BioPhis_2

Лабораторная работа № 2

Исследование характеристик зрительного восприятия.

Последовательный и одновременный цветовые контрасты.

Цели работы: Изучение феномена последовательного цветового контраста

(возникновения последовательных образов) – изменения процесса цветоощущения после предварительной адаптации к излучению определенного спектрального состава.

Краткие теоретические сведения.

Изучение феномена последовательного цветового контраста

(возникновения последовательных образов) – изменения процесса цветоощущения после предварительной адаптации к излучению определенного спектрального состава.

Рис. 1. Горизонтальный разрез правого глаза человека

За цветовое и яркостное восприятие излучения человеческим глазом отвечают два различных типа рецепторов, называемых соответственно колбочками и палочками.

Палочки способны регистрировать только суммарную энергию света. Они являются миниатюрными аналогами – размером в несколько микрометров –

2

фотоумножителей, вырабатывающих электрический сигнал при падении на них отдельного фотона, и обладают очень 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).

Рис. 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. В наружных сегментах трёх типов колбочек (сине-, зелено- и

красночувствительных) содержатся три типа зрительных пигментов, максимумы спектров поглощения которых находятся в синей (420 нм), зеленой (531 нм) и

красной (558 нм) областях спектра (рис. 2). Красный колбочковый пигмент получил название йодопсин. Как видно из рис. 2, колбочки каждого вида поглощают в известной мере все лучи спектра. Особенно велико наложение кривых поглощения красных и зеленых лучей. Красночувствительная колбочка,

скажем, может реагировать на слабый красный свет так же, как на яркие лучи,

исходящие из зеленой области спектра.

3

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, что обеспечивает человеческому глазу пространственное разрешение вплоть до 60 линий на градус. 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.

Прежде чем наблюдатель осознает, что в глаз его попала вспышка света,

пройдет около 0,1 с. И после того, как действие светового раздражителя прекратится, восприятие света в течение короткого времени сохраняется неизменным. Это называют инерцией зрительного ощущения.

Критическая частота слияния мельканий (ЧСМ). Её величина линейно изменяется с логарифмом освещенности, к которой адаптирован глаз, и варьирует в пределах от 10 Гц при низкой освещенности до 55 Гц при высокой. Закон Ферри-

Портера: яркость кодируется частотой импульсов, генерируемых клетками сетчатки, а эта частота приблизительно пропорциональна логарифму освещенности сетчатки. Очевидно, что если вспышки света поступают в глаз чаще, чем возникают импульсы, то тогда, естественно, эти импульсы не могут нести в мозг информацию о частоте световых вспышек; в результате происходит слияние мельканий. Однако при повышении уровня освещенности частота потенциалов действия (импульсов), передающихся по зрительному нерву,

увеличивается, а поэтому возрастает и частота слияния мельканий.

Инерция зрительного ощущения обусловлена кратковременными эффектами последействия – последовательными образами. Если глаз адаптирован к темноте, а затем подвергается раздражению одиночной

4

кратковременной вспышкой яркого света, 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.

Положительный последовательный образ имеет вначале тот же цвет, что и вызвавший его раздражитель.

Если первичный яркий раздражитель будет иметь небольшие угловые размеры и после его выключения сразу появится большое белое адаптационное поле низкой освещенности, то сначала будет виден яркий положительный последовательный образ. Если теперь освещенность белого поля быстро увеличить, то сначала положительный последовательный образ сольется с окружающим фоном, а затем, когда освещенность фона достигнет большой величины, появится снова в виде темного пятна. Это темное пятно называют отрицательным последовательным образом.

Последовательный образ неподвижен относительно сетчатки. Согласно закону Эммерта, кажущаяся величина отрицательного последовательного образа прямо пропорциональна расстоянию до той поверхности, на которой он виден.

Интересно отметить, что положительный последовательный образ вначале имеет тот же цвет, что и первичный раздражитель. Однако в дальнейшем цвет претерпевает ряд изменений, которые иногда называют «переливанием цветов».

Для последовательного образа, создаваемого ярким белым раздражителем,

типична следующая смена цветов: белый, зеленый, белый, красный, красно-

фиолетовый, сине-фиолетовый, синий. Любопытно то, что, каким бы ни был цвет исходного раздражителя, последовательный образ покажется синим, перед тем как он окончательно угаснет.

При этом раздражитель больших размеров дает более яркие и более стойкие последовательные образы. Максимальная яркость положительного последовательного образа соответствует всего лишь около 0,5∙10^(-6) яркости исходного светового раздражителя.

5

Последовательные образы формируются в сетчатке, а отрицательные последовательные образы возникают в результате простого утомления сетчатки.

Одновременный цветовой контраст – явление изменения зрительного восприятия цвета какого-либо участка объекта под влиянием цвета окружающего этот участок фона. Если цвет находится в окружении хроматических цветов, то к нему как бы примешивается (по закону оптического смешения) цвет, близкий к дополнительному цвету окружения. У ахроматических цветов возникает цветовой оттенок.

Если рассматривать эффективность действия одновременного цветового контраста, учитывая положение цветов в цветовом круге, то можно сделать следующий вывод: цвета, находящиеся на концах диаметра

(взаимодополнительные), не вызывают в восприятии изменений по цветовому тону; цвета, расположенные по кругу близко друг к другу (в пределах малых интервалов), слабо контрастируют по цветовому тону. Наиболее заметно выявляют контраст по цветовому тону цвета, располагающиеся в пределах средних интервалов.

Обработка результатов эксперимента.

1. Последовательный цветовой контраст

Отрицательный последовательный образ цветного первичного стимула имеет приблизительно дополнительный цвет. Цвета, противостоящие в цветовом круге, являются дополнительными: при смешении они образуют белый цвет.

Теория подтвердилась: после наблюдения изображения красного цвета оставался синий и голубой цвета, после зеленого – розовый (пурпурный), после синего – желтый и после желтого от белого до синего и сине-фиолетового. Эти цвета являются дополнительными друг другу.

6

2. Закон изменения времени ощущения послесвечения

Время ощущения

20

18

16

14

12

10

8

6

4

2

0

Рис. 3. Графики зависимости от предъявления стимула

Можно заметить, что время послесвечения увеличивается с увеличением времени предъявления стимула. Дольше всего изображение сохранялось для самого длительного восприятия (18 с).

3. Проверка неподвижности последовательного образа относительно

сетчатки – закон Эммерта.

В ходе опыта было установлено, что кажущаяся величина образа пропорциональна расстоянию до поверхности наблюдения – на листе бумаги изображение казалось меньше, чем на стене, расположенной дальше от наблюдателя.

Последовательный образ неподвижен относительно сетчатки. Угловая величина такого образа постоянна, поэтому его кажущаяся величина соответствует проекции этого угла на видимую поверхность.

7

Одновременный цветовой контраст

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

Характеристики цвета эталона на черном фоне: 120, 120, 120 (серый)

Характеристики цвета сравнения на белом фоне: 175,175,175

При рассмотрении ахроматических цветов наблюдается незначительный одновременный цветовой контраст. Светлые цвета выглядят светлее на темном фоне (на черном фоне эталона) и темнее на более светлом (на белом фоне сравнения), однако параметры цветов достаточно близки.

2. Определить закон изменения цветовосприятия при одновременном

цветовом контрасте хроматических цветов.

Цвет стимула эталона: желтый (180, 0, 180)

Цвет фона сравнения: белый

При красном цвете фона эталона цвет объекта сравнения (180,0,241) можно заметить, что концентрация зеленого цвета уменьшилась.

При синем цвете фона цвет объекта сравнения (255, 37, 232) наблюдаем увеличение концентрации синего цвета и уменьшение зеленого

При зеленом цвете фона параметры цвета сравнения (255, 0, 236) снова наблюдаем снижение концентрации зеленого цвета. Если цвет находится в окружении хроматических цветов, то к нему как бы примешивается (по закону оптического смешения) цвет, близкий к дополнительному цвету окружения.

8

Вывод.

В ходе работы было изучено явление последовательного цветового контраста - после исчезновения стимула наблюдались дополнительные цвета.

Проведена проверка закона изменения времени ощущения послесвечения - для всех цветов время послесвечения увеличивалось с увеличением времени предъявления стимула, дольше всего изображение сохранялось для красного цвета. Была проведена проверка закона Эммерта - неподвижности последовательного образа относительно сетчатки. При рассмотрении ахроматических цветов наблюдается незначительный одновременный цветовой контраст. Светлые цвета выглядят светлее на темном фоне (на черном фоне эталона) и темнее на более светлом (на белом фоне сравнения). Если цвет находится в окружении хроматических цветов, то к нему как бы примешивается

(по закону оптического смешения) цвет, близкий к дополнительному цвету окружения.

9