Теории цветового зрения

Теории цветового зрения

Теории цветового зрения

Теория оппонентных цветов. Если яркое зеленое кольцо окружает серый круг, то последний в результате одновременного цветового контраста приобретает красный цвет.

Явления одновременного цветового контраста и последовательного цветового контраста послужили основой для теории оппонентных цветов, предложенной в XIX в. Герингом (истор.; К. Е. К. Hering, 1834-1918, нем.

физиолог).

Геринг предполагал, что имеются четыре основных цвета – красный, желтый, зеленый и синий – и что они попарно связаны с помощью двух антагонистических механизмов – зелено-красного механизма и желто- синего механизма.

Постулировался также третий оппонентный механизм для ахроматически дополнительных цветов – белого и черного. Из-за полярного характера восприятия этих цветов Геринг назвал эти цветовые пары “оппонентными цветами”.

Из его теории следует, что не может быть таких цветов, как “зеленовато-красный” и “синевато – желтый”.

Теория Ломоносова – Гельмгольца

Трехкомпонентная теория. Теория цветоощущения Ломоносова – Юнга – Гельмгольца (М. В. Ломоносов, 1711-1765, отеч. ученый; Т. Young, 1773-1829, англ. физик и врач; Н. L. F. Helmholtz, 1821-1894, нем.

физиолог и естествоиспытатель) – это теория цветоощущения, предполагающая существование в глазу особых элементов для восприятия красного, зеленого и фиолетового цветов; восприятие других цветов обусловлено взаимодействием этих элементов.

Теория объясняет цветоощущение (по аналогии с аддитивным смешением) как результат комбинации возбуждений 3 рецепторных приемников светового излучения в сетчатке глаза, каждый из которых имеет свой максимум возбуждения в коротковолновой (синей), средневолновой (зеленой) и длинноволновой (красной) частях спектра.

Предсказания этой теории блестяще подтвердились тонкими нейрофизиологическими исследованиями строения сетчатки животных и человека в середине XX в. Однако эта теория столкнулась с непреодолимыми трудностями при попытках объяснить помимо законов смешения цветов, др. факты, напр., особенности цветового контраста, или порогового цветоразличения.

Первые объективные данные, подтверждающие гипотезу о наличии трех типов рецепторов цветового зрения, были получены с помощью микроспектрофотометрических измерений одиночных колбочек, а также посредством регистрации цветоспецифичных рецепторных потенциалов колбочек в сетчатках животных, обладающих цветовым зрением.

Миопия

Миопия (см. Рис.2. приложения) – это наиболее распространенный вид патологии рефракции. При близорукости преломляющая сила оптической системы глаза слишком велика и не соответствует длине его оси.

Близорукость проявляется снижением остроты зрения вдаль. При миопии удаленные объекты человек видит плохо, зато хорошо видит объекты, расположенные на близком расстоянии от него.

Причин возникновения близорукости может быть множество. Это и врожденная слабость соединительной ткани, наследственная предрасположенность, чрезмерная зрительная работа на близком расстоянии от предмета, ослабление организма в результате нерационального питания, различные заболевания, плохое освещение рабочего места, неправильная посадка при чтении и письме.

Лечение. Близорукость высокой степени является самой распространенной причиной снижения остроты зрения. Близорукость высокой степени имеет от 12-30% пациентов, что часто является причиной ограничения выбора профессии.

При близорукости высокой степени эксимерлазерная коррекция зрения нецелесообразна. В этом случае лечения близорукости можно добиться при имплантации отрицательной линзы.

В случае прогрессирования близорукости применяется операция, укрепляющая задний отрезок глаза – склеропластика.

На сегодняшний день миопию можно исправить очками, контактными линзами или хирургической коррекцией зрения.

Пресбиопия

Пресбиопия (см. Рис.3. приложения) – это возрастные изменения в состоянии глаз, возникающие у всех без исключения людей обычно после 40 лет.

Симптомы. Медленно прогрессирующее ухудшение зрения вблизи.

При эмметропии пресбиопия наступает в возрасте 40-45 лет, при миопии – позже, при гиперметропии – раньше, нередко сопровождаясь ухудшением зрения вдаль.

Разглядывание мелких предметов облегчается при их отодвигании от глаза. Диагноз основывается на учете характера зрительных расстройств, возраста больного и данных о рефракции глаз.

Лечение. Корригирующие очки при зрительной работа на близком расстоянии. Лицам 40-45 лет с эмметропией назначают положительные линзы 1-1,5 дптр.

Каждые последующие 5 лет силу линз увеличивают на 0,5-1 дптр. При аметропии вносят соответствующие поправки (прибавляя при гиперметропии и вычитая при миопии степень рефракции).

При правильной коррекции сохраняется высокое зрения и зрительная работоспособность.

Астигматизм

Астигматизм (см. Рис. 4. Приложения) – сочетание в одном глазу различных видов аметропии или различных степеней одного вида аметропии. Этиология, патогенез.

Аномалия строения глаз – радиус кривизны роговицы (редко хрусталика) в различных меридианах сказывается неодинаковым.

На двух главных взаимно перпендикулярных меридианах наиболее сильная инаиболее слабая преломляющая способность.

В результате этого изображения предметов на сетчатке всегда бывают нечеткими, искаженными. Иногда астигматизм развивается после операций, болезней роговицы, ранений глаз.

Различают следующие его виды: простой астигматизм – в одном из главных меридианов эмметропия, в другом – миопия или гиперметропия; сложный астигматизм – в обоихсмешанный астигматизм – в одном из главных меридианов наблюдается миопия, в другом-гиперметропия.

Лечение. Постоянное ношение очков с астигматическими линзами. Прогноз. При правильной коррекции сохраняются высокая острота зрения и хорошая работоспособность.

Зрение – это величайшая ценность каждого человека.

Зрение дает нам 80% информации об окружающем мире. К сожалению, примерно треть всего населения планеты имеет нарушения зрения и должны пройти курс лечения в глазной клинике.

Добиться коррекции зрения, либо полного восстановления зрения и предупредить такие глазные заболевания, как катаракта, астигматизм – задача на сегодняшний день актуальная. Только в России более 40 млн.

человек нуждаются в улучшении и восстановлении зрения.

1. Винников Я.А. Цитологические и молекулярные основы рецепции. Эволюция органов чувств. – Л.: Наука, 1971 -372с.: ил.

2. Гапонов С.П., Простаков Н.И. Введение в этологию. – Воронеж: Изд-во Воронежского государственного университета, 1998 -143с.: ил.

3. Хьюбел Д. Глаз, мозг, зрение: Пер. с англ. – М.: Мир, 1990. -239с.: ил.

4. Физиология и биофизика сенсорных систем. Выпуск 29 – Нервная система. Сборник статей. – Л.: Изд-во ЛГУ -1990.: 204с.: ил.

5. Судаков К.В. Избранные лекции по нормальной физиологии. Москва 1992г.

6. Анатомия человека. В 2 т. /Под ред. М. Р. Сапина. Москва 1993г.

7. http://bio.freehostia.com

Источник: https://studbooks.net/1964352/meditsina/teorii_tsvetovogo_zreniya

Теории цветового зрения – Глаз, мозг, зрение

Теории цветового зрения

Все сказанное выше о зависимости видимого цвета от стимуляции тех или иных колбочек основано на исследованиях, начатых Ньютоном в 1704 году и продолжающихся до сих пор.

Изобретательность, которую проявил Ньютон в своих экспериментах, трудно переоценить: в работе, посвященной цвету, он при помощи призмы расщеплял белый свет; воссоединял его компоненты второй призмой, вновь получая белый свет; изготовил волчок с цветовыми секторами, при вращении которого опять-таки получался белый цвет. Эти открытия привели к осознанию того, что обычный свет состоит из непрерывного ряда лучей с различными длинами волн.

В XVIII столетии постепенно выяснилось, что всякий цвет можно получить путем смешения трех цветных компонентов в надлежащих пропорциях при условии, что длины их волн достаточно отличаются друг от друга.

Представление о том, что любой цвет может быть «составлен» путем манипулирования тремя управляющими факторами (в данном случае путем изменения интенсивности трех различных лучей) получило название трихроматичности.

В 1802 году Томас Юнг выдвинул четкую и простую теорию, объясняющую трихроматичность: он предположил, что в каждой точке сетчатки должны существовать по меньшей мере три «частицы» — крошечные структуры, чувствительные соответственно к красному, зеленому и фиолетовому.

Длительный временной интервал между Ньютоном и Юнгом трудно объясним, но различные «дорожные препятствия» вроде, например, того факта, что желтая и синяя краски, смешиваясь, дают зеленую, не способствовали, конечно, ясности мышления.

Решающие эксперименты, прямо и недвусмысленно подтвердившие, наконец, идею Юнга о том, что цвет должен определяться мозаикой трех видов детекторов в сетчатке, были проведены в 1959 году: Джордж Уолд и Пол Браун в Гарварде и Эдвард Мак-Никол и Уильям Маркс в Университете Джонса Гопкинса изучали под микроскопом способность отдельных колбочек поглощать свет с различной длиной волны и обнаружили три и только три типа колбочек. До этого ученые прилагали все усилия, используя менее прямые методы, и за несколько столетий фактически пришли к такому же результату, доказав теорию Юнга о необходимости именно трех типов колбочек и оценив их спектральную чувствительность. Применялись в основном психофизические методы: ученые выясняли, какие цветовые ощущения вызывают различные смеси монохроматических лучей, как влияет на цветовое зрение избирательное обесцвечивание рецепторов под действием монохроматического света, а также исследовали цветовую слепоту.

Изучение эффектов смешения цветов необычайно интересно — настолько его результаты удивительны и противоречат интуиции. Никто без предварительного знания не угадал бы разнообразные явления, иллюстрируемые на рис.

120 и 121, — например, не мог бы предсказать, что два пятна, ярко-синее и ярко-желтое, при наложении друг на друга сольются в белый цвет, неотличимый на глаз от цвета мела, или что зеленый и красный спектральные цвета при их объединении дадут желтый, почти неотличимый от монохроматического желтого цвета.

Рис. 121. С помощью трех диапроекторов и трех фильтров на экран проецируются три перекрывающихся пятна (красное, зеленое и синее). Красное и зеленое при наложении дают желтый цвет, синее и зеленое — бирюзовый, красное и синее — пурпурный, а все три вместе — белый цвет.

Прежде чем обсуждать другие теории цвета, нужно сообщить ряд дополнительных сведений о разнообразии цветов, которое эти теории призваны объяснить. Какие существуют цвета помимо цветов радуги? По моему мнению, имеются три вида таких цветов.

Один вид — пурпурные, которые отсутствуют в радуге, но появляются при одновременной стимуляции красных и синих колбочек, т.е. при смешении длинно- и коротковолнового, или, грубо говоря, красного и синего света.

Если к смеси спектрального красного и спектрального синего света — к пурпурному — мы добавим надлежащее количество зеленого, то мы получим белый цвет; поэтому мы говорим, что зеленый и пурпурный являются дополнительными.

Можно, если угодно, представить себе круговую шкалу, включающую все цвета спектра от красного через желтый и зеленый до синего и фиолетового с последующим переходом к пурпурным цветам — сначала к синевато-пурпурному, затем к красновато-пурпурному и наконец опять к красному.

Можно расположить эти оттенки так, чтобы дополнительные цвета располагались друг против друга. Понятие основных цветов не вписывается в эту схему: если определить основные цвета в соответствии с тремя типами рецепторов, то мы выделим зеленовато-желтый, зеленый и фиолетовый, т.е.

оттенки, вряд ли согласующиеся с представлением о трех чистых базовых цветах. Но если под основными подразумевать три цвета, из которых можно получить любой другой оттенок, то упомянутые три цвета этому критерию удовлетворяют, как, впрочем, и любые другие три достаточно далеко отстоящие друг от друга цвета. Таким образом, ничто из сказанного выше не обосновывает представление о трех единственных основных цветах.

Второй тип цвета получается от добавления белого к любому цвету спектра или к пурпурному; мы говорим, что такое добавление «разбавляет» цвет, делает его бледнее — на профессиональном языке говорят, что белый уменьшает насыщенность цвета.

Для подбора двух идентичных цветов мы должны сделать их одинаковыми по тону и насыщенности (выбрав, например, соответствующее положение на цветовом круге и затем добавив нужное количество белого), а потом уравнять по интенсивности.

Таким образом, мы можем определить некоторый цвет, задав длину волны света (или в случае пурпурного — дополнительного к нему цвета), относительное содержание белого света и число, характеризующее интенсивность.

Математически эквивалентная возможность определения цвета состоит в задании трех чисел, представляющих относительные влияния света на три типа колбочек. В любом случае необходимы три числа.

Типичным примером цвета третьего типа, не укладывающегося в приведенные выше объяснения, является коричневый. Я вернусь к нему позднее.

Герман Гельмгольц принял и отстаивал теорию Юнга, которая приобрела известность как теория Юнга—Гельмгольца. Между прочим, именно Гельмгольц объяснил, наконец, феномен, упомянутый в начале этой главы и заключающийся в том, что смесь желтой и синей красок дает зеленую.

Вы можете легко убедиться, насколько это отличается от смешения желтого и синего света, проделав следующий опыт, для которого вам понадобятся всего лишь два диапроектора и немного желтого и синего целлофана. Сначала прикрепите желтый целлофан к линзе одного проектора, а синий — к линзе другого и наложите проецируемые изображения друг на друга.

Отрегулировав относительные интенсивности, вы получите в зоне перекрывания чистый белый свет. Этот вид смешения цветов мы уже рассматривали; как мы тогда объяснили, белый свет возникает из-за того, что совместное воздействие желтого и синего света активирует все три системы колбочек с той же относительной эффективностью, что и широкополосный, или белый, свет.

Теперь выключите один проектор и расположите оба фильтра перед другим; вы получите зеленый цвет. Чтобы понять, отчего так происходит, мы должны знать, что синий целлофан поглощает из белого света длинноволновую часть, т.е.

желтый и красный, а остальную, которая выглядит синей, пропускает, в то время как желтый фильтр поглощает в основном синюю часть, а остальную, кажущуюся желтой, пропускает. Схема на рис. 122 показывает спектральный состав света, пропускаемого каждым фильтром. Обратите внимание на то, что в обоих случаях пропускаемый свет далек от монохроматического.

Желтый свет — это не узкополосный спектральный желтый, а смесь спектрального желтого с более короткими зелеными, более длинными оранжевыми и красными волнами. Аналогичным образом, синий — это спектральный синий с примесью зеленого и фиолетового.

Почему же в таком случае мы видим только желтый или только синий цвет? Дело в том, что ощущение желтого — результат одинаковой стимуляции красных и зеленых колбочек без какого-либо воздействия на синие колбочки; такую стимуляцию можно осуществлять как спектральным желтым (монохроматическим светом с длиной волны 580 нм), так и более широким волновым «мазком», который обычно свойствен пигментам, — нужно лишь, чтобы ширина спектра не была чрезмерно велика и спектр не содержал коротких волн, стимулирующих синие колбочки. Аналогичным образом, спектральный синий свет оказывает приблизительно такое же воздействие, как синий плюс зеленый плюс фиолетовый. Теперь при использовании двух фильтров, расположенных один перед другим, моба фильтра, т.е. зеленые лучи. Именно в этой области перекрываются приведенные на рис. 128 графики для широкополосного синего и желтого света. То же самое происходит с красками: желтая и синяя краски вместе поглощают весь свет, кроме зеленых участков, которые отражаются. Отметим, что если бы мы использовали в нашем опыте монохроматические желтый и синий фильтры, расположив их один перед другим, они не пропустили бы ничего. Смешивание происходит только потому, что свет, пропускаемый или отражаемый красящими веществами, имеет широкополосный спектральный состав.

Рис. 122. Синий фильтр пропускает довольно широкую спектральную полосу с центром в области 480 нм, а желтый — такую же полосу с центром в области 580 нм. Оба фильтра вместе пропускают только общие для них лучи — свет в достаточно узкой полосе с центром около 530 нм, что дает зеленый цвет.

Резюмируем это многословное объяснение того, почему «желтый плюс синий равен зеленому», следующим кратким утверждением о цвете и красителях: два фильтра, расположенные один перед другим, или две смешанные краски совместно поглощают из белого света все, кроме волн средней длины, т.е. зеленого цвета.

Почему я обсуждаю здесь этот феномен? Отчасти потому, что это объясняет драматичный и сенсационный результат смешения желтого и синего с получением зеленого, но еще больше из-за исторической важности этого результата для подтверждения нашего понимания цветового зрения.

Феномен этот физический; он связан с цветовым зрением и биологией примерно так же, как с ними связаны перекрещивание поляроидов и получение черного или добавление к кислоте синего лакмуса и получение красного, — говоря коротко, никак.

И все-таки мысль о связи смешения цветов с цветовым зрением еще продолжает смущать многих, и это обусловлено представлением о том, что красный, желтый и синий — основные цвета, а зеленый — нет. Если какой-либо набор цветов и можно признать основным, так это четыре цвета — красный, синий, желтый и зеленый.

Как мы убедимся в разделе, посвященном теории Геринга, основание, с которым все четыре цвета могут претендовать на звание основных, мало связано с тремя типами колбочек и значительно больше — с последующей переработкой информации в сетчатке и в мозгу.

(Этим нисколько не обесценивается знание живописцем того факта, что всего тремя красками можно имитировать большинство цветовых оттенков. Но даже мастер в своей области может ошибиться.

В одной книге, посвященной ткацкому делу, в главе, излагающей теорию цвета, я нашел утверждение, что если вы смешаете в ткани желтые и синие нити, то получите зеленый цвет.

На самом же деле получится серый цвет — по биологическим причинам.)

Источник: https://www.e-reading.by/chapter.php/1026311/62/Hyubel_-_Glaz%2C_mozg%2C_zrenie.html

Поделиться:
Нет комментариев

    Добавить комментарий

    Ваш e-mail не будет опубликован. Все поля обязательны для заполнения.