Восприятие цветов глазом. Трехкомпонентная теория цветового зрения
Глаз воспринимает свет и цвет с помощью колбочек и палочек.
Палочки
(ок. 130 млн.): под действием света молекулы
родопсина распадаются на ионы
(диссоциация), при этом выделяется
электрический импульс. Как только
действие света прекращается, молекулы
родопсина вновь образуются из ионов
(рекомбинация). Для начала химической
реакции достаточно нескольких фотонов
(
)
По спектральной чувствительности все
палочки одинаковы, т.е. не способны
воспринимать цвет.
Колбочки (ок. 7 млн.): имеют вещество иодопсин. Есть три вида колбочек с разным составом иодопсина, которые имеют чувствительность к разным цветам. Молекулы иодопсина также распадаются под действием света и собираются при окончании его воздействия. Чувствительность колбочек намного меньше.
Палочки и колбочки распределены по сетчатке неравномерно. Основная часть палочек расположена вблизи ямки на сетчатке у центральной оси глаза. Палочки и колбочки перемешаны на сетчатке.
Трёхсоставную теорию цветового зрения впервые высказал в 1756 году М. В. Ломоносов, когда он писал «о трёх материях дна ока». Сто лет спустя её развил немецкий учёный Г. Гельмгольц, который не упоминает известной работы Ломоносова «О происхождении света», хотя она была опубликована и кратко изложена на немецком языке.
Параллельно существовала оппонентная теория цвета Эвальда Геринга. Её развили Дэвид Хьюбел (David H. Hubel) и Торстен Визел (Torsten N. Wiesel). Они получили Нобелевскую премию 1981 года за своё открытие.
Они предположили, что в мозг поступает информация вовсе не о красном (R), зелёном (G) и синем (B) цветах (теория цвета Юнга-Гельмгольца,). Мозг получает информацию о разнице яркости — о разнице яркости белого (Ymax) и чёрного (Ymin), о разнице зелёного и красного цветов (G-R), о разнице и синего и жёлтого цветов (B-yellow), а жёлтый цвет (yellow=R+G) есть сумма красного и зелёного цветов, где R, G и B — яркости цветовых составляющих, красного R, зелёного G, и синего B. Имеем систему уравнений: Kч-б=Ymax-Ymin; Kgr=G-R; Kbrg=B-R-G, где Kч-б, Kgr, Kbrg — функции коэффициентов баланса белого для любого освещения.
Оппонентная теория в целом лучше объясняет тот факт, что люди воспринимают цвет предметов одинаково при чрезвычайно разных источниках освещения (цветовая адаптация), в том числе при различном цвете источников света в одной сцене.
Эти две теории не вполне согласованы друг с другом. Но несмотря на это, до сих пор предполагают, что на уровне сетчатки действует трёхстимульная теория, однако информация обрабатывается и в мозг поступают данные, уже согласующиеся с оппонентной теорией.
Спектральная чувствительность глаза, спектральные зоны
Если каждую группу колбочек раздражать по отдельности то в сознании человека будут возникать ощущения насыщенного синего, зеленого и красного цветов. Если же их раздражать попарно, то будут возникать ощущения желтых, оранжевых, голубых, либо фиолетовых и пурпурных цветов.
Если одновременно и одинаково раздражать все три группы колбочек, то в сознании возникнет ощущение белого или серых цветов.
Спектральная чувствительность глаза:
– коэффициент относительной спектральной
чувствительности глаза
– абсолютная спектральная чувствительность
излучения с длиной волны λ
На спектральную чувствительность глаза оказывает влияние резкое изменение уровня освещенности, которое в естественных условиях можно наблюдать после захода и перед восходом Солнца. Например, во время захода Солнца происходит постепенное изменение аппарата зрения от колбочкового, которое описывается кривой 1, до палочкового, характеризующегося кривой 2, кривая спектральной чувствительности смещается в сторону коротких длин волн, а ее максимум — с 555 нм до 507 нм.
Изменение спектральной чувствительности глаза обусловливает ряд специфических явлений, к которым относится, в первую очередь, эффект Пуркинье, названный по имени чешского ученого Пуркинье (1787-I869 гг.), открывшего это явление в 1823 г. Сущность эффекта заключается в том, что красная и синяя поверхности, которые днем кажутся примерно одинаково светлыми (в качестве примера обычно ссылаются на красный мак и голубой василек), ночью воспринимаются по-разному: синяя — намного светлее красной, а красная — совершенно черной.
Кривая относительной спектральной чувствительности глаза является одной из основных характеристик светотехники, ее используют во всех определениях, световых и цветовых расчетах и определениях.
Центральные зоны - это зоны спектра, в которых работают каждая из групп
колбочек:
Синяя зона: 380 - 485 нм. (фиолетовое, синее, голубое)
Зеленая зона: 485 - 585 нм. (голубое, зеленое, желтое)
Красная зона: 585 - 770 нм. (оранжевая красная)