Біофізика колірного зору | Довідник школяра – кращі шкільні уроки по всім предметам

Біофізика колірного зору

ПЛАН РЕФЕРАТУ

Цвіт і вимір цвіту

Феноменологія цветовосприятия

Змішання квітів

Трихроматичность

Теорії колірного зору

Трикомпонентна теорія колірного зору

Теорія оппонентних квітів

Зонна теорія

Порушення колірного зору

Аномалії колірного зору

Дихромати

Повна колірна сліпота

Порушення паличкового апарата

Діагностика порушень колірного зору  

ЦВІТ І ВИМІР ЦВІТУ

Різні феномени колірного зору особливо ясно показують, що зорове сприйняття залежить не тільки від виду стимулів і роботи рецепторів, але також і від характеру переробки сигналів у нервовій системі. Різні ділянки видимого спектра здаються нам по-різному пофарбованими, причому відзначається безперервна зміна відчуттів при переході від фіолетового й синього через зелений і жовтий кольори - до червоного. Разом з тим ми можемо сприймати цвіту, відсутні в спектрі, наприклад, пурпурний тон, що виходить при змішанні червоної й синьої квіток. Зовсім різні фізичні умови зорової стимуляції можуть приводити до ідентичного сприйняття цвіту. Наприклад, монохроматичний жовтий цвіт неможливо відрізнити від певної суміші чисто зеленого й чисто червоного.

Феноменологію цветовосприятия описують закони колірного зору, виведені за результатами психофізичних експериментів. На основі цих законів за період більше 100 років було розроблено кілька теорій колірного зору. І тільки в останні 25 років або біля того з’явилася можливість безпосередньо перевірити ці теорії методами електрофизиологии шляхом реєстрації електричної активності одиночних рецепторів і нейронів зорової системи.

Феноменологія цветовосприятия

Зоровий мир людини з нормальним колірним зором надзвичайно насичений колірними відтінками. Людина може розрізняти приблизно 7 мільйонів різних колірних відтінків. Зрівняєте - у сітківці ока налічується теж близько 7 мільйонів колбочек. Втім, гарний монітор у стані відобразити близько 17 мільйонів відтінків (точніше, 16′777′216) .

Весь цей набір можна розбити на два класи - хроматичні й ахроматичні відтінки. Ахроматичні відтінки утворять природну послідовність від самого яскравого білого до глибокого чорного, котрий відповідає відчуттю чорного в явищі одночасного контрасту (сіра фігура на білому тлі здається темніше, ніж та ж сама фігура на темному) . Хроматичні відтінки пов’язані з фарбуванням поверхні предметів і характеризуються трьома феноменологическими якостями: колірним тоном, насиченістю й светлотой. У випадку світних світлових стимулів (наприклад, кольорове джерело світла) ознака “светлота” заміняється на ознаку “освітленість” (яскравість) . Монохроматичні світлові стимули з однаковою енергією, але різною довжиною хвилі викликають різне відчуття яскравості. Криві спектральної яскравості (або криві спектральної чутливості) як для фотопического, так і для скотопического зори будуються на підставі систематичних вимірів випромінюваної енергії, що необхідна для того, щоб світлові стимули з різною довжиною хвилі (монохроматичні стимули) викликали рівне суб’єктивне відчуття яскравості.

Колірні тони утворять “природний” континуум. Кількісно він може бути зображений як колірне коло, на якому задана послідовність виду: червоний, жовтий, зелений, голубой, пурпурний і знову червоний. Тон і насиченість разом визначають кольоровість, або рівень цвіту. Насиченість визначається тим, яке у цвіті зміст білого або чорного. Наприклад, якщо чистий червоний змішати з білим, то вийде рожевий відтінок. Будь-який цвіт може бути представлений крапкою в тривимірному “колірному тілі” . Один з перших прикладів “колірного тіла” - колірна сфера німецького художника Ф. Рунге (1810) . Кожному цвіту тут відповідає певну ділянку, розташована на поверхні або усередині сфери. Таке подання може бути використане для опису наступних найбільш важливих якісних законів цветовосприятия.

1.   Сприймані кольори утворять континуум; іншими словами, близькі кольори переходять один в інший плавно, без стрибка.

2.   Кожна крапка в колірному тілі може бути точно визначена трьома змінними.

3.   У структурі колірного тіла є полюсні крапки - такі додаткові кольори, як чорний і білий, зелений і червоний, голубой і жовтий, розташовані на протилежних сторонах сфери.

У сучасних метричних колірних системах цветовосприятие описується на основі трьох змінних - тону, насиченості й светлоти. Це робиться для того, щоб пояснити закони зсуву квітів, які обговоримо нижче, і для того, щоб визначити рівні ідентичного цветоощущения. У метричних тривимірних системах зі звичайної колірної сфери за допомогою її деформації утвориться несферичне колірне тіло. Метою створення таких метричних колірних систем (у Німеччині використовується колірна система DIN, розроблена Ріхтером) є не фізіологічне пояснення колірного зору, а скоріше однозначний опис особливостей цветовосприятия. Проте, коли висувається вичерпна фізіологічна теорія колірного зору (поки такої теорії ще немає) , вона повинна мати здатність пояснити структуру колірного простору.

Змішання квітів

Аддитивное змішання квітів виробляються тоді, коли світлові промені з різною довжиною хвилі падають на ту саму крапку сітківки. Наприклад, в аномалоскопе - приладі, що використовується для діагностики порушень колірного зору, - один світловий стимул (наприклад, чисто жовтий з довжиною хвилі 589 нм) проектується на одну половину кола, тоді як деяка суміш квітів (наприклад, чисто червоний з довжиною хвилі 671 нм і чисто зелений з довжиною хвилі 546 нм) - на іншу його половину. Аддитивная спектральна суміш, що дає відчуття, ідентичне чистому цвіту, може бути знайдена з наступного “рівняння змішання квітів” : а (червоний, 671) + b (зелений, 546) @ c (жовтий, 589) (1) Символ @ означає еквівалентність відчуття й не має математичного змісту, a, b і c - коефіцієнти освітленості. Для людини з нормальним колірним зором для червоної складової коефіцієнт повинен бути взятий приблизно рівним 40, а для зеленої складової - приблизно 33 відносним одиницям (якщо за 100 одиниць взяти освітленість для жовтої складової) .

Якщо взяти два монохроматичних світлових стимули, один у діапазоні від 430 до 555 нм, а іншої в діапазоні від 492 до 660 нм, і змішати їх аддитивно, то колірний тон колірної суміші, що вийшла, або буде білим, або буде відповідати чистому цвіту з довжиною хвилі між довжинами хвиль квітів, що змішуються. Однак, якщо довжина хвилі одного з монохроматичних стимулів перевищує 660, а іншого - не досягає 430 нм, те виходять пурпурні колірні тони, яких у спектрі немає.

Білий цвіт. Для кожного колірного тону на колірному колі є такий інший колірний тон, що при змішанні дає білий цвіт. Константи (вагарні коефіцієнти a і b) рівняння змішання a {F1} + b {F2} @ K {білий} (2) залежать від визначення поняття “білий” . Будь-яку пару колірних тонів F1, F2, що задовольняє рівнянню (2) , називають додатковими квітами.

Субтрактивное змішання квітів. Воно відрізняється від аддитивного змішання квітів тим, що є чисто фізичним процесом. Якщо білий цвіт пропустити через два фільтри із широкою смугою пропущення - спочатку через жовтий, а потім через голубой, - то получившаяся в результаті субтрактивная суміш буде мати зелений цвіт, оскільки світлові промені тільки зеленого цвіту можуть пройти через обидва фільтри. Художник, змішуючи фарби, робить субтрактивное змішання квітів, оскільки окремі гранули фарб діють як кольорові фільтри із широкою смугою пропущення.

ТРИХРОМАТИЧНОСТЬ

Для нормального колірного зору будь-який заданий колірний тон (F4) може бути отриманий шляхом аддитивного змішання трьох певних колірних тонів F 1-F3. Ця необхідна й достатня умова описується наступним рівнянням цветоощущения: a {F1} + b {F2} + c {F3} @ d {F4} (3) Відповідно до міжнародної конвенції, у якості первинних (головних) квітів F1, F2, F3, які можуть використовуватися для побудови сучасних колірних систем, обрані чисті кольори з довжинами хвиль 700 нм (червоний цвіт) , 546 нм (зелений цвіт) і 435 нм (голубой) . Для одержання білого цвіту при аддитивном змішуванні вагові коефіцієнти цих основних квітів (a, b і c) повинні бути зв’язані наступним співвідношенням: a + b + c + d = 1 (4) Результати фізіологічних експериментів по цветовосприятию, описувані рівняннями (1) - (4) , можуть бути представлені у вигляді діаграми кольоровості, (“колірного трикутника” ) , що занадто складна для зображення в даній роботі. Така діаграма відрізняється від тривимірного подання квітів тим, що тут відсутній один параметр - “светлота” . Відповідно до цієї діаграми, при змішанні двох квітів одержуваний цвіт лежить на прямій, що з’єднує два вихідних цвіти. Для того, щоб по цій діаграмі знайти пари додаткових квітів, необхідно провести пряму через “білу крапку” .

Pages: 1 2

Збережи - » Біофізика колірного зору . З'явився готовий твір.

Біофізика колірного зору





Шкільні предмети. Шкільна фізика. Уроки з англійської, французької, німецької мов.