія показує суму світлот, що виникають внаслідок дії двох послідовних світлових сигналів, розділених малим проміжком часу.
Рис. 2.3. Кінетика залежності відчуття світлоти
Як видно з рис. 2.3, відчуття світлоти виникає через деякий момент Dt після початку дії світла. На такий же час зміщений і початок спаду світлоти. Крива зміни світлоти у часі поділена на дві частини – одна описує зростання світлоти, а інша – її спад залежно від часу. Обидві частини кривої за формою близькі до експоненти.
Наслідком зорової інерції є злите сприйняття серії світлових сигналів при їх досить великій частоті. Якщо через досить малий час після першого світлового сигналу послідує другий (пунктирні лінії на рис. 2.3), то викликане ним відчуття в тій чи іншій мірі зіллється з першим. Чим менше проміжок часу, що розділяє сигнали, тим менш переривчасте світлове відчуття. При деякій частоті, коли падіння светлоты Dw не перевершує порогового значення, серія сигналів сприймається як один безперервний. Частота, що забезпечує безперервне зорове сприйняття переривчастих сигналів, називається критична частота мигтіння.
Внаслідок інерції зору зоровий образ зберігається у свідомості деякий час після того, як припинилася дія світла. Цей образ називається поcлідовним. Його виникнення пояснюється тим, що продукти фоторозпаду зорового пігменту відновлюються не відразу після припинення освітлення і негативні іони продовжують давати імпульси струму, що призводять до виникнення зорового відчуття.
На зоровій інерції заснована кінематографія. Коли частота кадрів рівна або перевищує критичну частоту мигтіння, послідовні образи кожного з кадрів зливаються в єдине враження.
Внаслідок зорової інерції після припинення освітлення зберігається не лише відчуття светлоты, але і колірності.
2.3 Основи теорії колірного зору, криві основних збуджень, погодженість їх координат, коефіцієнти яскравості
Теорії колірного зору пояснюють явища нормального та аномального колірного зору через:
– фізіологічні аспекти;
– психологічні аспекти.
Класичні досліди Ньютона за розкладанням білого світла на його складові та одержання знову складеного випромінювання з його частин необхідно вважати першими кроками до вирішення проблеми про сприйняття кольору оком. Досліди Ньютона за інтерференцією (кільця Ньютона) дозволили уперше вимірити довжину світлової хвилі і зв'язати з довжиною хвилі колір випромінювання.
Модель додавання кольорів Ньютон зобразив у вигляді кола. Щоб додати два кольори, необхідно до місця їх розташування на периферії привісити вантажі, пропорційні інтенсивності кожного кольору. Сумарний колір буде лежати в тій точці кола, до якої буде наведена рівнодіюча обох сил. За таким правилом можна складати і декілька кольорів. Центр кола відповідає білому кольору. Чим ближче до периферії, тим більше чистота одержуваного кольору.
М.В. Ломоносов першим висловив думку, що в оці знаходяться три речовини, визвано трьома різними ділянками видимого спектра. Уявлення про природу світлочутливих речовин сітківки Ломоносовим занадто конкретизовано, але твердження, що їх три і що їм відповідають три кольори, змішування яких дає всі інші кольори, – це вже основа трикомпонентної теорії зору.
Трикомпонентна теорія була розвита Томасом Юнгом (1773–1829). Юнг увів поняття про три основні кольори, змішування яких дозволяє одержувати інші кольори. У три ліхтарі були уставлені світлофільтри: зелений, синій і червоний. У середині картини перекривалися зображення всіх трьох кольрів і з'явився білий колір. Перекриття синього та зеленого давали блакитний, зеленого та червоного – жовтий, червоного та синього – пурпурний.
Юнгу було ясно, що трикомпонентність кольору не можна пояснити фізичними властивостями світла. Тобто, трикомпонентність кольору залежить від властивостей ока. Око має три приймачі з різними чутливостями до різних областей спектра. Підсумовування ступеня їх збудження світлом дає відчуття того або іншого кольору.
Д.К. Максвелл (1831–1879), що створив електромагнітну теорію світла, дуже цікавився колірним зором. Максвелл побудував перший колориметр, у якому вимірюваний колір Ц висвітлював половину поля зору, а інша висвітлювалася сумішшю трьох випромінювань: червоного, зеленого та синього. Інтенсивності кожного з випромінювань можна було змінювати доти, поки не підсилювалася рівність кольору обох полів приладу.
За основні Максвелл прийняв три спектральних кольори з довжинами хвиль lЧ=630 нм, lЗ=528 нм, lС=457 нм. Графічно змішування кольорів Максвелл зобразив у вигляді рівностороннього трикутника.
Спектрально-чисті кольори лежать на суцільній лінії за межами штрихового трикутника. При позитивних значеннях усіх трьох коефіцієнтів a, b і с можна одержати тільки кольори, що лежать усередині трикутника і на його сторонах.
За правилом додавання сил для деякого кольору Ц його положення на трикутнику Максвелла. Провівши з крапки білого кольору W через будь-яку крапку Ц пряму до його перетинання із суцільною лінією спектрально-чистих тонів, ми одержуємо довжину хвилі l кольору Ц. Чим далі крапка Ц від крапки W, тим більше чистота кольору Ц. Яскравість L залежить від абсолютних значень величин a, b і с.
На колориметрі Гельмгольца працювали Кеніг і Дітерічі. Роботи з розвитку та конкретизація трикомпонентної теорії проводили за двома напрямами: пошуку трьох речовин сітківки і залежності чутливості їх від довжини хвилі; вивчення чутливості трьох приймачів за даними колориметричних вимірів.
Зоровий процес, частиною якого є механізм дії колбочок і зорового нерва, повинний бути таким, щоб пророкувати колірні рівняння відповідно до законів Грасмана. Зоровий процес регулюється набором функцій спектрального розподілу, що лінійно пов'язані з функціями додавання кольорів, тобто функціями, що характеризують можливості спостерігача за додаванням кольорів. Функції додавання кольорів визначаються як координати кольорів рівно енергетичного спектра за аргументом довжини хвилі випромінювання (l) і вимірювані для певного набору основних кольорів.
Першим запропонував теорію колірного зору Томас Юнг: наявність у сітківці механізмів трьох типів, найбільш чуттєвих до короткохвильової ділянки видимого спектра, до середньохвильової ділянки і до довгохвильової ділянки.
Експерименти за рівнянням Максвелла і робота Грасмана з'явилися безперечними доказами на користь трикомпонентної теорії Юнга. Гельмгольц трохи змінив теорію Юнга з метою поширити її на дихроматичний зір є результатом подавлення однієї з трьох функцій спектральної чутливості, що контролюють реакції колбочок.
Функції додавання кольорів 
, стандартного колориметричного спостерігача МКО 1931 р. характеризують кольоровирівнюючи властивості жовтої плями середнього спостерігача з нормальним колірним зором. Як указувалося раніше, ці функції відповідають (уявлюваному) набору основних кольорів Х, Y, Z, що визначають три координатний колірний простір МКО 1931 р. Експериментально визначені відсутні основні кольори P, D, T, що характеризують три типи дихроматичного зору, можна виразити через основні кольори МКО Х, Y, Z. Так, наприклад, Р задається координатами кольору ХР, YР, ZР; D координатами ХD, YD, ZD; Т задається колірними координатами ХТ, YТ, ZТ. Потім виробляється просте лінійне перетворення типу рівняння (1.1) для того, щоб одержати координати квітів P, D, T з координат Х, Y, Z. Ординати 
, 
, функцій додавання, визначених МКО в 1931 р., також піддаються перетворенням, результатом яких є нові функції додавання 
. З цих останніх функцій можна одержати функції спектральної чутливості (спектральної світлової ефективності) 
трьох типів колбочек, що функціонують у нормальній сітківці. Для цього необхідно розділити на спектральний коефіцієнт поглинання 
всіх елементів ока, включаючи жовту пляму. Таким чином 
. Джадд розробив рівняння перетворення не тільки для теорії Юнга–Гельмгольца, але і для декількох інших теорій. При використанні основних кольорів Пітта виходять наступні рівняння перетворення, що пов'язують функції додавання МКО 1931 р. з реакціями колбочок Юнга–Гельмгольца:
(2.1)
З теорії Юнга-Гельмгольца видно, що протанопи повинні сприймати всі кольори у виді відтінків зеленого та фіолетового, а дейтеранопи – у вигляді відтінків червоного та фіолетового. Протанопи і дейтеранопи бачать відтінки синього та жовтого кольорів приблизно такими ж, як колірні тони, сприймані в звичайних умовах спостереження нормальним трихроматом на довжинах хвиль спектра 575 нм і 470 нм, відповідно.
Фік дав інше пояснення дихроматизму. Фік припустив, що колбочки, які реагують на червоний і зелений кольори, містять однакову суміш пігментів, що поглинають довгохвильове і короткохвильове випромінювання. Таким чином реакції на червоний і зелений кольори майже однакові, що відповідає реакції на жовтий колір.
У деяких теоріях, наприклад теорія Кеніга постулює, що відчуття яскравості обумовлене спрацьовуванням спеціального рецепторного механізму, що складає з груп колбочок, спектральна реакція яких збігається з функцією нормальної світлової ефективності. Сприйняття кольору забезпечується щонайменше двома іншими рецепторними механізмами, також утвореними групами колбочок, але з дуже вузькими смугами спектральної чутливості. Домінатори відповідальні за відчуття яскравості; модулятори, модулюючи домінантну реакцію, викликають відчуття кольору.
Теорія Ледда–Франкліна являє собою модифікації теорії Юнга–Гельмгольца, що підкреслюють необхідність враховувати реакції колбочок на психологічні основні кольори – червоний, зелений, жовтий і синій, а не червоний, зелений і фіолетовий кольори, як у теорії Юнга–Гельмгольца. Психологічні кольори мають унітарний колірний тон.
Теорія Геринга постулює наявність трьох типів протилежних пар процесів реакції на чорний і білий, жовтий і синій, червоний і зелений кольори. Ці реакції відбуваються на пост рецепторній стадії дії зорового механізму. Теорія Геринга висуває на перший план психологічні аспекти колірного зору. Коли три пари реакцій йдуть за напрямом дисиміляції, виникають теплі відчуття білого, жовтого та червоного кольорів; коли вони протікають асимілятивно, їм супроводжують холодні відчуття чорного, синього та блакитного кольорів.
Гурвич і Джеймсон розвили теорію Геринга протилежних процесів при колірному зорі до ступеня, коли різні явища колірного зору можуть бути кількісно пояснені як для спостерігача з нормальним колірним зором, так і аномальним колірним зором.
Як трикомпонентну теорію Юнга–Гельмгольца з її численними модифікаціями, так і теорію протилежних кольорів Геринга можна віднести до одно стадійних теорій. Обговорені вище трикомпонентні теорії розглядають головним чином фотохімічну (пігментну) стадію або рецепторну (колбочкову); у теорії протилежних кольорів основну роль має деяка пострецепторна стадія механізму зору. Фон Кріс, Шрьодингер, Адамс, Мюллер та інші поєднують трикомпонентні теорії і теорію протилежних кольорів з мультизонної або стадійної теоріями. Постулюється, що на кожній стадії є свій окремий набір основних кольрів, а разом з ним окремий набір функцій спектральних реакцій. Подібного роду багатостадійні теорії мали більше ступенів волі та дозволяли пояснити більше число різноманітних і суперечливих явищ, що належать до колірного зору. З усіх багатостадійних теорій найбільше повно розроблена багатостадійна теорія Мюллера.
Усі теорії колірного зору, постулюють на деякій стадії існування трьох типів колбочок, що містять фотопігменти з різними спектральними чувстливостями. Функції спектральної чутливості колбочок виводяться дедуктивним шляхом з функцій додавання кольорів.
Хімічний склад пігментів колбочок не був установлений, і робота Уолда лише побічно вказувала на існування колбочкового пігменту, що він назвав іодопсином. Однак за наступні роки накопичуються подальші докази, що явно вказують на існування трьох колбочкових пігментів з різними спектральними чутливостями.
Раштон, а також Ріпс та Уіл використовували метод рефлектометрії дна ока з метою показати, що в колбочках жовтої плями людини має більш одного типу фотопігменту.
Для вимірювання у спектральній залежності коефіцієнта поглинання окремих колбочок, узятих з ділянок сітківки людини і мавпи, був розроблений метод мікроспектрофотометрії. Отримані за допомогою цього методу Марксом і співробітниками, а також Брауном та Уолдом, три типи колбочок містять фотопігменти з максимумом спектрального коефіцієнта поглинання на довжинах хвиль порядку 448, 528 і 567 нм.
Експериментом Томіти та співробітниками знайдено, що три типи колбочок характеризуються трьома різними спектральними функціями, визначеними на основі амплітуди потенціалу, як функції довжини хвилі. Максимальні реакції спостерігалися на довжинах хвиль 462, 529 і 611 нм.
Електрофізіологічний метод також використовується при вивченні провідних нервових шляхів зорового збудження за межами рецепторного шару. Реєструються зміни електричного потенціалу в тих випадках, коли вводяться мікроелектроди в сітківку між рецепторами і гангліозними клітками, а рецептори стимулюються випромінюванням різних довжин хвиль. Однак спектральний розподіл цих потенціалів, називаємих S-потенціалами, різко відрізняється від розподілу рецепторних потенціалів. Виявлено два типи S-потенціалів. Перший з них – L-потенціал негативний для всіх спектральних стимулів, виражений у функції довжини хвилі, являє собою порівняно широкий спектральний розподіл. Необхідно зазначити, що L-потенціали визначаються в умовних одиницях, оскільки значення цієї L-величини корелює зі світністю або яскравістю стимулу. Другий тип – S-потенціалів умовно вимірюють у C-величинах, що корелюють з відчуттям кольоровості (сполученням колірного тону та насиченості) колірного стимулу. Потенціали, вимірювані в C-величинах, можуть приймати негативні або позитивні значення залежно від довжини хвилі стимулу. Існує два види C-величин: (R-G) і (Y-B). Вимірювання у величині (R-G) дають позитивний потенціал при довгохвильових (червоних) стимулах і негативний при середньохвильових (зелених) стимулах. Результатом спектрального розподілу амплітуд потенціалів спочатку негативно, а потім позитивно (після перетинання спектральної осі) в області від 400 до 700 нм. Аналогічний характер має спектральний розподіл амплітуд потенціалів, обмірюваних у (Y-B)-величинах, але воно негативно для всіх довжин хвиль у жовтій області спектра і позитивно – у синій області. Ці результати є доказом існування механізмів кодування кольору з протилежними процесами.
При переміщенні мікроелектродів у шар гангліозних кліток реєструються реакції, що являють собою серії імпульсів потенціалу постійної амплітуди, але різної частоти проходження. Такі дослідники, як Вагнер та співробітники, Доу і Гурас, виділили так називаємі on-клітки, off-клітки і on-off-клітки. Перші з них – on-клітки – посилають імпульси, коли починається вплив стимулу на сітківку, другі – off-клітки – коли цей вплив закінчується, а клітки on-off спрацьовують як на початку, так і наприкінці впливу стимулу. Частота проходження імпульсів залежить від величини стимулу, його довжини хвилі, а також від положення стимулу в прийомному полі шару гангліозних кліток.
Реакція on-клітки може виникнути під впливом стимулів коротких довжин хвиль, а реакція off – при впливі випромінювання з великими довжинами хвиль, і навпаки. Унікальною особливістю on–off–утворень у шарі гангліозних кліток є характер організації його прийомного поля. Такий тип протилежних процесів припускає наявність механізму, відповідального за зоровий феномен послідовного колірного контрасту.
Результати інших експериментів щодо вивчення організації прийомного поля вказують на існування протилежних процесів, що могли б пояснити зоровий феномен одночасного колірного контрасту.
Встановлено існування чотирьох типів кліток зі спектрально протилежними реакціями:
а) клітки, що відповідають збудженням на червоний стимул і гальмуванням на зелений стимул – (+R–G)-клітки;
б) клітки, що збуджуються при дії зеленого стимулу і гальмуючі при дії червоного – (+G–R)-клітки;
в) клітки, що збуджуються у відповідь на жовтий стимул і гальмуючі при впливі синього – (+Y–B)-клітки;
г) клітки, що відповідають збудженням на синій стимул і гальмуванням на жовтий – (+B–Y)-клітки.
Спектральний розподіл різних типів кліток ядра колінчатого тіла можна порівняти з психофізичними вимірюваннями реакцій на яскравість і реакцій на колірний тон і насиченість.
Характер колірного відчуття знаходиться у зв'язку з розподілом чутливості рецепторів ока за спектром. Їх спектральні властивості вивчалися багатьма дослідниками, починаючи з Максвела та Кеніга (роботи яких були виконані в минулому столітті) і Айвса (1912 р.).
Дані, близькі до сучасних, були отримані Федоровими. У теперішній час найбільш надійними вважаються значення спектральної чутливості, визначені О.Н. Юстовою (1950 р.) і наведені на рис. 2.4. До них близькі дані Томсона та Райта (1953 р.).
Графіки, зображені на рисунку, не виражають спектральну чутливість кольорочутливих рецепторів. Вони отримані для кутів зору, рівних 20.
Рис. 2.4. Криві основних збуджень за О.Н. Юстовою
При малому розміру (1,5–20) ділянки сітківці, вільної від паличок і руху очей при фіксації погляду, при куті зору рівному 20 можуть реагувати не лише колби, але і палички. Графіки виражають реакції не тільки колб, тому вони називаються кривими основних збуджень.
З рис. 2.4 видно, що випромінювання початку видимої частини спектру до 430 нм діють тільки на синьочутливі колби (чутливості інших рецепторів у цій області спектру малі). Їх реакція призводить до виникнення відчуття фіолетового кольору.
Відмінність кольорів спектру в межах 380–430 нм пов'язана тільки з рівнем реакції рецепторів. Цей висновок можна зробити з того, що у вказаному діапазоні збуджуються лише синьочутливі колби, але їх чутливість (а отже, інтенсивність відчуття) зростає із збільшенням довжини хвилі. При просуванні у бік довгих хвиль в цьому інтервалі кольору тому яснішають. Після 430–440 нм на випромінювання реагують і зеленочутливі рецептори, тому колір, залежно від вкладу їх реакцій у сумарну, поступово переходить у синій. Потім, приблизно з 450 нм, разом з синьо- та зеленочутливими рецепторами починають працювати червоночутливі: синій переходить у блакитно-синій, а потім у блакитній. При подальшій зміні довжини хвилі колірне відчуття змінюється за тим же принципом, і відносні значення кожної з реакцій на монохроматичне випромінювання (рис. 2.4).
При поясненні виникнення того або іншого колірного відчуття доводиться порівнювати реакції, що даються рецепторами різних типів. Так, з рис. 2.4 видно, що монохроматичне випромінювання l=650 нм викликає реакції, що мають співвідношення RЗ:RЧ=1:10, а отже, має майже чисто-червоний колірний тон. Але порівняння реакцій можливе тільки у тому випадку, якщо є їх загальна міра. Складність її знаходження полягає в тому, що реакції рецепторів різних типів, різні за якістю. При деяких співвідношеннях значень RЗ, RЧ и RС виникає відчуття білого кольору. В цьому випадку реакції рецепторів усіх типів умовилися вважати рівними. Вони, при певному їх рівні, беруться за одиничні.
Цей принцип використовується не лише в теорії колірного зору, але й у колориметрії, а також в теорії кольоровідтворення, де кількості фарб вважаються рівними, якщо їх накладення дає ахроматичний колір.
Оскільки спектральна чутливість кожної групи рецепторів виражається одною з кривих основних збуджень, то можна припустити, що безпосереднє складання кривих дає криву відносної спектральної ефективності. Проте результатом такого складання є несиметрична крива, не співпадаюча з уривою на рис. 2.4. Це пояснюється різним вкладом кожної групи рецепторів у відчуття колірності та світлоти. Наприклад, синьочутливі рецептори дуже чутливі до зміни довжини хвилі, але мають малу світлову чутливість. Тому, для перехода від кривих основних збуджень до кривої відносної спектральної ефективності необхідно ординати кривих помножити на коефіцієнти яскравості. За О.Н. Юстовою для RС коефіцієнт яскравості дорівнює 0,003, RЗ – 0,65, для RЧ – 1.
2.4 Суб'єктивні характеристики кольору, хроматичні і ахроматичні кольори, насиченість, світлота, кольоровий тон
Розрізняють два типи характеристик кольору:
– об’єктивна (кількісна характеристика колірних стимулів);
– суб’єктивна (якісна характеристика кольору).
Основні поняття цих характеристик наведені у таблиці 2.1.
Таблиця 2.1
Характеристики кольору
| Суб'єктивні поняття | Об'єктивні поняття | Символ |
| Колірний тон (Hue) | Домінуюча довжина хвилі колірного стимулу Кут колірного тону (CIE 1976) | ld huv або hab (h або H) |
| Суб'єктивна яскравість (Brightness) | Фотометрична яскравість (Luminance) | L(Q) |
| Повнота кольору (Colofulness) | (M) | |
| Світлота (Lightness) | Коефіцієнт яскравості Світлота (CIE 1976) | b(J) L* |
| Насиченість (Chroma) | Насиченість (CIE 1976) | C*uu або C*ab (C) |
| Чистота кольору (Saturation) | Колориметрична чистота (Purity) Чистота кольору (CIE 1976) | p Suv(s) |
| Колірний тон і чистота кольору | Колірність (Chromaticity) | xy або u’u’ |
Основні поняття об'єктивної характеристики колірних стимулів:
Домінуюча довжина хвилі визначена як довжина хвилі монохроматичного стимулу, адитивно змішаного у визначеній пропорції з ахроматичним стимулом (білого або сірого) з метою досягнення візуальної відповідності з досліджуваним колірним стимулом. У випадку пурпурних стимулів використовується додаткова довжина хвилі (λ).
Додаткова довжина хвилі – це довжина хвилі монохроматичного стимулу змішаного з досліджуваним стимулом з метою досягнення візуальної відповідності з певним ахроматичним колірним стимулом.
Фотометрична яскравість – це інтенсивність світлового потоку в даному напрямі на одиницю площі поверхні.
Коефіцієнт фотометричної яскравості – це відношення фотометричної яскравості стимулу до яскравості однаково освітленого ідеального відбиваючого (або проникаючого) розсіювача з нульовою поглинаючою здатністю.
Коефіцієнти відбивання та поглинаннявизначають як відношення кількості світла, відбитого (або пропущеного) зразком у межах визначеного конуса щодо світла, відбитого (або пропущеного) ідеальним розсіювачем у межах того ж конуса. Якщо конус є півсферою, то відношення визначають як здатність відбивати або пропускати світло. Якщо конус дуже малий, то дані величини і коефіцієнт яскравості однакові.
Поглинаюча здатність дорівнює одиниці за винятком здатностей відбивати або пропускати світло.
Коефіцієнт непрозорості, непрозорість (opacity)– величина зворотна здатностям відбивати або пропускати світло.
Колориметрична чистота – міра питомої кількості монохроматичного стимулу (у випадку пурпурних стимулів – спектральної суміші червоного та фіолетового) у суміші з певним ахроматичним стимулом, необхідна для досягнення візуальної відповідності з досліджуваним колірним стимулом.
Колірність (chromaticity)– це співвідношення кількостей трьох стимулів, що порівнюють необхідне для досягнення візуальної відповідності з досліджуваним стимулом.
Суб'єктивні характеристики кольору.У колірного відчуття (кольору) розрізняють три перцепційних (почуттєвих) параметри:
– колірний тон;
– повнота кольору;
– суб'єктивна яскравість.
Найбільш очевидний з них – колірний тон (Hue). Колірний тон – це показник, що стимул сприймається або червоним, або жовтогарячим, або жовтим, або зеленим, або синім, або пурпурним (або як «суміш» сусідніх пар з даного переліку) кольором. Повнота кольору (Colorfulness) визначає ступінь виразності колірного тону. Повнота кольору дорівнює нулю для білого, сірого та чорного кольорів; невелика – пастельних кольорів; висока – кольорів монохроматичних стимулів.
Суб'єктивна яскравість (Brightness) – це атрибут зорового відчуття, відповідно до якого область перегляду сприймається як випускає більшу або меншу кількість світла. Суб'єктивна яскравість має високе значення для сонця, дуже високе – для великої кількості джерел світла, досить високе – для білого та жовтого стимулів, середнє – для сірого та коричневого кольорів, низьке – для чорного. Відносні суб'єктивні яскравості (суб'єктивні яскравості об'єктів) оцінені один щодо одного – світлота (lightness).
Світлота – це суб'єктивна яскравість деякої області в полі зору, оцінювана щодо суб'єктивної яскравості однаково освітленого білого об'єкта (для прозорих об'єктів – високо прозорий).
Відносну повноту кольору називають насиченістю (chroma). Насиченість – це повнота кольору деякої області, оціненої відносно суб'єктивної яскравості однаково освітленого білого (високо прозорого) об'єкта. Результатом такої оцінки є величина чистоти кольору (saturation).
Оцінити світлоту та насиченість різних ділянок об'єкта важко. Однак є можливість оцінити об’єкт за параметрами колірного тону та чистоти кольору, а також дозволяє застосовувати термін «хроматичність» (chromaticness) замість «повноти кольору».
Для суб'єктивної яскравості вживають прикметники «яскравий» і «тьмяний»; для світлоти – «світлий» і «темний»; для насиченості – «сильна» і «слабка».
Хроматичні та ахроматичні кольори. Коли випромінювання дратує усі рецептори однаково (одиниця інтенсивності роздратування – "доля участі в білому"), його колір сприймається як білий, сірий, або як чорний. Білий, сірий і чорний кольори називаються ахроматичними. Ці кольори не розрізняються якісно. Різниця в зорових відчуттях при дії на око ахроматичних випромінювань залежить тільки від рівня роздратування рецепторів. Тому ахроматичні кольори можуть бути задані однією психологічною величиною – світлотою.
Якщо рецептори різних типів роздратовані неоднаково, виникає відчуття хроматичного кольору. Для його опису необхідно дві величини – светлота та колірність. Якісна характеристика зорового відчуття, визначена як колірність, двовимірна: складається з насиченості та колірного тону.
Дата добавления: 2015-08-21; просмотров: 3316;