Сприйняття кольорів і історія кольору

Зір дає нам найбільшу інформацію про навколишній світ. Не дивно, що і дослідженню самого зору присвячено дуже багато робіт. Проблема зорового сприйняття вже протягом багатьох століть є предметом досліджень багатьох вчених.
Найбільший з матеріалістів давнини Демокріт (460 - 370 рр. До н.е.) пояснював зорове відчуття впливом потрапляють в око атомів, які випускає світиться тіло. Мабуть, перший опис будови людського ока дано в роботах Галена (130 - 200 рр.). Це опис дуже недосконале, але в ньому вже згадується зоровий нерв, сітківка, кришталик. Приблизно через дев'ять століть знаменитий арабський учений Альхазен (XI ст.) Першим спробував осмислити механізм формування зорового образу. До Альхазена вважали, що зоровий образ виникає як-то відразу, цілком, як якийсь єдиний, що не розчленований на частини процес. Альхазен висловив геніальний здогад: кожній точці на видимій поверхні об'єкта повинна відповідати своя точка всередині ока, і, отже, процес формування зображення об'єкта в оці складається з безлічі елементарних процесів формування зображень окремих точок об'єкта. Правда, Альхазен вважав, що точки сприйняття знаходяться не на сітківці, а на передній поверхні кришталика. Великий італійський художник і натураліст Леонардо да Вінчі (1452 - 1519 рр.) «Переніс» точки сприйняття з поверхні кришталика на сітківку. Більш того, докладно описуючи камеру-обскуру, він прямо вказав, що «те ж саме відбувається і всередині ока». Відомі малюнки, зроблені рукою Леонардо да Вінчі, що пояснюють будову ока і побудова зображень в ньому. Він вважав, що кришталик має форму кулі і знаходиться в середині очного яблука. Вчений вважав, що на відміну від камери-обскури на сітківці ока має виходити не перевернуте, а пряме зображення. Кулястий кришталик всередині очі, на його думку, і служив для повторного обертання зображення.
Думка про те, що формується на сітківці ока зображення є перевернутим, була вперше висловлена І. Кеплер на початку XVII ст. Кеплер зрозумів також, що кришталик необхідний для акомодації ока. Однак він вважав, що акомодація здійснюється шляхом зміни відстані між кришталиком і сітківкою.
Лише на початку XIX ст. Т.Юнг довів, що механізм акомодації полягає в зміні кривизни поверхонь кришталика, тобто його рефракції.
Істотний внесок в фізіологічну оптику вніс И.Ньютон (XVII ст.), Що заклав основу для сучасних робіт по колірному зору. Широко відомі праці Г.Гельмгольца (XIX ст.) З фізіології зору. В середині минулого століття йому вдалося за допомогою спеціально виготовленого дзеркала з отвором побачити через темний зіницю очне дно. Це було геніальним відкриттям, що змінив докорінно уявлення про теорію зору, що дозволив заглянути в новий світ і побачити «частину мозку, висунутого на периферію».
Особливо зріс інтерес до проблеми зору в двадцятому столітті. Це пов'язано з розвитком оптичних приладів, медичної оптики, атмосферної оптики, світлотехніки, аерофотозйомки місцевості, тепловидения, електронно-обчислювальної техніки і ін. Сформувалася наука, що вивчає очей і його роботу, - фізіологічна оптика. В її розвиток внесли свій вклад С.В.Кравков, В.В.Мешков, Г. В. Гершуні, А.В.Луізов, Н.П.Травнікова, Н.І.Пінегін, М.А.Островская, А. Л.Ярбус, М.М.Гуревіч, Л.Н.Гассовскій, В.Д.Глезер, В.В.Волков, Е.С.Аветісов, А.А.Гершун, Д.Марр, Б.Джулес і багато інших .

Розвиток теорії кольору

ПОРТУ, ДЖАКОМО ДЕЛЛА (Della Porta, Giacomo) (бл. 1537-1602), італійський архітектор, представник маньеристического напрямки в ренесансному архітектурі; один з тих, хто заклав основи мистецтва бароко.

Манселл: розробив систему, яка описує колір, виходячи з трьох показників: тональність (колірний тон), светлота (яскравість) і насиченість (чистота).
Тональність: це. наприклад, жовтий або синій.
Светлота: показує, на якому рівні сірих градацій (вертикальна вісь) знаходиться колір.
Насиченість: показує, на якій відстані від вертикальної осі в горизонтальній площині знаходиться тон.
Таким чином, в системі Манселла кольору розташовані в трьох вимірах і мають вигляд дерева. Стовбур (вертикальна вісь) представляє шкалу з градаціями сірого кольору (від чорного знизу до білого зверху). Тона знаходяться на хроматическом колі, який як би "насаджений" на вертикальну вісь. Горизонтально осі показують насиченість тонів.

Більш наочно це можна відобразити так:

Хронологія колірних схем

особливості сприйняття кольору

Зараз відомо, що колір - це уявлення людини про видимої частини спектра електромагнітного випромінювання. Світло сприймається фоторецепторами (photo-receptors), розташованими в задній частині зіниці. Ці рецептори перетворюють енергію випромінювання в електричні сигнали. Рецептори сконцентровані здебільшого в обмеженій області сітківки або ретини (retina), яка називається ямкою (fovea). Ця частина сітківки здатна сприймати деталі зображення і колір набагато краще, ніж інша її частина. За допомогою очних м'язів ямка зміщується так, щоб сприймати різні ділянки навколишнього середовища. Оглядовий поле, в якому добре розрізняються деталі і колір обмежена приблизно 2-ма градусами.
Існує два типи рецепторів: палички (rods) і колбочки (cones). Палички активні тільки при вкрай низькій освітленості (нічний зір) і не мають практичного значення при сприйнятті кольорових зображень; вони більш сконцентровані по периферії оглядового поля. Колбочки відповідальні за сприйняття кольору і вони сконцентровані в ямці (fovea). Існує три типи колбочок, які сприймають довгі, середні і короткі довжини хвиль світлового випромінювання.

Кожен тип колб володіє власною спектральної чутливістю (sensitivity function). Приблизно вважається, що перший тип сприймає світлові хвилі з довжиною від 400 до 500 нм (умовно "синю" складову кольору), другий - від 500 до 600 нм (умовно "зелену" складову) і третій - від 600 до 700 нм (умовно " червону "складову). Колір відчувається в залежності від того, хвилі якої довжини і інтенсивності присутні в світлі.
За "Фізіології сенсорних систем" це виглядає так: Зоровий пігмент (з. П.), Структурно-функціональна одиниця світлочутливої мембрани фоторецепторів сітківки ока - паличок і колбочок. В З. п. Здійснюється перший етап зорового сприйняття - поглинання квантів видимого світла. Молекула З. п. (Молярна маса близько 40 000) складається з хромофора, що поглинає світло, і опсина - комплексу білка і фосфоліпідів. Хромофором всіх З. п. Служить альдегід вітаміну A1 або A2 - ретиналь або 3-дегідроретіналь. Два види опсина (паличковий і колбочковой) і два види ретиналя, з'єднуючись попарно, утворюють 4 види З. п. Розрізняються по спектру поглинання: родопсин (найпоширеніший паличковий З. п.), Або зоровий пурпур (максимум поглинання 500 нм), іодопсін (562 нм), порфіропсін (522 нм) і ціанопсін (620 нм). Первинне фотохімічні ланка в механізмі зору полягає в фотоизомеризации ретиналю, який під дією світла змінює вигнуту конфігурацію на плоску. За цією реакцією слід ланцюг темнова процесів, що призводять до виникнення зорового рецепторного сигналу, який потім синаптически передається наступним нервовим елементам сітківки - біполярним і горизонтальним клітинам.
Око найбільш чутливий до зелених променів, найменш - до синіх. Експериментально встановлено, що серед випромінювань рівної потужності найбільше світлове відчуття викликає монохроматическое жовто-зелене випромінювання з довжиною хвилі 555 нм. Відносна спектральна світлова ефективність (позначається літерою v) цього випромінювання прийнята за одиницю. Спектральна чутливість ока залежить від зовнішньої освітленості. У сутінках максимум спектральної світлової ефективності зсувається в бік синіх випромінювань, що викликано різною спектральною чутливістю паличок і колбочок. У темряві синій колір надає більший вплив, ніж червоний, при рівній потужності випромінювання, а на світлі - навпаки.

Різні люди сприймають один і той же колір по-різному, оскільки число рецепторів, що відповідають за сприйняття певних довжин хвиль, у кожної людини по-різному. Сприйняття кольорів змінюється з віком, залежить від гостроти зору, від настрою і інших чинників. Однак, такі відмінності відносяться в основному до тонких відтінків кольору, тому в цілому можна стверджувати, що більшість людей сприймає основні кольори однаково. Винятком не є различающие кольору дальтоніки, серед яких близько 10% чоловічого населення і близько 1% жіночого. Це зазвичай пов'язано з тим, що у них не функціонують червоні колбочки (довгі хвилі) або зелені (середні хвилі).
Міжнародна комісія по випромінюванню (Commission Internationale de L'Eclairage) розробила стандарт кольору, засновані на концепції стандартного спостерігача, який, в свою чергу, заснований на моделі сприйняття кольору паличками і колбочками людського ока.
Сприйняття рівня освітленості для людини важливіше, ніж сприйняття кольору. Оцінювання освітленості дозволяє визначати форму об'єктів, їх переміщення і сприймати дрібні елементи предметів. У цих випадках набагато важливіше забезпечити достатній контраст, ніж відмінність в кольорі. Основним параметром в цьому випадку є Освітленість (Luminance), яка є узагальненою (інтегральної) характеристикою чутливості ока до світла різної довжини хвилі.
Узагальнена потужність випромінювання визначається спектральним розподілом (spectral power distribution (SPD)), тобто значеннями потужності випромінювання для кожної довжини хвилі. Кольори спектру називаються ахроматичними. Знаючи спектральний склад світла, сприйнятого оком, можна легко визначити колір предмета. Однак знаючи колір, можна запропонувати кілька варіантів його спектрального складу. Випромінювання в інтервалі довжин хвиль 570-580 нм представляється жовтим кольором. Але жовтим кольором може представлятися і суміш двох монохромних випромінювань: зеленого і червоного, змішаних в певній пропорції. Якщо спектральний склад двох кольорів однаковий, кольору називаються ізомерними. Якщо ж випромінювання одного кольору мають різний спектральний склад, такі кольори називаються метамерними. Саме на цій особливості людського зору побудовані всі системи синтезу кольорів. Наприклад, в телевізорі за рахунок модуляції потужності трьох світлових пучків - червоного, зеленого і синього - отримують все проміжні кольору (RGB color model).
Освітленість визначається інтеграцією функції спектральної чутливості. Колір важливий для виділення класів об'єктів у зв'язку з тим, що в реальному світі колір асоціюється з властивостями об'єктів.
В відчуття яскравості, отже і світлини, внесок в вносять як палички, так і колбочки. Хоча рівні освітлення об'єктів можуть змінюватися до 10000 раз, людський мозок в стані оцінювати колір поверхні при різних умовах освітлення. При високій освітленості рівень чутливості колбочок знижується, то ж відбувається, якщо в кольорі посилена одна з колірних компонент, то чутливість відповідних колб знижується. Оскільки очей значно менш чутливий по відношенню до синього кольору, ніж по відношенню до зеленого, то синє світло вносить незначний внесок в узагальнену освітленість.

Повернутися в початок

Повернутися до списку статей