Светочувствительный аппарат глаза. Луч света, пройдя через оптические среды глаза, пронизывает сетчатку и попадает на ее наружный слой (рис. 51). Здесь находятся рецепторы зрительного анализатора. Это особые, чувствительные к свету клетки-палочки и колбочки (см. цв. табл.). Чувствительность палочек необычайно велика. Они дают возможность видеть в сумерки и даже ночью, но без различения цвета, так как возбуждаются лучами почти всего видимого спектра. Чувствительность колбочек по крайней мере в 1000 раз меньше. Они приходят в состояние возбуждения лишь при достаточно сильном освещении, но зато позволяют различать цвета.
Вследствие низкой чувствительности колбочек различение цветов к вечеру становится все более затруднительным и в конце концов исчезает.
В сетчатке человеческого глаза на площади примерно 6- 7 кв. см насчитывают около 7 млн. колбочек и около 130 млн. палочек. Распределены они в сетчатке неравномерно. В центре сетчатки, как раз против зрачка, находится так называемое желтое пятно с углублением посредине - центральной ямкой. Когда человек рассматривает деталь какого-нибудь предмета, ее изображение попадает на центр желтого пятна. В центральной ямке имеются только колбочки (рис. 52). Здесь их диаметр по крайней мере вдвое меньше, чем в других участках сетчатки, и на 1 кв. мм их количество достигает 120-140 тыс., что способствует более ясному и отчетливому видению. По мере удаления от центральной ямки на-. чинают встречаться и палочки, сначала небольшими группами, а потом все в большем количестве, а колбочек становится меньше. Так, уже на расстоянии 4 мм от центральной ямки на 1 кв. мм приходится около 6 тыс. колбочек и 120 тыс. палочек.
Рис. 51< Схема строения сетчатки.
I-.прилегающий к сетчатке край сосудистой оболочки;
II - слой пигментных клеток; III- слой палочек и колбочек; IV и V - два последовательных ряда нервных клеток, на которые переходит возбуждение с палочек и колбочек;
1 - палочки; 2 - колбочки; 3 - ядра палочек и колбочек;
4 - нервные волокна.
Рис. 52. Строение сетчатки в области желтого пятна (схема):
/ - центральная ямка; 2 - колбочки; 3 - палочки; 4 - слои нервных клеток; 5 - нервные волокна, направляющиеся к слепому пятну,
В полутьме, когда колбочки не функционируют, человек лучше различает те предметы, изображение которых попадает не на желтое пятно. Он не заметит белого предмета, если направит на него взор, так как изображение попадет на центр желтого пятна, где нет палочек. Однако предмет станет видимым, если перевести взор в сторону на 10-15°. Теперь изображение попадает на участок сетчатки, богатый палочками. Отсюда при большой фантазии может возникнуть впечатление «призрачности» предмета, его необъяснимого появления и исчезновения. На этом основаны суеверные представления о призраках, блуждающих по ночам.
При дневном свете человек хорошо различает цветовые оттенки предмета, на который он смотрит. Если же изображение попадает на периферические участки сетчатки, где мало колбочек, то различение цветов становится неотчетливым и грубым.
В палочках и колбочках, как и на фотопленке, под влиянием света происходят химические реакции, действующие как раздражитель. Возникающие импульсы приходят от каждого пункта сетчатки в определенные участки зрительной области коры больших полушарий.
Цветовое зрение. Все многообразие цветовых оттенков может быть получено путем смешения трех цветов спектра - красного, зеленого и фиолетового (или синего). Если быстро вращать диск, составленный из этих цветов, он будет казаться белым. Доказано, что цветоощущающий аппарат состоит из трех видов колбочек:
одни преимущественно чувствительны к красным лучам, другие - к зеленым, третьи - к" синим. От соотношения силы возбуждения каждого вида колбочек и зависит цветовое зрение.
Наблюдения за электрическими реакциями коры больших полушарий позволили установить, что мозг новорожденного реагирует
не только на свет, но и на цвет. Способность различать цвета была обнаружена у грудного ребенка методом условных рефлексов. Различение цветов становится все более совершенным по мере образования новых условных связей, приобретаемых в процессе игры. ^ Дальтонизм. В конце XVIII в. известный английский естество-. испытатель Джон Дальтон подробно описал расстройство цветового зрения, которым он сам страдал. Он не отличал красного цвета. от зеленого, а темно-красный казался ему серым или черным. Такое нарушение, получившее название дальтонизма, встречается примерно у 8% мужчин и очень редко у женщин. Оно передается по наследству через поколение по женской линии, иными словами, от деда к внуку через мать. Бывают и другие расстройства цветового зрения, но они встречаются очень редко. Страдающие дальтонизмом могут долгие годы не замечать своего дефекта. Иногда человек узнает о нем при проверке зрения для поступления на работу, которая требует отчетливого различения красного и зеленого цветов (например, машинистом на железнодорожном транспорте).
Ребенок, страдающий дальтонизмом, может запомнить, что этот шарик красный, а другой, побольше, зеленый. Но если дать ему два одинаковых шарика, отличающихся только по цвету (красный и зеленый), то он не сумеет их различить. Такой ребенок путает цвета при сборе ягод, на занятиях по рисованию, при подборе цветных кубиков по цветным картинкам. Видя это, окружающие, в том числе и воспитатели, обвиняют ребенка в невнимании, или обдуманной. шалости, делают ему замечания, наказывают, снижают оценку за выполненную работу. Такая незаслуженная кара может только отразиться на нервной системе ребенка, повлиять на его дальнейшее развитие и поведение. Поэтому, в тех случаях, когда ребенок путает илц долго не может усвоить те или иные цвета, его следует по-" казать врачу-специалисту, чтобы выяснить, не результат ли эта врожденного дефекта зрения.
Острота зрения. Остротой зрения называется способность глаза различать мельчайшие детали. Если лучи, исходящие от двух рядом расположенных точек, возбуждают одну и ту- же или две соседние колбочки, то обе точки воспринимаются как одна более крупная. Дл» их раздельного видения необходимо, чтобы между;
возбужденными колбочками находилась еще одна. Следовательно, максимально возможная острота зрения: зависит от толщины колбочек в центральной ямке желтого пятна. Высчитано, что угол, под которым падают на сетчатку лучи от двух точек, максимально сближенных, но видимых раздельно, равен "/во 0 , т. е. одной угловой минуте. Этот угол и принято считать за норму остроты зрения. Острота зрения несколько меняется в зависимости от силы освещения.-Однако и при одной и той же освещенности она может значительно меняться. Она увеличивается под влиянием тренировки, если, например, человеку приходится иметь дело. с тонким.различением мелких предметов. При утомлении острота зрения понижается.
Цвет - зрительное, субъективное восприятие человеком видимого света,
различий в его спектральном составе, ощущаемых глазом. У людей цветовое зрение
развито намного лучше, чем у других млекопитающих.
Свет действует на фоточувствительные рецепторы сетчатки глаза, и те, в свою очередь, вырабатывают сигнал, который передаётся в мозг. Ощущение цвета, как и всё многоступенчатое зрительное восприятие, сложным образом формируется в цепочке: глаз (экстерорецепторы и нейронные сети сетчатки) - зрительные области мозга.
При этом колбочки отвечают за восприятие цвета, палочки за сумеречное зрение.Глаз реагирует на три первичных цвета: красный, зеленый и синий. Человеческий мозг, в свою очередь, воспринимает цвет как сочетание этих трех сигналов. Если в сетчатке глаза ослаблено или исчезает восприятие одного из трёх основных цветов, то человек не воспринимает какой-то цвет. Встречаются люди, которые, например, не могут отличить красный цвет от зелёного. Так, около семи процентов мужчин и около половины процента женщин страдают такими проблемами. Полная "цветовая слепота", при которой рецепторные клетки не работают вообще, встречается крайне редко. У некоторых людей проявляются трудности ночного видения, что объясняется слабой чувствительностью палочек - наиболее высокочувствительных рецепторов сумеречного зрения. Это может быть наследственным фактором или вследствие недостатка витамина А. Однако человек приспосабливается к "цветовым расстройствам", и их практически невозможно обнаружить без специального обследования. Человек с нормальным зрением различает до тысячи различных цветов.
«Цвет – это то, что вы видите, а не то, что вы могли бы видеть»
Ральф М. Ивенс
«Цвет никогда не бывает одинок, он всегда воспринимается в окружении других цветов»
Иоханнес Иттен
Разделение проблемы цвета на физический, психофизический и психологический аспекты не является искусственным приемом. Излучение видимого света, оценка цвета стандартным наблюдателем в стандартных условиях и восприятие цвета, возникающее индивидуально и в реальных условиях, это три отдельных явления, каждое из которых подчиняется собственным законам и имеет свои специфичные отличия. Их ни в коем случае нельзя смешивать.
Восприятие и различение цветов каждым человеком определяется взаимовлиянием физиологических процессов и культурных традицией, в которых этот человек вырос, зависит от системы названий цветов в его родном языке и индивидуальных особенностей индивидуума. Видеть цвет в конкретных условиях – это сочетание внимания, целенаправленности, памяти и мотивов индивидуума. Обычный наблюдатель скажет, что лист зеленый, даже если свет, достигающий его глаз, синий. Он этого может не заметить. Художник, который смотрит через зеленую листву, скажет, что вид вдаль розоватый: он смотрел на цвет, и его адаптация на листву вызвала розоватый цвет далекого тумана. Все по-своему правы и все имеют право на свое суждение.
Восприятие цветов изменяется с возрастом, зависит от остроты зрения, от национальности человека, даже от цвета его волос и оттого, что он ел (после еды повышается чувствительность глаза к коротковолновой (синей части спектра). Правда, подобные различия относятся в основном к тонким оттенкам цвета, поэтому с некоторым допущением можно сказать, что большинство людей воспринимает основные цвета одинаково (за исключением, разумеется, дальтоников).
Дин Джадд рассчитал, что при достаточно больших вариациях условий наблюдения число воспринимаемых цветов, достигает 10 млн. Но это не все. Различие физических качеств – свойств поверхности или материала может явиться препятствием для признания их идентичности. Образ окружающего нас мира вызван бесконечными вариациями цвета и формы, создаваемыми множеством типов и качеств объектов при разных видах освещения. Кроме того, восприятие цвета зависит и от условий наблюдения: цветовой адаптации, фона, на котором рассматривается данный цвет, настроения человека, цветовых предпочтений и т.д.
Существуют понятия изолированного и неизолированного воспринимаемого цвета (рис. 12).
Рис 12. Изолированный цвет и неизолированные воспринимаемые цвета
Отличие между ними состоит в том, что изолированным считается цвет поверхности или цветного света, наблюдаемый в полностью черном окружении, неизолированным – цвет, видимый на фоне, отличающемся от черного. В первом случае наблюдатель оценивает цвет, полностью основываясь на визуальной информации от глаз (отсутствует контекст), во втором, когда вводится белый фон вокруг сравниваемых цветов, который несет информацию об источнике, он позволяет наблюдателю оценить его яркость и цвет. В этом случае цвета уже не являются изолированными. Они подвергаются воздействию соседних цветов и источника освещения.
Цвет является трехмерной величиной и для характеристики каждого из трех измерений используются субъективные цветовые характеристики (рис. 13) :
· светлота (относится к несамосветящимся объектам) – характеристика цвета, в соответствии с которой поверхность воспринимается диффузно отражающей или пропускающей большую или меньшую долю падающего света;
· цветовой тон – характеристика цвета, служащая для установления сходства данного цвета с тем или иным спектральным или пурпурным цветом, определяется наименованием красный, синий, зеленый и т.д.
· насыщенность – характеристика цвета, служащая для оценки отличия данного цвета от равного ему по светлоте ахроматического цвета.
Рис. 13 Иллюстрация изменения одной из трех цветовых характеристик: светлоты, цветового тона и насыщенности.
Ощущение цвета в некоторой степени зависит от всех его характеристик, поэтому все параметры цвета следует анализировать в тесной взаимосвязи. Насыщенность и светлота несамосветящихся предметов взаимосвязаны, так как усиление избирательного спектрального поглощения при увеличении количества (концентрации) красителя всегда сопровождается уменьшением интенсивности отражённого света, что вызывает ощущение уменьшения светлоты. Так, роза более насыщенного пурпурного цвета воспринимается более тёмной, чем роза с таким же, но менее выраженным цветовым тоном.
Следует детально остановиться на законах восприятия света и цвета, так они играют огромное значение в цветовом проектировании.
Законы восприятия света и цвета (закон Вебера-Фехнера, адаптация, константность, контраст) обусловлены тем, что все анализаторы человека (в том числе и глаза), при помощи которых энергия адекватного раздражителя трансформируется в процесс нервного возбуждения и, в конечном счете, приводит к формированию ощущения, обладают рядом психофизиологических или психофизических свойств. Эти свойства подробно рассмотрены:
1. Чрезвычайно высокая чувствительность к адекватным раздражителям . Количественной мерой чувствительности является пороговая интенсивность , то есть наименьшая интенсивность раздражителя, воздействие которого дает ощущение. Чем ниже пороговая интенсивность, или, просто порог , тем выше чувствительность.
2. Дифференциальная или контрастная чувствительность. Все анализаторы обладают способностью устанавливать различие по интенсивности между раздражителями. Главное – наличие количественного взаимоотношения между интенсивностью ощущения и интенсивностью раздражителя. В ряде экспериментов (1830–1834 гг.) Э. Вебер показал, что воспринимается не абсолютный, а относительный прирост силы раздражителя (света, звука, груза, давящего на кожу, и т.п.), то есть, DI/ I = const. Видимый порог составляет постоянную часть раздражителя. Если увеличивается интенсивность раздражителя – растет порог. На основе этих наблюдений Г. Фехнер в 1860 году сформулировал «основной психофизический закон», по которому интенсивность наших ощущений L пропорциональна логарифму интенсивности раздражителя I : L = k log I/I 0 , где I 0 – граничное значение интенсивности раздражителя.Закон Вебера-Фехнера при описании восприятия яркости светасоблюдается в небольшом интервале яркостей и определяет соотношение между светлотой и яркостью в наиболее благоприятных условиях наблюдения. Если, например, уменьшить резкость границы между сравниваемыми участками, порог возрастет. Известно, что в сумерках, когда освещенности низки, яркости предметов различаются хуже, чем при средних освещенностях, и порог, следовательно, тоже возрастает. В условиях слишком больших яркостей объекты оказывают на глаз слепящее действие, и порог опять увеличивается. Для яркостей, которые находятся на краях диапазона воспринимаемых яркостей, порог значительно больше. Контрастная чувствительность глаза имеет максимум при яркости адаптации .
Цвет одно из свойств объектов материального мира, воспринимаемое как зрительное ощущение. Зрительные ощущения возникают под действием на органы зрения света электромагнитного излучения видимого диапазона спектра. Диапазон длины волны зрительных ощущений (цвета) находится в пределах 380-760 мкм. Физические свойства света тесно связаны со свойствами вызываемого ими ощущения: с изменением мощности света меняется яркость цвета излучателя или светлота цвета окрашенных поверхностей и сред. С изменением длины волны меняется цветность, которая идентична с понятием цвета, ее мы определяем словами «синий», «желтый», «красный», «оранжевый» и пр.
Характер ощущения цвета зависит как от суммарной реакции чувствительных к цвету рецепторов глаза человека, так и от соотношения реакций каждого из трех типов рецепторов. Суммарная реакция чувствительных к цвету рецепторов глаза определяет светлоту, а соотношение ее долей цветность (цветовой тон и насыщенность). Характеристиками цвета являются цветовой тон, насыщенность и яркость или светлота.
А.С.Пушкин определил цвет как «очей очарованье», а ученый Шредингер как «интервал излучений в световом диапазоне, который глаз воспринимает одинаково и определяет как цвет словами “красный”, “зеленый”, “синий” и т.д.».
Таким образом, глаз интегрирует (суммирует) определенный интервал световых излучений и воспринимает их как единое целое. Ширина этого интервала зависит от множества факторов, в первую очередь от уровня адаптации глаза.
Цвет как феномен зрения и объект изучения
Цвет деяние света,
деяние и страдательные состояния.
И.В.Гёте
Цвет сообщает вещам и явлениям форму, объем и эмоциональность при их восприятии. У большинства биологических видов световые рецепторы локализованы в области сетчатки глаза. Усложнение светового анализатора происходило по мере развития биологической линии. Высшее достижение природы зрение человека.
С возникновением цивилизации роль цвета возросла. Искусственные источники света (излучатели с ограниченным спектром электромагнитного излучения энергии) и краски (чистый бесконечный цвет) можно рассматривать как искусственные средства синтеза цвета.
Человек всегда пытался овладеть способностью влиять на свое душевное состояние через цвет и использовать цвет для создания комфортной среды обитания, а также в различных изображениях. Первые способы применения цвета в ритуальной практике связаны с их символической функцией. Позже с помощью цветов стали отображать воспринимаемую реальность и визуализировать абстрактные понятия.
Наивысшим достижением в овладении цветом является изобразительное искусство, использующее экспрессивные, импрессивные и символические цвета.
Глаз и ухо человека воспринимают излучения по-разному
По гипотезе Юнга-Гельмгольца наши глаза обладают тремя независимыми светочувствительными рецепторами, реагирующими соответственно на красный, зеленый и синий цвета. Когда окрашенный свет попадает в глаз, эти рецепторы возбуждаются в соответствии с интенсивностью действующего на них цвета, содержащегося в наблюдаемом свете. Любая комбинация возбужденных рецепторов вызывает определенное цветовое ощущение. Области чувствительности трех этих рецепторов частично перекрываются. Поэтому одно и то же цветовое ощущение может быть вызвано различными комбинациями окрашенных световых излучений. Глаз человека постоянно суммирует раздражения, и конечным результатом восприятия оказывается суммарное действие. Необходимо также отметить, что человеку очень трудно, а иногда и невозможно определить, видит он источник света или объект, отражающий свет.
Если глаз можно считать совершенным сумматором, то ухо является совершенным анализатором и обладает фантастической способностью разлагать и анализировать колебания, образующие звук. Ухо музыканта без малейшего затруднения различает, на каком инструменте берется определенная нота, например на флейте или на фаготе. Каждый из этих инструментов имеет четко выраженный, свой тембр. Однако если звуки этих инструментов подвергнуть анализу с помощью соответствующего акустического устройства, то обнаружится, что комбинации обертонов, испускаемые этими инструментами, незначительно отличаются друг от друга. На основе только приборного анализа сложно безошибочно сказать, с каким инструментом мы имеем дело. На слух инструменты различаются безошибочно.
По своей чувствительности глаз и ухо значительно превосходят самые современные электронные устройства. При этом глаз сглаживает мозаичность структуры света, а ухо различает шорохи (вариации тона).
Если бы глаз был таким же анализатором, как и ухо, то, например, белая хризантема представлялась бы нам хаосом цветов, фантастической игрой всех цветов радуги. Объекты представали бы перед нами в различных оттенках (тембрах цвета). Зеленый бере т и зеленый лист, которые обычно кажутся нам одинакового зеленого цвета, были бы окрашенными в различные цвета. Дело в том, что глаз человека дает одно и то же ощущение зеленого цвета от различных комбинаций исходных окрашенных световых пучков. Гипотетический глаз, обладающий аналитической способностью, немедленно обнаружил бы эти различия. Но реальный глаз человека суммирует их, а одна и та же сумма может иметь множество различных слагаемых.
Известно, что белый свет состоит из целой гаммы цветов спектров излучения. Мы называем его белым потому, что глаз человека не в состоянии разложить его на отдельные цвета.
Поэтому в первом приближении можно считать, что объект, например красная роза, имеет такую окраску потому, что отражает только красный цвет. Какой-то другой предмет, например зеленый лист, видится зеленым потому, что выделяет из белого света зеленый цвет и отражает только его. Однако на практике ощущение цвета связано не только с избирательным (селективным) отражением (пропусканием) объектом падающего или излучаемого света. Воспринимаемый цвет сильно зависит от цветового окружения объекта, а также от сущности и состояния воспринимающего.
Цвет можно только видеть
Когда человек не имеет отношения к видению, вещи выглядят в основном одними и теми же в то время, когда он смотрит на мир. С другой стороны, когда он научится видеть, ничто не будет выглядеть тем же самым все то время, что он видит эту вещь, хотя она остается той же самой.
Карлос Кастанеда
Цвета, являющиеся результатом действия физических световых стимулов, обычно видятся по-разному при различном составе стимула. Однако цвет зависит также от целого ряда других условий, таких как уровень адаптации глаза, структура и степень сложности поля зрения, состояние и индивидуальные особенности смотрящего. Количество возможных комбинаций из отдельных стимулов мозаичности излучений света значительно больше количества различных цветов, которое приблизительно оценивается в 10 млн.
Из этого следует, что любой воспринятый цвет может быть генерирован большим числом стимулов с различным спектральным составом. Это явление называется метамеризм цвета. Так, ощущение желтого цвета может быть получено под действием либо монохроматического излучения с длиной волны около 576 нм, либо сложного стимула. Сложный стимул может состоять из смеси излучения с длиной волны более 500 нм (цветная фотография, полиграфия) или из сочетания излучения с длиной волны, соответствующей зеленому либо красному цветам, при этом желтая часть спектра полностью отсутствует (телевидение, монитор компьютера).
Как человек видит цвет, или Гипотеза C (B+G) + Y (G+R)
Человечеством создано много гипотез и теорий о том, как человек видит свет и цвет, некоторые из которых были рассмотрены выше.
В этой статье сделана попытка на базе изложенных выше технологий цветоделения и печати, применяемых в полиграфии, дать объяснение цветовому зрению человека. В основе гипотезы лежит положение о том, что глаз человека не является источником излучения, а работает как окрашенная поверхность, освещаемая светом, и спектр света разделен на три зоны синюю, зеленую и красную. Сделано допущение, что в глазу человека имеется множество приемников света одного типа, из которых состоит мозаичная поверхность глаза, воспринимающая свет. Принципиальная структура одного из приемников показана на рисунке.
Приемник состоит из двух частей, работающих как единое целое. Каждая из частей содержит пару рецепторов: синий и зеленый; зеленый и красный. Первая пара рецепторов (синий и зеленый) завернута в пленку голубого цвета, а вторая (зеленый и красный) в пленку желтого цвета. Эти пленки работают как светофильтры.
Рецепторы связаны между собой проводниками световой энергии. На первом уровне синий рецептор связан с красным, синий с зеленым, а зеленый с красным. На втором уровне эти три пары рецепторов связаны в одной точке («соединение звездой», как при трехфазном токе).
Схема работает по следующим принципам:
Голубой светофильтр пропускает синие и зеленые лучи света и поглощает красные;
Желтый светофильтр пропускает зеленые и красные лучи и поглощает синие;
Рецепторы реагируют только на одну из трех зон спектра света на синие, зеленые или красные лучи;
На зеленые лучи реагируют два рецептора, которые находятся за голубым и желтым светофильтрами, поэтому чувствительность глаза в зеленой зоне спектра выше, чем в синей и красной (это соответствует экспериментальным данным о чувствительности глаза;
В зависимости от интенсивности падающего света в каждой из трех связанных между собой пар рецепторов возникнет энергетический потенциал, который может быть положительным, отрицательным или нулевым. При положительном или отрицательном потенциале пара рецепторов передает информацию об оттенке цвета, в котором преобладает излучение одной из двух зон. Когда энергетический потенциал создан только за счет световой энергии одного из рецепторов, то должен воспроизводиться один из однозональных цветов синий, зеленый или красный. Нулевой потенциал соответствует равным долям излучений каждой из двух зон, что дает на выходе один из двухзональных цветов: желтый, пурпурный или голубой. Если все три пары рецепторов имеют нулевой потенциал, то должен воспроизводиться один из уровней серого (от белого до черного) в зависимости от уровня адаптации;
Когда энергетические потенциалы в трех парах рецепторов разные, то в точке серого должен воспроизводиться цвет с преобладанием одного из шести цветов синего, зеленого, красного, голубого, пурпурного или желтого. Но этот оттенок будет или разбеленным, или зачерненным, в зависимости от общего уровня световой энергии для всех трех рецепторов. Таким образом, воспроизведенный цвет будет всегда содержать ахроматическую составляющую (уровень серого). Этот уровень серого, усредненный для всех приемников глаза, и будет определять адаптацию (чувствительность) глаза к условиям восприятия;
Если в большинстве приемников глаза в течение долгого времени возникают небольшие энергетические потенциалы (соответствующие слабым оттенкам цвета или слабохроматическим цветам, близким к ахроматическим), то они будут выравниваться и дрейфовать к серому или к преобладающему памятному цвету. Исключением являются случаи, когда используется сравнительный эталон цвета или эти потенциалы соответствуют памятному цвету;
Нарушения в цвете фильтров, в чувствительности рецепторов или в проводимости цепей будут приводить к искажению восприятия световой энергии, а следовательно, к искажению воспринимаемого цвета;
Сильные энергетические потенциалы, возникающие при длительном воздействии световой энергии большой мощности, могут вызвать восприятие дополнительного цвета при переводе взгляда на серую поверхность. Дополнительные цвета: к желтому синий, к пурпурному зеленый, к голубому красный и наоборот. Эти эффекты возникают вследствие того, что должно произойти быстрое выравнивание энергетического потенциала в одной из трех точек схемы.
Таким образом, при помощи простой энергетической схемы, включающей три разных рецептора, один из которых дублируется, и два пленочных светофильтра, можно моделировать восприятие любого оттенка окрашенного спектра света, который видит человек.
В данной модели восприятия цвета человеком учитывается только энергетическая составляющая спектра света и не принимаются в расчет индивидуальные особенности человека, его возраст, профессия, эмоциональное состояние и многие другие факторы, которые влияют на восприятие света.
Цвет без света
Открыла мне моя душа и научила прикасаться к тому, что не облеклось плотью и не кристаллизовалось. И позволила она уразуметь, что чувственное есть половина мысленного и то, что мы держим в руках, часть вожделенного нами.
Дж. Х. Джебран
Цвет возникает в результате восприятия глазом светового электромагнитного излучения и преобразования информации об этом излучении человеческим мозгом. Хотя и считается, что электромагнитное световое излучение единственный возбудитель ощущения цвета, но цвет можно увидеть и без непосредственного воздействия света цветовые ощущения свободно могут возникать в мозге человека. Пример цветные сны или галлюцинации, вызванные воздействием на организм химических веществ. В абсолютно темном помещении мы видим перед глазами разноцветное мерцание, словно наше зрение вырабатывает в отсутствие внешних стимулов какие-то случайные сигналы.
Следовательно, как уже было замечено, цветовой стимул определен как адекватный стимул восприятия цвета или света, но он не единственно возможный.
Чтобы видеть, нам нужен свет. Это положение может показаться слишком очевидным, чтобы заслуживать упоминания, однако оно не всегда было столь банальным. Платон думал, что зрительное восприятие существует не потому, что свет проникает в глаз, а потому, что частицы, исходящие из глаз, обволакивают окружающие предметы. Трудно представить себе теперь, почему Платон не попытался разрешить проблему с помощью простых экспериментов. Хотя для философов вопрос о том, каким образом мы видим, всегда был излюбленной темой размышлений и теоретических построений, только за последнее столетие эта проблема стала предметом систематических исследований; это довольно странно, поскольку все научные наблюдения зависят от показаний человеческих органов чувств и главным образом от зрения.
В течение последних 300 лет существовали две соперничавшие теории относительно природы света. Исаак Ньютон (1642-1727) считал, что свет - это поток частиц, в то время как Христиан Гюйгенс (1629-1695) утверждал, что свет представляет собой, по всей видимости, колебание небольших эластичных сферических образований, соприкасающихся друг с другом и перемещающихся во всепроникающей среде - эфире. Любое возмущение этой среды, как он считал, будет распространяться во всех направлениях в виде волны, а эта волна и есть свет.
Полемика относительно природы света - одна из наиболее впечатляющих и интересных в истории науки. Основным вопросом на ранних стадиях дискуссии был вопрос о том, распространяется ли свет с определенной скоростью или он достигает цели мгновенно. Ответ на этот вопрос был получен совершенно неожиданно датским астрономом Рёмером (1644-1710). Он изучал затмение четырех ярких спутников, вращающихся вокруг Юпитера, и обнаружил, что периоды между затмениями нерегулярны и зависят от расстояния между Юпитером и Землей.
В 1675 г. он пришел к заключению, что этот факт определяется временем, которое требуется, чтобы свет, исходящий от спутников Юпитера, достиг глаза экспериментатора; время возрастает с увеличением расстояния вследствие ограниченной скорости света. Действительно, расстояние от Земли до Юпитера равно примерно 299 274000 км - это в два раза больше, чем расстояние от Земли до Солнца; наибольшая временная разница, которую он наблюдал, равнялась 16 мин. 36 сек. -на этот отрезок времени раньше или позже, чем полагалось по расчету, начиналось затмение спутников. На основании несколько ошибочной оценки расстояния до Солнца он подсчитал, что скорость света равна 308 928 км/сек. Современные знания о диаметре земной орбиты позволяют нам уточнить эту величину и считать ее равной 299 274 км/сек, или Зх10 10 см/сек. Скорость света, таким образом, на небольших расстояниях от Земли измеряется очень точно, и теперь мы рассматриваем ее как одну из основных констант Вселенной.
Вследствие ограниченной скорости света и определенной задержки нервных импульсов, поступающих я мозг, мы всегда видим прошлое. Наше восприятие Солнца запаздывает на 8 мин.; всем известно, что наиболее отдаленный из видимых невооруженным глазом объектов - туманность Андромеды уже больше не существует и то, что мы видим, происходило за миллион лет до появления человека на Земле.
Скорость света, равная Зх10 10 см/сек, строго сохраняется только в полном вакууме. Когда свет проходит через стекло или воду или какую-нибудь другую пропускающую свет среду, его скорость уменьшается в соответствии с показателем преломления света (приблизительно в соответствии с плотностью этой среды). Это замедление скорости света исключительно важно, так как именно благодаря этому свойству света призма преломляет свет, а линзы создают изображение. Закон преломления (отклонение луча света в зависимости от изменения показателя преломления) был впервые установлен Снеллиусом, профессором математики, в Лейдене в 1621 году. Снеллиус умер в возрасте 35 лет, оставив свои работы неопубликованными. Декарт сформулировал Закон преломления одиннадцать лет спустя. Закон преломления гласит:
«При переходе света из среды А в среду В отношение синуса угла падения к синусу угла преломления света является константою».
Мы можем видеть, как это происходит, из простой диаграммы (рис. 2, 3): если АВ - луч, проходящий через плотную среду в вакуум (или воздух), то он появится в воздухе под углом i по линии BD.
Закон гласит, что sin i/sin r является постоянной величиной. Эта константа и есть индекс рефракции, или показатель преломления, обозначенный v.
Ньютон думал, что частицы света (корпускулы) притягиваются к поверхности плотной среды, Гюйгенс полагал, что преломление возникает вследствие того, что скорость света уменьшается в плотной среде. Эти предположения были высказаны задолго до того, как французский физик Фуко доказал прямыми измерениями, что скорость света в плотной среде действительно уменьшается. Некоторое время считали, что корпускулярная теория света Ньютона совершенно ошибочна и что свет - это только ряды волн, проходящих через среду, эфир; однако начало нынешнего столетия ознаменовалось важным доказательством того, что волновая теория света не объясняет всех световых явлений. Теперь считается, что свет - это и частицы и волны.
Свет состоит из единиц энергии - квантов. Они соединяют в себе свойства и частиц и волн. Коротковолновый свет содержит большее количество волн в каждом пучке, чем длинноволновый. Этот факт находит свое отражение в правиле, согласно которому энергия одного кванта является функцией частоты, иначе говоря, E = hv, где Е - это энергия в эрг/ сек; h - небольшая постоянная величина (константа Планка), а υ частота излучения.
Когда свет преломляется призмой, каждая частота отклоняется под несколько иным углом, так что из призмы пучок света выходит в виде веера лучей, окрашенных во все цвета спектра. Ньютон открыл, что белый свет состоит из всех цветов спектра, разложив солнечный луч на спектр и затем обнаружив, что он может вновь смешать цвета и получить белый свет, если пропускать спектр через вторую сходную призму, установленную в обратном положении.
Ньютон обозначил семь цветов своего спектра следующим образом: красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий, фиолетовый. Никто в действительности не видит синий цвет в чистом виде, еще более сомнителен оранжевый. Подобное деление спектра на цвета объясняется тем, что Ньютон любил число 7, и он добавил оранжевый и синий, чтобы получить магическую цифру!
Теперь мы знаем то, чего не знал Ньютон, а именно, что каждый спектральный цвет, или оттенок, является светом определенной частоты. Мы знаем также, что так называемое электромагнитное излучение, по существу, ничем не отличается от светового. Физическое различие между радиоволнами, инфракрасным светом, видимым светом, ультрафиолетовыми и рентгеновскими лучами состоит в их частоте. Только очень узкий диапазон этих частот возбуждает глаз и дает изображение и ощущение цвета. Диаграмма (рис. 2, 5) показывает, как узка эта полоса в физической картине волн. Взгляните на этот рисунок, ведь мы почти слепы!
Если нам известна скорость света и его частота, то легко подсчитать длину волны, однако в действительности частоту света трудно измерить непосредственно. Легче измерить длину световых волн, чем их частоту, хотя это не относится к низкочастотным радиоволнам. Длина световой волны измеряется путем расщепления света не с помощью призмы, а с помощью специальной решетки из тонких тщательно начерченных по определенным правилам линий, в результате чего также возникают цвета спектра. (Это можно видеть, если держать диск светового поляризатора наклонно, под тупым углом к источнику света: тогда отражение будет состоять из ярких цветов.) Если даны расстояния между линиями, нанесенными по определенному образцу и составляющими решетку, и угол, благодаря которому возникает пучок света данного цвета, то длина волны может быть определена очень точно. Подобным путем можно установить, что голубой свет имеет длину волны приблизительно 1/100 000 см, в то время как длина волны красного света равна 1/175 000 см. Длина световой волны важна для установления границ разрешающей способности оптических инструментов.
Мы не можем невооруженным глазом видеть один квант света, тем не менее рецепторы сетчатки настолько чувствительны, что они могут стимулироваться одним квантом света. Однако, чтобы получить ощущение вспышки света, необходимо несколько (от пяти до восьми) квантов света. Отдельные рецепторы сетчатки настолько чувствительны, насколько это вообще возможно для какого-либо детектора света, поскольку квант - это наименьшее количество лучистой энергии, которое вообще может существовать. К сожалению, прозрачные проводящие среды глаза далеки от совершенства и скрадывают возможности сетчатки воспринимать свет. Только около 10% света, поступающего в глаз, достигают рецепторов, остальное теряется вследствие поглощения и расщепления внутри глаза прежде, чем свет достигнет сетчатки. Несмотря на эти потери, оказывается возможным при идеальных условиях видеть одну свечу на расстоянии 27 353 м.
Идея квантовой природы света имеет важное значение для понимания зрительного восприятия; эта идея вдохновила на ряд изящных экспериментов, направленных на выяснение физических свойств света и его восприятия глазом и мозгом. Первый эксперимент, посвященный изучению квантовой природы света, был проведен тремя физиологами - Гехтом, Шлером и Пиренном в 1942 г. Их работа является сейчас классической. Предполагая, что глаз должен обладать почти или целиком такой же чувствительностью, как это теоретически возможно, они задумали очень остроумный эксперимент, чтобы выяснить, сколько квантов света должно быть воспринято рецепторами, чтобы мы увидели вспышку света. Доказательство основывалось на использовании распределения Пуассона. Оно описывает ожидаемое распределение попаданий в цель. Идея состоит в том, что по крайней мере частично изменения чувствительности глаза во времени связаны не с состоянием самого глаза или нервной системы, а с колебаниями энергии слабого светового источника. Вообразите беспорядочный поток пуль, они не будут попадать в цель с постоянной скоростью, скорость будет варьировать, сходным образом наблюдаются колебания и в количестве квантов света, которые достигают глаза. Данная вспышка может содержать малое или большое число квантов света, и вероятность обнаружить ее будет тем выше, чем больше она превышает среднее число квантов во вспышке. Для яркого света этот эффект несуществен, однако, поскольку глаз чувствителен и к нескольким квантам, колебания энергии света важно учитывать при минимальных величинах этой энергии, необходимых для возникновения ощущения.
Представление о квантовой природе света важно также и для понимания способности глаза выделять тонкие детали. Одна из причин, почему мы можем читать при свете луны только крупный газетный шрифт, состоит в том, что количество квантов, попадающих на сетчатку, недостаточно, чтобы создать полный образ за тот короткий промежуток времени, который требуется глазу, чтобы интегрировать энергию, - это число порядка одной десятой секунды. В действительности это еще не все, что может быть сказано по этому поводу; чисто физический фактор, обусловленный квантовой природой света, способствует появлению хорошо известного зрительного феномена - ухудшению остроты зрения при тусклом свете. До последнего времени это явление трактовалось исключительно как свойство глаза. В самом деле часто довольно трудно установить, следует ли относить тот или иной зрительный феномен к области психологии, физиологии или физики.
Как возникают изображения? Проще всего изображение может быть получено с помощью булавочного отверстия. Рисунок показывает, как это делается. Луч от части предмета х может достигнуть только одной части экрана у - той части, которая расположена на прямой линии, проходящей через булавочное отверстие. Каждая часть предмета освещает соответствующую часть экрана, так что на экране создается перевернутое изображение предмета. Полученное с помощью булавочного отверстия изображение будет довольно тусклым, потому что для четкого изображения нужно еще меньшее отверстие (хотя, если отверстие слишком мало, изображение будет расплывчатым, поскольку нарушается волновая структура света).
Линза фактически представляет собой пару призм. Они направляют поток света от каждой точки объекта к соответствующей точке экрана, давая, таким образом, яркое изображение. В отличие от булавочного отверстия, линзы хорошо работают только тогда, когда соответствующим образом подобраны и правильно установлены. Хрусталик может быть неправильно настроен и не соответствовать глазу, в котором он находится. Хрусталик может фокусировать изображение спереди или сзади сетчатки, вместо того чтобы фокусировать его на самой сетчатке, что приводит к появлению близорукости или дальнозоркости. Поверхность хрусталика может быть недостаточно сферической и вызывать искажение или нарушение четкости изображения. Роговица может быть неправильной формы или иметь изъяны (возможно, вследствие повреждения металлической стружкой на производстве или песчинкой при вождении машины без предохранительных очков). Эти оптические дефекты могут быть скомпенсированы с помощью искусственных линз - очков. Очки исправляют дефекты аккомодации, изменяя силу хрусталика; они корригируют астигматизм, добавляя несферический компонент. Обычные очки не могут исправить дефекты поверхности роговицы, однако, новые роговичные линзы, установленные на самом глазу, образуют новую поверхность роговицы.
Очки удлиняют нашу активную жизнь. С их помощью мы можем читать и выполнять сложную работу в старости. До их изобретения работники умственного и физического труда становились беспомощными вследствие недостатков зрения, хотя они были еще сильны разумом.
Используемая литература: Р. Л. Грегори
Глаз и мозг. Психология зрительного восприятия: Л.Р. Грегори
под ред. Э. Пчелкина, С. Елинсон.-м. 1970 г.
Скачать реферат: У вас нет доступа к скачиванию файлов с нашего сервера.