1.2.2. Цветовое зрение

1.2.2.1. Трех компонентная теория цветового зрения

Теория, объясняющая механизм цветового зрения человека, основывается на следующих фактах. Имеющиеся в сетчатке глаза колбочки содержат различные красители, по-разному поглощающие свет, и в зависимости от этого составляют три группы. (Красители принадлежат к классу иодопсинов. Они подобно родопсину палочек разлагаются под действием света определенной части спектра, порождая при этом первичный импульс, который передается в мозг.)

Спектральные зоны наибольшего поглощения красителей соответствуют зонам наибольшей светочувствительности колбочек. На рис. 1.10 приведены типичные кривые спектральной чувствительности колбочек различных видов. У отдельных людей чувствительность колбочек может несколько различаться.

Рис. 1. 10. Кривые спектральной чувствительности колбочек (К-, З-, С-приемников)

Колбочки различных групп вызывают в мозгу различные ощущения. Наиболее чувствительные к свету с длиной волны 360-510 нм вызывают ощущение синего цвета, 470-560 нм - зеленого, а 540-760 нм - красного. Соответственно принято различать сине-, зелено- и красночувствительные колбочки (для краткости их называют К-, З- и С-приемники). Красный, синий и зеленый цвета называют первичными.

Свет, действующий только на колбочки одного вида, вызывает соответствующее ощущение синего, зеленого или красного цвета. При одновременном воздействии на колбочки двух видов возникает ощущение промежуточных цветов, причем в зависимости от степени возбуждения той или иной группы колбочек изменяется и цвет. Например, при одинаковом воздействии на красно- и зеленочувствительные колбочки возникает ощущение желтого цвета, а при неодинаковом - от зеленого, зелено-желтого, желтого, оранжевого и до красного.

Большинство цветов воспринимается при одновременном возбуждении всех трех групп колбочек. Если на какой-либо участок сетчатки попадает свет достаточно большой интенсивности, который вызывает одинаковое воздействие колбочек всех трех видов, то у человека возникает ощущение белого цвета, а при меньшей интенсивности - одного из серых цветов. При воздействии света очень малой интенсивности или при отсутствии воздействия - возникает ощущение черного цвета.

Если колбочки различных групп возбуждаются неодинаково, возникает ощущение цвета, которое зависит от степени этих различий, Такой процесс получения множества всевозможных цветов с помощью ограниченного их набора (в нашем случае трех) называется синтез цвета,

1.2.2.2. Механизм цветового восприятия зрительных образов

Свет от рассматриваемого предмета попадает в глаз и создает оптическое изображение на сетчатке. Благодаря тому, что в сетчатке имеются три вида колбочек с различной спектральной светочувствительностью, в каждой точке изображения происходит разделение света (в оптике принят термин разложение света) на три составляющие. В сумме каждая из них является изображением предмета в одном из трех световых потоков и несет информацию о распределении соответствующего потока по площади изображения. Такой процесс называется цветоделением, а сами изображения цветоделенными.

Кроме того, степень возбуждения колбочек (и палочек) несет информацию о яркости (светлоте) деталей наблюдаемого объекта - градационный процесс.

От каждой точки на сетчатке глаза поступают сигналы в мозг. В зависимости от степени возбуждения колбочек различного типа (цветоделение и градационный процесс) в мозгу возникают ощущение синего, зеленого и красного цветов различной интенсивности. Эти ощущения суммарно дают ощу" щения определенного цвета (синтез). Именно это ощущение и ассоциируется в нашем мозгу с цветом соответствующей точки рассматриваемого предмета.

Таким образом, в основе механизма цветового зрения человека лежат три процесса: цветоделение, градационный и синтез цвета. Это позволяет сделать вывод: все воспринимаемое человеком многообразие цветов передается смешением синего, зеленого и красного цветов в различных пропорциях. Естественно, что на этих принципах основаны все способы воспроизведения цвета, используемые в полиграфии, фото Графин, телевидении и т. п.

1.2.2.3. Особенности цветового восприятия

Изложенного в п. 1.2.2.2 упрощенного описания вполне достаточно для объяснения большинства процессов воспроизведения цвета в фотографии. Необходимо отметить некоторые особенности восприятия цвета человеком.

Кроме физических (свойства излучений) и физиологических (устройство и работа глаза, механизм передачи нервных импульсов) процессов на восприятие цвета достаточно сильно влияют психологические факторы. Это означает, что ощущение цвета предмета при одинаковых условиях рассматривания может, изменяться в зависимости от состояния наблюдателя и его отношения к предмету.

В принципе ощущение цвета может возникнуть и без воздействия света - вспомните присказку "искры из глаз". Иногда ощущение определенного цвета может вызвать знакомая мелодия или запах. Если достаточно долго находиться с закрытыми глазами, надавливая на них пальцами, то "увидишь" цветные пятна, причем у разных людей цвет этих пятен различен.

Природа этих явлений, как и природа зависимости зрительного восприятия цвета от условий и обстоятельств рассмотрения предметов и психологического состояния человека пока мало изучена. Во многих случаях эти явления связаны с памятью.

Одна из таких особенностей - адаптация. Сущность этого явления заключается в следующем.

В реальной жизни условия освещения (высота солнца, тучи и облака, мощность электроламп и т. п.) очень часто меняются. Если бы зрительный аппарат человека подобно фотоэлементу был только объективно регистрирующим прибором, то при каждом изменении условий освещения мы воспринимали бы измененную картину мира. Естественно, в таком случае создание цветной фотографии было бы практически неосуществимо.

В действительности, наш зрительный аппарат обладает способностью, благодаря которой вне сознания происходит компенсация преобладающей цветности освещения и цветовое восприятие остается неизменным даже при значительных изменениях условий освещения. Важно только, чтобы в поле зрения находился не один предмет, а группа их и чтобы все поле зрения освещалось источником с одной цветовой температурой (одной цветности). Поэтому принято говорить о константности, т. е. постоянстве цветов разноокрашенных предметов. Мы мысленно связываем цвет со знакомыми нам предметными образами (оранжевая морковь, желтый лимон и т. п.). Главное - это возможность сопоставлять один предмет с другими, нам знакомыми.

Спектральная светочувствительность колбочек у разных людей не одинакова. Есть отличия и в процессах возбуждения нервных импульсов и передачи их в мозг. У людей с "нормальным зрением" эти различия незначительны и могут сказаться лишь в оценке близких цветовых оттенков. Однако больные дальтонизмом совсем не различают цвета или воспринимают лишь один или два цвета (интересный факт: примерно 96% дальтоников - мужчины). Некоторые люди способны различать все три цвета, но их оценки смешанных цветов отличаются от оценки людей с нормальным зрением.

Само понятие нормальное зрение весьма условно: люди с нормальным зрением могут различаться по способности улавливать тонкие оттенки цвета. Так, например, Гельмгольц утверждал, что он различает В спектре до 800 (!) различных оттенков.

Естественно, что при разработке систем воспроизведения цвета за основу берется "нормальное зрение", которое определяется как среднестатистическое восприятие цвета большим количеством людей, не имеющих сильных аномалий в оценке цветов.

Отметим еще одну особенность восприятия цвета, которая имеет очень важное значение для цветной фотографии, как впрочем и для любой системы воспроизведения цвета. Многочисленные эксперименты показали, что ощущение одного и того же цвета может быть вызвано смешением различных излучений. Например, излучение, в котором смешаны монохроматический зеленый свет с длиной волны 545 нм с монохроматическим красным (671 нм), дает такое же ощущение цвета, как и монохроматический желтый с длиной волны 589 нм. Такое же ощущение цвета может быть получено и при смешении других как монохроматических, так и излучений с достаточно широким спектром частот.

Очень важно, что человек не обладает способностью распознавать, из каких составляющих состоим излучение, являющееся причиной суммарного цветового ощущения, и отличать эти излучения друг от друга. Благодаря этому возникает возможность воспроизведения исходного цвета смешением различных по цвету световых потоков (аддитивный синтез цвета) или их последовательного вычитания из белого цвета (субтрактивный синтез цвета).