Тема 6. Восприятие цвета

1. Глаз – орган восприятия цвета

Основной частью глаза является глазное яблоко. Оно состоит из стекловидного тела, хрусталика и нескольких оболочек.

Наружная оболочка, называемая «белковой» или «склерой», сохраняет форму глаза и предохраняет его от внешних повреждений. Она имеет белый цвет и почти непрозрачна. В передней части глаза белковая оболочка переходит в прозрачную и выпуклую роговицу. За ней расположена радужная оболочка, которая регулирует подачу света в глаз. Изображение на внутренней светочувствительной поверхности глаза строится хрусталиком, который прикреплен на мышцах и поэтому способен фокусироваться на различных предметах – изменять свою оптическую силу («выпуклость») для получения резкого изображения.

В сё внутреннее пространство глаза заполнено прозрачным студенистым веществом – стекловидным телом. Заднюю стенку глаза выстилает сетчатая оболочка («сетчатка») в которой находятся светочувствительные окончания зрительного нерва.

Р ис. 7.1 Схема строения человеческого глаза

а - стекловидное тело; б - ресничное тело; в - хрусталик; г – роговая оболочка; д - радужная оболочка; е - белковая оболочка; ж - сосудистая оболочка; з - желтое пятно (фовеа); и - зрительный нерв; к - слепое пятно; л - сетчатая оболочка.

Различают два вида нервных окончаний:

• «Палочки» – более удлиненные и узкие: 0.06 мм х 0.002мм.

Общее количество – порядка 100÷130млн. штук

Рабочая яркость света: меньше 0.001 кд /м²

Палочки реагируют только на яркость излучения, поэтому они обеспечивают черно-белое, так называемое «сумрачное» зрение. Максимум чувствительности проходится на длину волны  = 510 нм.

• «Колбочки» – более короткие и широкие: 0.035мм х 0.0065мм

Общее количество - порядка 6÷7 млн. штук

Рабочая яркость света: не менее 1 кд/м² (Вспомните: ночное небо обладает яркостью 10 кд/м²).

Колбочки реагируют и на яркость излучения и на его спектр, поэтому колбочковый аппарат способен формировать цветовые ощущения. В среднем, максимум чувствительности колбочек приходится на = 556 нм.

Нервные окончания распределены по поверхности глазного дна неравномерно. Колбочки расположены преимущественно в центре сетчатки. Количество палочек, напротив, убывает от периферии глаза к центру. Наибольшее количество колбочек наблюдается в центральной области сетчатки вблизи так называемого «жёлтого пятна» (или «фовеа»). Эта область обеспечивает наиболее резкое зрение и наилучшее восприятие цвета. Поэтому глазное яблоко находится в непрерывном движении – чтобы рассматриваемая часть предмета постоянно находилась на фовеа.

В палочках и колбочках содержится особый светочувствительный пигмент родопсин. В результате воздействия света молекулы пигмента разрушаются, при этом формируется нервный импульс. Восстановление родопсина происходит за счет веществ, поступающих в глаз с током крови через сеть мельчайших сосудов.

2. Трехкомпонентная теория зрения.

Общие принципы цветного зрения были открыты Михаилом Ломоносовым в 1756г. и сформулированы в виде так называемой «трехкомпонентной» (или «трехрецепторной») теории восприятия цвета зрением человека. Ломоносов пришёл к выводу, что в глазе имеется три типа рецепторов, воспринимающих световую энергию. Один из них воспринимает красную часть светового спектра, другой – жёлтую, третий – голубую.

Впоследствии теория Ломоносова была развита другими учёными: физиком Томасом Юнгом (1802г) в Англии и Германом фон Гельмгольцем (1852г) в Германии, за основные приняли другие цвета: красный, зелёный и синий. Отметим, что хотя к настоящему времени и проведено очень много исследований цветного зрения, до сих пор так никому и не удалось создать его законченной теории.

Согласно современным представлениям о природе цветного зрении человека, в сетчатке имеются колбочки трех типов, пигменты которых лучше поглощают свет с длиной волны 448, 528 и 567нм. Так как спектр поглощения молекул родопсина достаточно широк, то любой попавший в глаз световой поток возбуждает колбочки сразу всех типов, формируя три нервных импульса.

• Ощущение яркости предмета представляет собой результат суммирования нервных импульсов, созданных всеми (тремя) типами рецепторов

• О

  С – синечувствительные клетки

  З – зеленочувствительные клетки

  К – красночувствительные клетки

  щущение цвета – определяется отношением трех нервных импульсов

С пектральную чувствительность зрения впервые измерили Кениг и Дитеричи в 1892г.. В 1935г. так называемые «кривые основных возбуждений зрения» были уточнены Н.Т. и В.И. Федоровыми (СССР).

Рис. 6.2 Относительная светочувствительность клеток глаза

(«кривые основных возбуждений зрения»)

Неравное возбуждение колбочек создает ощущение хроматического цвета. Если же три нервных импульса равны, то цвет воспринимается как ахроматический, причем формируемое им ощущение яркости увеличивается с ростом силы импульса. Обратите внимание на важное свойство кривых чувствительности зрения: площади, ограниченные каждой кривой и горизонтальной осью, равны между собой. Поэтому при воздействии на глаз белого света, все три видов колбочек формируют одинаковые нервные импульсы.

ЗАМЕЧАНИЯ

1. Колбочковый аппарат работает только при значительном уровне освещения. При слабом сумеречном и ночном освещении эти клетки уже не реагируют на свет – нервные импульсы формируются только палочками, обладающие более высокой светочувствительностью. При дневных уровнях яркости палочки «ослеплены» и не функционируют.

2. Лиц с нормальным цветовым зрением называют «трихроматами», однако около 8% мужчин и примерно 0.5% женщин обладают «неправильным» цветоощущением. Их называют «цветоаномалами», иногда – «дальтониками» – по имени английского ученого Джона Дальтона, в 1794г. сделавшем доклад о цветовой слепоте, которой он страдал. Цветоаномалы в свою очередь, делятся на дихроматов и монохроматов.

Дихроматы обладают двухмерным зрение, то есть их колбочки реагируют на излучение только в пределах двух «цветовых зон» видимого спектра. Различают слепоту по отношению к красному, зеленому (реже) и синему цветам (очень редко):

• Краснослепые («протанопы») - примерно 1% мужчин

У таких людей область преимущественной чувствительности «красных» рецепторов смещена в коротковолновую часть спектра и совпадает с чувствительностью «зеленых». Вследствие этого, на длине волны 490нм (голубой цвет) они видят ахроматическую зону, светло-красные цвета путают с темно - зелеными, а пурпурные и фиолетовые - с синими.

Краснослепые не различают ни красных, ни зеленых цветов, вместо них видят желтые цвета.

• Зеленослепые («девтеранопы») - около 1% мужчин

У таких людей чувствительность «зеленых» колбочек совпадает с чувствительностью «красных». В результате этого, наиболее светлыми цветами в спектре становятся не желто-зеленые, а оранжевые цвета. Излучение с длиной волны примерно 500нм (голубой цвет) они видят ахроматическим. Зеленослепые путают светло - зеленые цвета с темно - красными, фиолетовые – с голубыми, пурпурные – с серыми.

Так же как краснослепые, они не различают ни красных, ни зеленых цветов, вместо них видят желтые.

• Синеслепые («тританопы») - менее 1% мужчин

У таких людей область чувствительности колбочек «укорочена с фиолетового края». По этой причине, вместо зеленовато - желтых и вместо синих участков радуги они видят ахроматические зоны. Синеслепые путают желто - зеленые цвета с синевато – зелеными и пурпурные – с оранжево-красными.

По отношению к красному, оранжевому и голубому цветам их зрение совершенно нормально.

Монохроматы обладают одномерным зрением, поэтому все хроматические цвета они воспринимают черно-белыми.