биофиз_2ЛР

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Санкт-Петербургский государственный

электротехнический университет

«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)

Кафедра БТС

отчет

по лабораторной работе №2

по дисциплине «Биофизика»

Тема: Последовательный цветовой контраст

Студентки гр. 9502		Изланова А.Е. Камышанова О.А. Позняк В.Ю.
Преподаватель		Виллевальде А.Ю.

Санкт-Петербург

2021

Цель работы:

Изучение феномена последовательного цветового контраста (возникновения последовательных образов) – изменения процесса цветоощущения после предварительной адаптации к излучению определенного спектрального состава.

Основные теоретические положения:

При восприятии изображения зрительной системой человека излучение собирается хрусталиком глаза и через стекловидное тело проецируется на сетчатку (рис. 1). Там оно возбуждает чувствительные элементы – определенные нервные клетки (рецепторы), физиологическое назначение которых состоит в распознавании световых волн. В процессе функционирования этих рецепторов происходит поглощение ими излучения, и по достижении определенного порога вырабатывается импульс, который по зрительному нерву поступает в зрительный центр мозга, где с помощью пока еще до конца не понятых механизмов и происходит зрительное восприятие изображения.

Рисунок 1. Горизонтальный разрез правого глаза человека

Различают два типа рецепторов:

Палочки - способны регистрировать только суммарную энергию света, обладают высокой чувствительностью примерно в 1000 раз превышающей чувствительность колбочек.

В палочках содержится пигмент родопсин, или зрительный пурпур, максимум спектра поглощения которого находится в области 500 нанометров (нм).

Рисунок 2. Спектры поглощения зрительных пигментов колбочек

Колбочки, предназначенные для распознавания цветовой информации, объединены в триады, каждый из рецепторов в которых реагирует только на один из трех основных цветов: красный, зеленый или синий. Размер триады колбочек определяет минимальный видимый размер точки, цвет которой человек еще может различить, т.е. цветовую разрешающую способность глаза. В зависимости от степени раздражения каждой из колбочек триады создается ощущение цвета точки.

Периферийные области сетчатки глаза заполнены колбочками и палочками. Кроме того, на сетчатке выделяют две области: желтое пятно и слепое пятно. На слепом пятне нервные пути сетчатки переходят в зрительный нерв. Поскольку в этой области нервных клеток нет, то излучение, попадающее на слепое пятно, не обнаруживается. Желтое пятно расположено по центру зрительной оси и имеет угловые размеры 1–2°. Оно заполнено плотно упакованными колбочками (расстояние между ними составляет около 10 мкм), что обеспечивает человеческому глазу пространственное разрешение вплоть до 60 линий на градус. Тем не менее, на практике этот предел не достигается из-за процесса зрительного усреднения, который становится необходимым в отсутствие достаточного освещения, а также из-за ограничений, налагаемых шумами изображения.

Зрительные процессы, однако, не мгновенны, и прежде чем наблюдатель осознает, что в глаз его попала вспышка света, пройдет около 0,1 с. И наоборот, после того как действие светового раздражителя прекратится, восприятие света в течение короткого времени сохраняется неизменным. Это называют инерцией зрительного ощущения.

Критическая частота слияния мельканий (КЧСМ) — представляет собой минимальную частоту вспышек света, которая сопровождается ощущением непрерывного равномерного свечения. Величина ее линейно изменяется с логарифмом освещенности, к которой адаптирован глаз, и варьирует в пределах от 10 Гц при низкой освещенности до 55 Гц при высокой. Это так называемый закон Ферри-Портера.

Последовательные образы и субъективный цвет. Типы последовательных образов:

Инерция зрительного ощущения обусловлена кратковременными эффектами последействия – последовательными образами, которые продолжают существовать лишь долю секунды. Но если глаз адаптирован к темноте, а затем подвергается раздражению одиночной кратковременной вспышкой яркого света (например, от фары автомобиля), то слабое восприятие света в полной темноте сохраняется гораздо дольше и лишь постепенно затухает в течение 1–2 мин. Это называют длительным положительным последовательным образом.

Отрицательные последовательные образы.

Отрицательные последовательные образы дополнительного цвета довольно легко объяснить утомлением небольших участков сетчатки. Например, если первичный раздражитель зеленый, то в зеленых колбочках пигмент будет обесцвечиваться в большей степени, чем в красных или синих; поэтому они станут менее чувствительными к зеленому свету.

Таким образом, если зеленый раздражитель предшествует большему по размеру белому стимулу меньшей яркости, то та часть сетчатки, которая ранее была освещена зеленым светом, будет воспринимать белый цвет с меньшим содержанием зеленого, чем обычно. Белый без зеленого воспринимается как пурпурный; именно таким и будет цвет последовательного образа. То, что он виден на фоне более обширной белой области, где колбочки не подверглись дифференциальному обесцвечиванию, усиливает восприятие его цвета.

Последовательный цветовой контраст

Для проведения исследований необходимо задать цвет фонового изображения и тестового стимула. После адаптации (в течение заданного времени) зрительной системы к сформированному образу, изображение тестового стимула автоматически исчезает с экрана. Задачей испытуемого является описание зрительных ощущений и формирование заключения о свойствах зрительной системы.

Одновременный цветовой контраст

Феномен одновременного цветового контраста заключается в изменении процесса цветоощущения при одновременном наблюдении тестового объекта на фоне разных цветов. Для проведения исследований необходимо задать цвета фоновых изображений и тестового стимула. Задачей испытуемого является сравнение зрительных ощущений, возникающих при одновременном наблюдении обоих тестовых стимулов. С помощью специальных элементов управления рекомендуется произвести изменение цветности правого изображения до выравнивания зрительных ощущений от обеих частей зрительного образа. Проводя исследования на различных цветах фона и тестового стимула необходимо сформулировать вывод о законах изменения цветовосприятия при феномене одновременного цветового контраста.

Задание к работе:

Последовательный цветовой контраст

1. Определить закон возникновения цветового ощущения (последовательного образа).

Цвет фона: белый;

Цвет стимула: 1 – красный, 2 – зеленый, 3 – синий, 4 – желтый; определить цвет послесвечения для каждого цвета стимула.

2. Определить закон изменения времени ощущения послесвечения.

Измерить время послесвечения (при помощи секундомера) в зависимости от времени предъявления стимула на 30, 45, 60 с.

3. Проверить неподвижность последовательного образа относительно сетчатки – закон Эммерта (см. раздел «Отрицательные последовательные образы»).

Одновременный цветовой контраст

1. Определить закон изменения цветовосприятия при одновременном цветовом контрасте ахроматических цветов.

Цвет фона эталона (слева): черный;

Цвет фона сравнения (справа): белый;

Цвет стимула (объекта) эталона: серый (например, [120, 120, 120]).

Подобрать цвет стимула (объекта) сравнения, равный по ощущению эталонному стимулу.

2. Определить закон изменения цветовосприятия при одновременном цветовом контрасте хроматических цветов.

Цвет фона эталона: 1 – красный (например, [180, 0, 0]); 2 – синий (например, [0, 0, 180]); 3 – зеленый (например, [0, 0, 180]).

Цвет фона сравнения: белый;

Цвет стимула эталона: желтый (например, [180, 180, 0]).

Подобрать цвет стимула (объекта) сравнения, равный по ощущению эталонному стимулу.

Обработка результатов эксперимента:

Последовательный цветовой контраст

Опыт 1: Определение закона возникновения цветового ощущения (последовательного образа).

Цвет фона: белый;

Таблица 1. Описание цветовых ощущений

Цвет стимула	красный	зеленый	синий	желтый
Цвет образа	голубой	розовый	светло-желтый	синий

Опыт 2: Определение закона изменения времени ощущения послесвечения.

Таблица 2. Описание длительности цветовых ощущений

Продолжительность Эксперимента, с	30	45	60
Время ощущения, с	10.9	12.54	14.24

Рисунок 3. Зависимость длительности наблюдения образов от продолжительности наблюдения

Опыт 3: Проверка закона Эммерта

Размер на экране – 7 см Расстояние до экрана – 70 см

Размер на стене – 50 см Расстояние до доски– более 500 см

Составим пропорцию:

50см ∙ 70см/ 7 см = 500 см

Так как линейные размеры соответствуют, делаем вывод о сохранении углового размера последовательного образа.

Одновременный цветовой контраст

Опыт 1: Определение закона изменения цветовосприятия при одновременном цветовом контрасте ахроматических цветов.

Цвет фона эталона (слева): черный;

Цвет фона сравнения (справа): белый;

Цвет стимула эталона: [120,120,120]

Цвет стимула сравнения: [155,155,155]

Опыт 2: Определение закона изменения цветовосприятия при одновременном цветовом контрасте хроматических цветов.

Подобрать цвет стимула (объекта) сравнения, равный по ощущению эталонному стимулу.

Таблица 3. Цвет стимула при выборе различных цветов фона

Цвет фона эталона	красный [180, 0, 0]	синий [0, 0, 180]	зеленый [0, 180, 0]
Цвет стимула эталона	[202, 0, 202]	[210, 20, 210]	[215, 0, 200]

Выводы:

В ходе выполнения данной лабораторной работы, мы проверили опыты, после которых можно сделать следующие выводы:

1. При проверке закона возникновения цветового ощущения определено, что наблюдаемые цвета последовательных образов являются дополнительными цветами первичных раздражителей (красный-голубой, зеленый-пурпурный, синий-желтый), следовательно, практические результаты соответствуют теоретическим.

Эффект объясняется утомлением небольших участков сетчатки, т.е. при рассмотрении первичного раздражителя определенного заданного цвета в колбочках этого же цвета пигмент будет обесцвечиваться в большей степени, чем в колбочках других цветов, поэтому чувствительность к заданному цвету уменьшится. Таким образом та часть сетчатки, которая ранее была освещена заданным светом, будет воспринимать последующий белый стимул с меньшим содержанием заданного цвета, чем обычно. Белый без определенного цвета воспринимается как цвет, дополнительный определенному. Именно таким и будет последовательный образ.

2. При проверке закона изменения времени ощущения послесвечения определен линейный вид зависимости длительности ощущения от продолжительности наблюдения при построении графика. При времени наблюдения 30 секунд наблюдается самая короткая длительность световых ощущений, при 60 секундах – самая длинная, следовательно, практические результаты соответствуют теоретическим.

Эффект связан с длительностью адаптации зрительной системы к раздражителю и дальнейшей длительностью восстановления после утомления, т.е. чем дольше раздражитель определенного цвета воздействует на сетчатку, тем в большей степени пигмент в колбочках этого цвета обесцвечивается, и тем больше времени потребуется на их восстановление.

3) При проверке закона Эммерта определено, что кажущаяся величина отрицательного последовательного образа прямо пропорциональна расстоянию до той поверхности, на которой он виден, т.е. угловой размер последовательного образа сохраняется. Следовательно, практические результаты соответствуют теоретическим.

4) При проверке закона изменения цветовосприятия при одновременном цветовом контрасте ахроматических цветов определено, что светло-серый цвет выглядит более светлым на черном фоне ([155,155,155] вместо эталона [120,120,120]), что соответствует теории.

Эффект заключается в том, что зрительное восприятие ахроматического цвета какого-либо участка изменяется под влиянием ахроматическогоцвета окружающего этот участок фона. Таким образом светлое пятно на темном фоне кажется светлее, чем на белом, а темное на светлом – темнее, чем на темном.

5) При проверке закона изменения цветовосприятия при одновременном цветовом контрасте хроматических цветов определено, что к желтому цвету стимула примешивается цвет, близкий дополнительному цвету фона (при красном фоне – зеленый, при синем – желтый, при зеленом – красный). Следовательно, практические результаты соответствуют теоретическим.

Эффект заключается в том, что если цвет находится в окружении хроматических цветов, то к нему по закону оптического смешения примешивается цвет, близкий к дополнительному цвету окружения.

10