3. Адаптация зрения

А даптация зрения – это процесс приспособления зрения к воздействующему на зрительный аппарат световому потоку.

Различают адаптацию к яркости и адаптацию к цвету. Рассмотрим их отдельно, начиная с адаптации к яркости.

Человеческий глаз способен регистрировать очень различающиеся между собой световые потоки, при этом зрительный аппарат работает по-разному в зависимости от яркости источника:

1. яркость порядка 0.001 кд/м² – свет воспринимают только палочки

2. яркость менее 150 кд/м² – одновременно воспринимают свет и палочки и колбочки

3. яркость 150 кд/м² 200 кд/м² – воспринимают свет только колбочки

4. яркость свыше 10⁶ кд/м² – наступает ослепление

Чтобы эффективно охватить огромный диапазон яркостей от черного бархата (0.1 кд/м² ) до белого снега на солнце (более 30 000 кд/м²), зрительный аппарат человека способен самонастраиваться на преобладающий уровень яркости. В результате этого, поверхности с яркостью выше средней кажутся нам светлыми, а поверхности с яркостью ниже средней – темными. Конкретные границы диапазона яркостей, порождающего световые ощущения от чёрного до белого зависят от текущего уровня адаптации – они могут изменяться во времени. Среднее время адаптации к свету составляет величину примерно 0.2 секунды. Адаптация к темноте более медленный процесс, она занимает порядка 1015 минут. Отметим, что при адаптации к яркости несколько изменяется и цветовое восприятие.

Адаптация к цвету состоит в том, что источник яркого цвета (яркого света) снижает чувствительность рецепторов, «обслуживающих» данный цвет в зрительном аппарате. Это означает, что при сравнительном рассмотрении чувствительность остальных рецепторов, возбужденных слабее, как бы несколько повышается. В результате, восприятие цветов изменяется, кроме того, увеличивается различие в цветностях между расположенными рядом окрашенными объектами. Этим эффектом активно пользуются на практике, в частности, при создании орнаментов.

ПРИМЕР: Яркий синий цвет снижает чувствительность синих рецепторов, вследствие чего расположенный рядом голубой цвет кажется зеленоватым.

Следует отметить, что, не смотря на цветовую адаптацию, восприятие цвета хорошо известных нам несамосветящихся предметов остается неизменным даже при изменении в широких пределах яркости и спектрального состава источников света. Данное свойство зрения называется «константность цвета».

ПРИМЕР: Не зависимо от того, освещено ли лицо человека белым солнечным светом, желтоватым светом пламени свечи или красноватыми отблесками костра, оно всегда формирует в нашем сознании ощущение телесного цвета - среднестатистического цвета кожи. То же самое можно сказать и о цвете листа белой бумаги, овощей и фруктов.

4. Контраст цветов

Более детально познакомимся с одним из проявлений цветовой адаптации зрения.

Если некоторое время пристально смотреть на один цвет, а затем перевести взгляд на другой, то несколько секунд будет наблюдаться искаженное восприятие «нового» цвета. Цвета воспринимаются несколько иначе и под влиянием окружающих или соприкасающихся с ними цветов. Подобные явления демонстрируют так называемый «контраст цветов». Различают одновременный и последовательный контраст.

• Последовательный контраст цветов

П оследовательным контрастом называется изменение цвета предмета в результате предварительного воздействия на глаз наблюдателя других цветов.

ПРИМЕР 1.

В озьмем лист белой бумаги и поставим в его центре хорошо различимую точку. Верхнюю половину листа накроем черной бумагой так, чтобы ее нижний край оказалась прямо над точкой (см. рисунок 6.3). Теперь, в течение 1520 секунд будем внимательно, не сводя глаз, смотреть на точку, и в какой-то момент резко выдернем черную бумагу. Если не изменять направления взгляда, то первое время верхняя половина белого листа будет казаться нам несколько светлее нижней - мы наблюдаем так называемый «светлотной последовательный контраст».

Рис. 6.3 Наблюдение последовательного светлотного контраста

Причина явления связана с адаптацией зрения: участок сетчатки, на которые попадают отраженные от белого листа лучи «утомляется» и его чувствительность к свету снижается. Поверхность сетчатки, на которую проецируется изображение черной бумаги, практически не освещена, она «отдыхает», чувствительность ее рецепторов не изменяется. После того, как черный лист убран, на все участки сетчатки попадает свет в одинаковом количестве, однако «уставшие» нервные окончания стали менее чувствительны к свету и поэтому воспринимают его более темным. Соответственно, верхняя половина листа первое время кажется нам несколько светлее.

ПРИМЕР 2.

На лист белой бумаги поместим небольшой кружок красного цвета. В течение 20 секунд будем сосредоточенно смотреть на его центр, а затем при помощи тонкой нити сдернем кружок или просто переведем взгляд на расположенный рядом белый лист, так же сосредоточив внимание «в одной точке». В результате, в течение нескольких секунд, на абсолютно пустом месте будет наблюдаться аналогичный по размерам круг-фантом голубоватого цвета! Данное явление называется «последовательный хроматический контраст», а наблюдаемый фантом - «последовательный образ».

Причина данного явления, как и в предыдущем случае, скрыта в адаптации зрения: белый лист отражает все лучи одинаково, однако в результате разглядывания кружка, чувствительные к красному цвету рецепторы снизили свою чувствительность. Соответственно, стали преобладать нервные импульсы от остальных, сине- и зелено- чувствительных колбочек, вызывая ощущение голубоватого цвета.

Обратите внимание на важную деталь: из наших рассуждений следует, что цвет фантома и цвет кружка «в сумме» дают белый цвет, то есть они как бы дополняют друг друга до белого цвета. Несколько забегая вперед, отметим, что подобные пары цветов принято называть «дополнительными цветами»⁷.

И так, в результате многочисленных опытов была выявлена следующая закономерность:

Цвет фантома, возникающего в явлениях последовательного контраста, всегда является практически дополнительным к цвету фигуры.

• Одновременный контраст цветов

О дновременным контрастом называют изменение цвета в результате одновременного воздействия на глаз наблюдателя нескольких цветов.

Из определения ясно, что для наблюдения подобного контраста необходимо одновременно рассматривать как минимум два цвета.

ПРИМЕР 1.

Положим несколько одинаковых серых фигур на листы белой и черной бумаги, после чего сопоставим их цвет. Оказывается, что фигура, размещенная на листе чёрного цвета, будет выглядеть светлее, чем лежащая на белом листе! В данном эксперименте мы наблюдаем «светлотной одновременный контраст».

Подобное явление будет иметь место и для хроматически окрашенных фигур, при условии, что светлота фигуры и светлота фона отличаются  фигура на темном фоне всегда воспринимается светлее.

Причина явления: рассматривая светлый фон, рецепторы глаза снижают свою чувствительность («утомляются»), поэтому после перевода взгляда с фона на лежащий сверху предмет, этот предмет выглядит темнее - глаз не успел «отдохнуть». В случае темного фона утомление глаза практически не происходит.

ПРИМЕР 2.

Если разместить серые фигуры на цветном фоне, то они будут казаться окрашенными. Хроматические фигуры так же изменят свой цвет под влиянием фона. В данном случае, мы имеем дело с так называемым «одновременным хроматическим контрастом»:

Р ис. 6.4 Несколько примеров одновременного хроматического контраста

Наблюдаемый эффект объясняется утомлением колбочек. Как уже было установлено для последовательного хроматического контраста, снижение чувствительность одного или нескольких типов рецепторов приводит в появлении фантома. Таким образом, в данном случае к цвету предмета как бы добавляется цвет-фантом, дополнительный к цвету фона.

В случае одновременного хроматического контраста под влиянием фона к цвету предмета как бы добавляется некоторое количество другого цвета, являющемуся дополнительным по отношению к цвету фона

Для одновременного контраста выявлены две важные закономерности:

1. Чем больше светлота фона отличается от светлоты фигуры, тем в большей степени проявляется светлотной контраст.

2. Чем ближе светлота фона к светлоте цвета фигуры, тем сильнее проявляется хроматический контраст.

Замечено, что одновременный контраст проявляется тем сильнее, чем большую площадь занимает вызывающий его фон и чем меньше площади окрашенной фигуры. Если две фигуры имеют одинаковую площадь, то одновременный контраст проявится сильнее на фигуре с большим периметром. Если площадь фона мала, а площадь фигуры велика, то цвет изменится только по краям - будет наблюдаться так называемый «краевой контраст».