Теории цветового зрения

Трехкомпонентная теория цветового зрения. По Юнгу в каждой точке сетчатки глаза существуют по меньшей мере три структуры, чувствительные к красному, зеленому и фиолетовому цветам. Эта поразительная догадка была подтверждена экспериментально лишь в 1959 году (!). Сетчатка состоит из рецепторов четырех типов: палочек и трех видов колбочек (рис. 6.1). Палочки отвечают за способность видеть при слабом свете и не различают цвета. Палочковый пигмент родопсин содержит группу, называемую ретиненом, которая отщепляется при поглощении света. Человек не может целиком синтезировать ретинен в собственных клетках, и поэтому должен получать очень похожее вещество с пищей. Это вещество - витамин А, недостаток которого вызывает куриную слепоту, т.е. почти полную потерю способности видеть в сумерках.

Палочки отличаются от колбочек строением, формой и меньшими размерами. В палочках может содержаться только один пигмент, а в колбочках - один из трех различных пигментов, в соответствии с которыми колбочки условно называют “синие”, “зеленые” и “красные”. На самом деле (рис. 6.1), монохроматический свет с длинами волн, равными максимумам чувствительности разных колбочек будет: фиолетовым (430 нм), бирюзовым (530 нм) и желто-зеленым (560 нм). Однако терминология сложилась раньше, чем удалось исследовать колбочковые пигменты.

Увидим мы объект белым или цветным, определяется тем, какие из трех типов колбочек активизируются. На физиологическом уровне цвет - это результат неодинаковой стимуляции колбочек разного типа. Цвет с широким спектральным распределением будет стимулировать колбочки всех типов, и тогда ощущение окажется белым.

Четырехкомпонентная теория цветового зрения. Четырехкомпонентная теория цветового зрения долгое время представлялась оппонентной к трехкомпонентной теории. Только во второй половине 20 века выяснилось, что эти теории не исключают, а дополняют друг друга. Ибо четырехкомпонентная теория описывает процесс передачи зрительной информации уже после этапа первичного восприятия зрительными рецепторами глаза. По Эвальду Герингу (1834-1918) в системе глаз+мозг могут осуществляться четыре процесса: два для ощущения красного и зеленого, два для желтого и синего. Ощущение желтого и красного возникает в результате разложения светочувствительного вещества. Цвета зеленый и синий возникают в результате восстановления этого вещества. При смешении цветов внутри указанных пар в надлежащей пропорции, они полностью исчезают. Поэтому Геринг считал красный, желтый, синий и зеленый основными цветами.

Цветовая чувствительность глаза

Порог цветоразличения. Чувствительность глаза к изменению цветового тона неодинакова для разных цветов. Порог цветоразличения равен минимальному различию в цветовом тоне, воспринимаемому глазом. Наибольшая величина порога цветоразличения (Δλ) характерна для крайних цветов спектра. Минимальное значение Δλ лежит в двух областях: немного менее 500 нм и вблизи 590 нм. В этих областях спектра глаз способен заметить различие в цвете излучений в 1 нм. В диапазоне 430-650 нм порог цветоразличения составляет 2-3 нм. После 650 нм порог начинает резко увеличиваться, а при длине волны 700 нм уходит на бесконечность. Это значит, что любой свет с длиной волны, большей 700 нм не различается глазом по цвету и воспринимается одинаково красным. Для всего спектра число различающихся по цветовому тону цветов приблизительно равно 130. Количество различных по цветовому тону пурпурных цветов равно 20.

Порог насыщенности (чистоты цвета). Чувствительность глаза к изменению чистоты цвета также не одинакова. Наибольшее число порогов (18-19) характерно для областей, близких к границам видимого диапазона: при рассматривании синих, голубых, зеленых и красных цветов глаз замечает различия примерно в 5-6%. Для излучения желто-зеленого цвета (λ = 560-590 нм) число порогов составляет около 7, следовательно, минимально заметная глазу разница между цветами составляет около 16 %.

Порог яркости. Реакция зрения на изменение яркости света прямо пропорциональна относительному изменению яркости. Поэтому для темных цветов изменение светлоты будет визуально более заметно, чем для светлых цветов, поскольку относительное приращение светлоты будет в первом случае больше, чем во втором. Едва различимая глазом величина относительного приращения яркости (ΔВ/В) называется относительным порогом яркости. Относительный порог яркости имеет постоянное значение (1,4 %) и не зависит от цвета только в диапазоне 30-1000 кд/м². При яркости, меньшей 30 кд/м² относительный порог яркости увеличивается по-разному для разных цветов. Увеличение яркости свыше 1000 кд/м² также приводит к увеличению относительного порога яркости. Таким образом, вне указанного интервала чувствительность глаза к различиям в яркости уменьшается.