Будова ока людини та його робота


 

Око (рис 2.1) відшукує об'єкти, фокусує зображення об'єкта на світлочутливому шаром (сітківці), захищає це зображення від розсіяного, не несущої інформації про об'єкт світла перетворять сформоване таким чином оптичне зображення в сукупність нервових імпульсів і передає закодоване в цих імпульсах оптичне зображення в мозок за спеціальним каналом (зоровий нерв).

Фокусуючи елементи. Промені від об'єкта попадають на рогову оболонку (роговицю) і при цьому майже повністю фокусується на сітківці. Фокусування завершується природною лінзою – хрусталик. При яркому світлі діафрагма в райдужній оболонці ока (ірисова діафрагма) звужується так, що її отвір (зіниця) стає малим і використовується тільки центральна ділянка хрусталика. Переважне використання саме цієї ділянки хрусталика забезпечує одержання найбільш різкого зображення на сітківці.

Роговиця. Роговиця являє собою проникне для світлових променів продовження білої склеротичної оболонки ока (білок ока). Передня її частина дуже близька за формою до ділянки сфери, а її зовнішня поверхня підтримується з точки зору оптики в доброму стані, постійно промиваючи солоною водою, що надходить через слізні протоки. Ця поверхня досить часто очищається при миготінні вік, що несуть забруднену пилом солону воду, заміняючи її чистою. Якщо сторонній предмет попадає на роговицю, то його наявність виявляється нервовими закінченнями у роговиці і на внутрішній поверхні вік. Нервові закінчення настільки чуттєві, що звичайно не довільно починаються негайні міри, що видаляють цей предмет і відновлюють таким чином нормальний оптичний стан поверхні роговиці.

Якщо між роговицею та хрусталиком накопичується велика кількість камерної вологи, роговиця стає сильно опуклою, так що її кривизна стає більше. При цьому зображення предметів фокусується не на сітківці, а перед нею – короткозорість. Якщо ж камерна рідина створює занадто малий тиск, то поверхня роговиці стає плоскою. При цьому зображення фокусують за сітківкою (далекозорість) або не фокусуються взагалі. Але в більшості людей кривизна роговиці нормальна, таким чином хрусталик забезпечує одержання сфальцьованого зображення.

 

Рис. 2.1. Схема будови ока: 1 – склера; 2 – роговиця; 3 – судинна оболонка; 4 – рісничне тіло; 5 – радужна оболонка; 6 – хрусталик;

7 – передня камера; 8 – скловидне тіло; 9 – ціннові зв’язки;

10 – сітківка; 11 – зоровий нерв; 12 – сліпе вапно; 13 – жовте вапно;

14 – центральна яма; 15 – зорова вісь; 16 – оптична вісь

 

Зіниця. Зіниця являє собою отвір (ірисову діафрагму) у райдужній оболонці ока, через яке проходить світло. Оскільки надзвичайно мала частка світла, що попадає в око, виходить з нього, зіниця звичайно виглядає чорною. Райдужна оболонка (радужка), що оточує зіницю, може бути чорною, коричневою, зеленою, або блакитною залежно від кількості коричневого пігменту (меланіну) або зовсім не містить його. Блакитне фарбування відповідає повній відсутності меланіну, обумовлена виборчим розсіюванням світла в тканинах радужки. Механізм цього розсіювання аналогічний механізму, що визначає блакитний колір неба.

При темновій адаптації ока радіальні стосовно центра зіниці м'яза розтягують радужку, тим самим збільшуючи площу зіниці. Зіниця ока, адаптованого до темряви, може досягати в діаметрі 8 мм. Якщо ж який-небудь із двох очей піддається раптовому різкому опроміненню більш яскравим світлом, зіниці обох очей автоматично звужуються. Це обумовлено скороченням кругових м'язів, розташованих за внутрішнім краєм отвору в радужці. При яскравому висвітленні використовують лише центральну частину оптичної системи ока. При цьому зображення на сітківці стає більш чітким (сферична аберація різко зменшується), пофарбовані смужки між темними і світлими ділянками зображення (хроматична аберація) майже зникають. При повному сонячному висвітленні людина максимально використовує оптичні властивості ока. М'язи автоматично скорочуються при надлишку світла. Людина має головний біль при максимально гострому зорі. Стан людини не супроводжується хворобливими наслідками при трохи гіршому зорі.

Хрусталик. Хрусталик утримується на місці радіальними розтягуючими м'язами, а також сфінктерним м'язом, розташованим навколо основи радіальних м'язів. Сфінктернаий м'яз знімає напругу з хрусталика, що являє собою напівтверде пружне тіло, і дозволяє йому повернуться у вихідний опуклий стан. Для того що б бачити прилеглі об'єкти з досить високою різкістю, сфинктерний м'яз при акомодації ока повинна скоротиться, дозволяючи хрусталику прийняти природну опуклу форму. При розгляданні вилучених об'єктів сфінктерний м'яз при акомодації ока розслаблюється і дозволяє радіальним м'язам зробити поверхню хрусталика майже плоскою. З віком речовина хрусталика поступово утрачає свою пружність, так що радіальні розтягуючи м'язи на нього не діють. При цьому людина має потребу в окулярах для роботи.

Крім того, з віком хрусталик жовтіє, а іноді сильно змінюється, що зовсім утрачає свою прозорість – настає катаракта. Її поява може бути викликана і тривалим опроміненням при роботі в нагрівальних або інших печей. За мірою каламутності хрусталика усі предмети в полі зору людини сприймаються як крізь туман. Хірургічне видалення хрусталика повертає можливість розрізнення деталей, але для фокусування зображення на сітківці в цьому випадку необхідні дуже сильні окуляри або контактні лінзи. При цьому втрачається акомодація зору. Для оптичної системи хрусталика ока характерні два дефекти: сферична та хроматична аберації. Внаслідок хроматичної аберації сині та фіолетові промені фокусуються в точці, розташованій ближче до хрусталика, ніж точки, де збираються у фокус зелені, жовті та червоні промені.

Склоподібне тіло. Склоподібне тіло являє собою грузлу рідину, що заповнює внутрішній об’єм ока. Воно підтримує майже постійну відстань між хрусталиком і сіткою. Його оптичні властивості: звичайно в ньому вільно плавають пепелообразні і ниткообразні частки тканини, що частково збираються поблизу сітківки. Ці частки погіршують якість зображення на сітківці, особливо ті з них, що розташовуються біля неї. Вони відкидаю тіні, які можна побачити при розгляданні будь-якою яркої та однорідної пофарбованої поверхні. Його оптичні властивості, тому нагадують властивості повітря, у якому зважені пилові та утворюючі туман дрібні водяні частки. Оптична система ока може формувати дуже чітке зображення, обумовлене властивостями світлочутливого шару ока, тобто його сітківки.

Світлочутливі елементи. Світлочутлива частина ока являє собою мозаїку реагуючих на світло кліток (фоторецепторів) – паличок і колбочок сітківки. Палички і колбочки знаходяться в безпосередньому контакті із судинною оболонкою ока, що знаходиться за яблуком ока, а їх закінчення спрямовані убік, протилежно падаючому світлу. За допомогою паличок і колбочок зміни в оптичному зображенні на сітківці перетворюються у сукупність нервових імпульсів, що поширюють від рецепторних кліток у мозок. Колбочки розташовані в центральній частині сітківки і кожна їх група безпосередньо пов'язана з мозком через внутрішню поверхню сітківки і зоровий нерв. До цих прямих з'єднань у сітківці є незлічима кількість локальних провідних нервових шляхів. Світло, перетинаючи склоподібне тіло, спочатку проходить через шар нервової тканини сітківки, кровоносні судини, попадає на шар паличок і колбочок. Нервова тканина сітківці розташовується між падаючим світлом і шаром паличок і колбочок. Тому вона є прозорою, а кровоносні судини, що не прозорі, не видимі.

Палички – нічний зір. Палички можуть реагувати на малі кількості променистої енергії. Вони відповідають за здатність бачити при місячному світлі, світлі зоряного неба, і навіть у тих випадках, коли це зоряне небо сховане хмарами. Чутливість паличок максимальна при довжині хвилі падаючого світла 510 нм (зелена ділянка видимого спектра). Однак у нормальному оці палички не створюють відчуття червоного, жовтого, зеленого або синього кольорів. Вони забезпечують тільки ахроматичне сприйняття у вигляді білого, сірого та чорного кольорів. Більш того, кожна паличка не має безпосереднього зв'язку з мозком. Вони поєднуються в групи. Подібний пристрій пояснює високу чутливість паличкового зору, але перешкоджає розрізненню з його допомогою дрібних деталей. Ці факти пояснюють загальну безбарвність і нечіткість сутінкового зору і справедливість прислів'я: «Вночі усі кішки сірі».

У центральній ямці жовтої плями (діаметром ~10) немає жодної палички. Їх немає й у більш великій центральній області жовтої плями ~20. Але починаючи з границі цієї області, число паличок на одиницю площі сітківки зростає стосовно такого ж числа колбочок доти, поки на крайній периферії ділянки сітківки не можна знайти ні однієї колбочки. Щільність паличок максимальна на кутовому видаленні ~200 від центра жовтої плями. Відсутність паличок у самому центрі сітківки, що забезпечує найбільшу гостроту денного зору, породило приказку: «Що б бачити дуже слабке світло, потрібно взагалі не дивитися».

Колбочки – денний зір. Реакція колбочок більш складна, ніж у паличок. Замість простого розрізнення світла і темряви, а також сприйняття ниизки різних сірих кольрів, колбочки забезпечують сприйняття хроматичних кольорів (жовтий і синій, червоний і зелений кольори). Паличковий зір порівнянні з колбочковим більш чутливий до випромінювань короткохвильової (синьої) ділянки видимого спектра, а чутливість до випромінювань довгохвильової (червоної) ділянки спектра приблизно така ж, як у колбочок. Однак колбочки реагують на малі збільшення інтенсивності падаючого світла (формуючі зображення на сітківці) навіть коли щільність його потоку на якийсь час стає настільки велика, що палички вже не реагують на них – вони насичені. Тобто, усі палички в такому випадку дають максимально можливу кількість нервових сигналів. Таким чином, наш денний зір забезпечується майже цілком колбочками. Порушення чутливості до впливу світла за оссю довжин хвиль від колбочкового (денного) зору до паличкового (нічного) зору має назву ефект Пуркінье (Пуркіне). В 1823 р. Чеський вчений Пуркіне, обумовлює той факт, що об'єкт, червоний при денному світлі, сприймається людиною як чорний при нічному або сутінковому висвітленні, у те час як об'єкт, сприйманий вдень як блакитний, вночі здається світло-сірим.

Чутливість паличок викликане поглинанням енергії випромінювання світлочутливим пігментом – родопсином. Їх нечутливість у денний час пояснюється тим, що при адаптації ока до денного зору майже весь родопсин реагує під дією світла (відбілюється). Це відбілювання відбувається так швидко, що адаптація ока до денного висвітлення завершується протягом декількох хвилин. Єдиний спосіб відновлення чутливості паличок, полягає у відновленні в оці нормальної концентрації родопсину в паличках за рахунок внутрішніх процесів обміну. Ці процеси тривають біля 30 хвилин. Наявність у одному оці двох типів світлочутливих приймачів (паличок і колбочок) є великою перевагою.

Колбочки (загальне число яких ~7 млн.) розподілені по всій сітківці, за винятком так називаної сліпої плями – місця, де нервові волокна поєднуються і виходять з ока, утворюючі зоровий нерв. Найбільш щільно вони розташовані в центральній ямці жовтої плями, де немає паличок. Їх досить багато в області, що оточує центральну ямку, з кутовим діаметром до 50 (парафовельна область), де паличок ще дуже небагато. Невелика кількість колбочок є серед переважних паличок і на крайніх ділянках периферії сітківки, використовуємих тільки для погляду скоса. Поперечний переріз сітківки в області, де співвідношення числа паличок до числа колбочок дорівнює приблизно 4:1. На кінцях колбочок знаходяться щітки нервових закінчень, що дають багато можливостей для бічних з'єднань. Така будівля відповідає їх складним функціям. У центрі сітківки колбочки розташовані дуже близько одна до іншої, що дозволяє розрізняти при сприйнятті дуже дрібні деталі об'єкта. Фактично оптична система ока така, що ще більш щільне упакування колбочок навряд чи поліпшить наші зорові можливості. Не утримуючих паличок область (кутовим розміром у 20 має площу ~1мм2 і містить ~50000 колбочок. Стиснуті колбочки втратили характерну для них форму. Деякі колбочки мають щітки нервових закінчень. Таким чином, колбочки забезпечують людині гострий чорно-білий зір та менш гострий кольоровий зір. Зменшення гостроти кольорового зору пояснюють наступним чином: для адекватної реакції на колір необхідно використовувати дві або більш колбочок. Нервові закінчення, що ідуть убік, утворюють навколо самого центра найтонший з можливих шарів нервової тканини, у якому до того ж немає кровоносних судин. Тонкий шар нервової тканини формує центральну ямку жовтої плями.

Палички і колбочки – сутінковий зір. Сутінковий зір залежить від паличок і колбочок. Сумерки – це діапазон висвітлення, що простирається від висвітлення, створюваного випромінюванням від неба при сонці, що опустилося більше, ніж на кілька градусів за обрій, до висвітленні місяця, що піднявся високо в ясне небо у половинній фазі. До сутінкового зору належить і видимість у слабко освітленому (наприклад, свічами) приміщенні. Оскільки в таких умовах відносна участь паличкового і колбочкового зору в загальному зоровому сприйнятті безупинно змінюється, судження про колір відрізняються надійністю, але іноді люди, відповідальні за випуск продукції, дозволяють робити оцінку кольору при тьмяному висвітленні. Проте є низка продуктів, колірну оцінку яких необхідно здійснювати за допомогою змішаного зору, що пов’язано з споживанням продукції при тьмяному світлі. Матеріали, люмінесцентне вивчення яких має різні кольори, можуть бути дуже корисні людям, зобов'язаним працювати при тьмяному світлі у воєнний час або у фотографічній темній кімнаті. Однак вимірювання таких кольорів вимагає вирішення низки спеціальних технічних проблем.

Пігменти ока. Енергія випромінювання, що проникає через роговицю, не тільки фокусується роговицею і хрусталиком, але й змінюється за своїм спектральним складом за рахунок виборчого поглинання пігментами (хрусталика, жовтої плями) перетвориться в нервові імпульси за допомогою пігментів паличок і колбочок, а невелика її частина поглинається пігментом судинної оболонки.

 

2.2 Адаптація, акомодація, зорова інерція, критична частота мигтіння,послідовний образ

Акомодація, аберація, конвергенція.Око – система імерсійна. Тому передня фокусна відстань відрізняється від заднього не тільки за знаком, але і за абсолютним значенням.

В оці декілька поверхонь розділу різних середовищ, причому вони всі асферичні. Тільки приблизно можна вважати оптичну систему ока центрованою і виділити в ній оптичну вісь. Оптична вісь не проходить через центральну ямку. На центральну ямку лягає зображення крапки, на якій людина фіксує погляд. Напрямок погляду називають віссю фіксації або зоровою віссю. Кут між оптичною і зоровою осями дорівнює приблизно 50.

Показник заломлення хрусталика – приблизно 1,40. Тому при зменшенні радіуса кривизни поверхонь хрусталика оптична сила всього ока збільшується. Збільшення оптичної сили ока дозволяє фокусувати сітківці зображення предмета, що наближається до ока, тобто акомодувати око на різну відстань.

У різних людей оптична сила та довжина ока різні. При великій заломлюючій силі довжина ока менша, і навпаки. У спокою акомодація зображення нескінченне вилученого предмета утворюється на сітківці, око називають розмірним або еметропічним. Якщо предмет знаходиться на відстані 5 м, його фокусування для еметропічного ока має напругу акомодації тільки 0,2 діоптрії (дптр).

Параметри окремих елементів ока у різних людей можуть бути досить різні. Око (як й інші оптичні системі) має низку аберацій.

У центрі поля зору має місце сферична і хроматична аберації. За даними А.Іванова сферична аберація ока при зіниці 4 мм дорівнює приблизно 1 діоптрії. Приблизно таке ж значення має хроматична аберація. Оскільки заломлююча сила всього ока близько 60 дптр, відносна погрішність фокусування через аберації менш 2%.

На периферії поля зору з'являються нові аберації: астигматизм косих пучків, кривизна поля. Кривизною поля називають відхилення поверхні найкращого фокусування від площини. Чим більша відстань від центра поля зору, тим більше розмивається зображення внаслідок аберації.

Дозволяючу силу прийнято характеризувати граничним кутом δ, тобто кутовим розміром найменшого об'єкта, що ще розрізняється окремо. Дозволяючу силу ока називають гостротою зору. Визначають гостроту зору за різними тестами, найчастіше за кільцями Ландольта.

Аберації ока не зменшують її дозволяючої сили. Дозволяюча сила ока лімітується не абераціями, а основними законами природи. З видаленням від фовеа дозволяюча сила ока падає і вже обмежується абераціями. А поле зору ока надзвичайно широко: за вертикаллю близько 1100, за горизонталлю – близько 1500. Поле зору двох очей разом за горизонталлю майже 1800.

Малу гостроту зору на периферії компенсує рухливість очей. Коли об'єкт попадає до видимої області, обидва ока узгоджено фіксуюються на ньому, зображення потрапляє на фовеальні області сітчаток, де гострота зору максимальна.

Зоровий процес починається з того, що осі обох очей направляються на деяку точку предмета в просторі перед людиною і збігаються в ній під деяким кутом β. Це зведення осей очей називається конвергенцією. Чим ближче точка фіксації, тим більше кут конвергенції β. Одночасно відбувається фокусування фіксуємої точки, тобто акомодація. Чим більше β, тим сильніше ступінь акомодації.

Від кожного елемента зображення на сітківці в мозок посилаються нервові імпульси, складним чином, що кодує відомості про цей елемент. У мозку відбувається декодування імпульсів і відтворюються картини, що відповідають зображенням у кожному з очей. Ці дві картини зливаються в одну тривимірну картину, що дозволяє безпосередньо відчувати, які предмети знаходяться далі фіксованого, які ближчі і яким чином ці предмети відрізняються один від одного на відстані. За законами геометричної оптики на сітчатках виходять зворотні, тобто перевернуті зображення спостерігаємої картини.

Досвід і дія свідомості не тільки виправляють зображення, але приводять до повернення на місце предметів, розташування яких навколо нас ми безпосередньо відчуваємо.

Співвіднесеність– уроджена властивість зору, закріплена спадковістю в силу його величезного біологічного значення. Зір дає нам рельєфну картину реального світу, у якій положення предметів досить точно збігається з їх щирими положенням у просторі, причому вони відрізняються один від іншого за формою та кольором.

Адаптація. До властивостей, що характеризують відтворюючу систему, належить ступінь постійності її чутливості.

Ширина діапазону потужностей видимих випромінювань, що можуть збуджувати світлове відчуття, пояснюється здатністю ока пристосовуватися до різних рівнів яркостей, налаштовуватися на її середній рівень. Процес пристосування ока до зміни умов освітлення називається адаптацією (лат. adapto – пристосовую).

Чутливість (світлова, спектральна, контрастна та ін.) зорової системи не постійна, а залежить від низки чинників, з яких істотне значення має рівень освітленості. Око зберігає чутливість за різних умов освітлення. Це явище називається яскравісною адаптацією.

Наприклад. Людина цілком задовільно бачить при освітленості в 1 лк, створюваною ніччю вуличними ліхтарями, тобто при освітленості в 100000 разів меншій, ніж при яскравому сонці. Око дає безліч відомостей й у повний місяць, коли освітленість майже у 1000000 разів нижча, ніж при сонці. У безмісячну ніч при світлі зірок зір дозволяє людині орієнтуватися, хоча освітленість при цьому в сотні мільйонів разів нижча, ніж при відкритому сонці.

Окрім яскравісної відома колірна адаптація. Вона полягає в тому, що під впливом попереднього світлового освітлення, колірне сприйняття змінюється.

Наприклад. Опромінити сітківку насиченим червоним, то біле поле протягом часу адаптації здається зеленим.

Зміна чутливості ока в часі (кінетика яскравісної адаптації) показана на рис. 2.2. Процес збільшення чутливості при переході від великої яскравості до малої називається темновою адаптацією (рис. 2.2, а), якщо око пристосовується до великої яскравості, – світловою адаптацією. З рисунка видно, що зміна чутливості ока триває досить тривалий час. Для темнової адаптації це 40-60 хв. Швидкість світлової адаптації залежить від яскравості, на яку адаптується око. Чутливість падає тим швидше, чим вище ця яскравість. До великої яскравості спостерігач звикає за 4–8 хвилини.

В основі яскравісної адаптації лежать різні механізми. Один з них називається зіничним рефлексом. При зменшенні освітленості діаметр зіниці збільшується від 2 мм на яскравому світлу до 10 мм у напівтемряві. Світловий потік, що потрапляє в око, зростає при цьому в 25 разів, тобто пропорційно площі зіниці. Відповідно до цього збільшується й чутливість.

Потужніший механізм адаптації полягає в двоїстості сприйняття світла системою ока. Палички дозволяють відрізнити білу поверхню від чорної при освітленості 10–6 лк, якщо око адаптоване до такої низької освітленості. Чутливість же колб набагато нижча.

За мірою зростання освітленості палочковий механізм поступово вимикається. При освітленостях вище 10–2 лк зір стає колбочковим.

 

Рис. 2.2. Кінетика яскравісної адаптації: а – темнова адаптація (1 – адаптації передувала більша яскравість;

2 – мала передадаптаційна яскравість); б – світлова адаптація; цифри над кривими вказують передадаптаційні яскравості в кд×м–2

 

Механізм колірної адаптації полягає в зменшенні концентрації зорового пігменту в тих колбах, які особливо інтенсивно працюють при передадаптаційному освітленні. Так, e наведеному вище прикладі колірної адаптації відбувається зменшення концентрації пігменту в червоночутливих рецепторах. Внаслідок цього при розгляді білого поля працюватимуть головним чином зеленочутливі і синьочутливі колби і око отримає відчуття зелено-блакитного.

Зоровий процес в умовах зміни чутливості називається несталим. У момент закінчення адаптації чутливість ока стає постійною, зоровий процес при цьому називають сталим.

Усі колірні вимірювання та дослідження проводяться в умовах сталого зору (за винятком вивчення адаптаційного процесу).

Зорова інерція. Зорове відчуття викликається світловим сигналом не миттєво, а через деякий час після його початку, і, навпаки, світлове відчуття триває і після сигналу. Властивість зорової системи зберігати стан спокою або роботи протягом деякого часу після початку або припинення світлового сигналу називається зоровою інерцією. На рис. 2.3 показано співвідношення між сталим за яскравістю світловим сигналом (тонка лінія) і світловим відчуттям, що викликається їм, виражається світлотою (товста лінія). Штрихпунктирна лінія показує суму світлот, що виникають внаслідок дії двох послідовних світлових сигналів, розділених малим проміжком часу.

 

Рис. 2.3. Кінетика залежності відчуття світлоти

 

Як видно з рис. 2.3, відчуття світлоти виникає через деякий момент Dt після початку дії світла. На такий же час зміщений і початок спаду світлоти. Крива зміни світлоти у часі поділена на дві частини – одна описує зростання світлоти, а інша – її спад залежно від часу. Обидві частини кривої за формою близькі до експоненти.

Наслідком зорової інерції є злите сприйняття серії світлових сигналів при їх досить великій частоті. Якщо через досить малий час після першого світлового сигналу послідує другий (пунктирні лінії на рис. 2.3), то викликане ним відчуття в тій чи іншій мірі зіллється з першим. Чим менше проміжок часу, що розділяє сигнали, тим менш переривчасте світлове відчуття. При деякій частоті, коли падіння светлоты Dw не перевершує порогового значення, серія сигналів сприймається як один безперервний. Частота, що забезпечує безперервне зорове сприйняття переривчастих сигналів, називається критична частота мигтіння.

Внаслідок інерції зору зоровий образ зберігається у свідомості деякий час після того, як припинилася дія світла. Цей образ називається поcлідовним. Його виникнення пояснюється тим, що продукти фоторозпаду зорового пігменту відновлюються не відразу після припинення освітлення і негативні іони продовжують давати імпульси струму, що призводять до виникнення зорового відчуття.

На зоровій інерції заснована кінематографія. Коли частота кадрів рівна або перевищує критичну частоту мигтіння, послідовні образи кожного з кадрів зливаються в єдине враження.

Внаслідок зорової інерції після припинення освітлення зберігається не лише відчуття светлоты, але і колірності.

 

2.3 Основи теорії колірного зору, криві основних збуджень, погодженість їх координат, коефіцієнти яскравості

 

Теорії колірного зору пояснюють явища нормального та аномального колірного зору через:

– фізіологічні аспекти;

– психологічні аспекти.

Класичні досліди Ньютона за розкладанням білого світла на його складові та одержання знову складеного випромінювання з його частин необхідно вважати першими кроками до вирішення проблеми про сприйняття кольору оком. Досліди Ньютона за інтерференцією (кільця Ньютона) дозволили уперше вимірити довжину світлової хвилі і зв'язати з довжиною хвилі колір випромінювання.

Модель додавання кольорів Ньютон зобразив у вигляді кола. Щоб додати два кольори, необхідно до місця їх розташування на периферії привісити вантажі, пропорційні інтенсивності кожного кольору. Сумарний колір буде лежати в тій точці кола, до якої буде наведена рівнодіюча обох сил. За таким правилом можна складати і декілька кольорів. Центр кола відповідає білому кольору. Чим ближче до периферії, тим більше чистота одержуваного кольору.

М.В. Ломоносов першим висловив думку, що в оці знаходяться три речовини, визвано трьома різними ділянками видимого спектра. Уявлення про природу світлочутливих речовин сітківки Ломоносовим занадто конкретизовано, але твердження, що їх три і що їм відповідають три кольори, змішування яких дає всі інші кольори, – це вже основа трикомпонентної теорії зору.

Трикомпонентна теорія була розвита Томасом Юнгом (1773–1829). Юнг увів поняття про три основні кольори, змішування яких дозволяє одержувати інші кольори. У три ліхтарі були уставлені світлофільтри: зелений, синій і червоний. У середині картини перекривалися зображення всіх трьох кольрів і з'явився білий колір. Перекриття синього та зеленого давали блакитний, зеленого та червоного – жовтий, червоного та синього – пурпурний.

Юнгу було ясно, що трикомпонентність кольору не можна пояснити фізичними властивостями світла. Тобто, трикомпонентність кольору залежить від властивостей ока. Око має три приймачі з різними чутливостями до різних областей спектра. Підсумовування ступеня їх збудження світлом дає відчуття того або іншого кольору.

Д.К. Максвелл (1831–1879), що створив електромагнітну теорію світла, дуже цікавився колірним зором. Максвелл побудував перший колориметр, у якому вимірюваний колір Ц висвітлював половину поля зору, а інша висвітлювалася сумішшю трьох випромінювань: червоного, зеленого та синього. Інтенсивності кожного з випромінювань можна було змінювати доти, поки не підсилювалася рівність кольору обох полів приладу.

За основні Максвелл прийняв три спектральних кольори з довжинами хвиль lЧ=630 нм, lЗ=528 нм, lС=457 нм. Графічно змішування кольорів Максвелл зобразив у вигляді рівностороннього трикутника.

Спектрально-чисті кольори лежать на суцільній лінії за межами штрихового трикутника. При позитивних значеннях усіх трьох коефіцієнтів a, b і с можна одержати тільки кольори, що лежать усередині трикутника і на його сторонах.

За правилом додавання сил для деякого кольору Ц його положення на трикутнику Максвелла. Провівши з крапки білого кольору W через будь-яку крапку Ц пряму до його перетинання із суцільною лінією спектрально-чистих тонів, ми одержуємо довжину хвилі l кольору Ц. Чим далі крапка Ц від крапки W, тим більше чистота кольору Ц. Яскравість L залежить від абсолютних значень величин a, b і с.

На колориметрі Гельмгольца працювали Кеніг і Дітерічі. Роботи з розвитку та конкретизація трикомпонентної теорії проводили за двома напрямами: пошуку трьох речовин сітківки і залежності чутливості їх від довжини хвилі; вивчення чутливості трьох приймачів за даними колориметричних вимірів.

Зоровий процес, частиною якого є механізм дії колбочок і зорового нерва, повинний бути таким, щоб пророкувати колірні рівняння відповідно до законів Грасмана. Зоровий процес регулюється набором функцій спектрального розподілу, що лінійно пов'язані з функціями додавання кольорів, тобто функціями, що характеризують можливості спостерігача за додаванням кольорів. Функції додавання кольорів визначаються як координати кольорів рівно енергетичного спектра за аргументом довжини хвилі випромінювання (l) і вимірювані для певного набору основних кольорів.

Першим запропонував теорію колірного зору Томас Юнг: наявність у сітківці механізмів трьох типів, найбільш чуттєвих до короткохвильової ділянки видимого спектра, до середньохвильової ділянки і до довгохвильової ділянки.

Експерименти за рівнянням Максвелла і робота Грасмана з'явилися безперечними доказами на користь трикомпонентної теорії Юнга. Гельмгольц трохи змінив теорію Юнга з метою поширити її на дихроматичний зір є результатом подавлення однієї з трьох функцій спектральної чутливості, що контролюють реакції колбочок.

Функції додавання кольорів , стандартного колориметричного спостерігача МКО 1931 р. характеризують кольоровирівнюючи властивості жовтої плями середнього спостерігача з нормальним колірним зором. Як указувалося раніше, ці функції відповідають (уявлюваному) набору основних кольорів Х, Y, Z, що визначають три координатний колірний простір МКО 1931 р. Експериментально визначені відсутні основні кольори P, D, T, що характеризують три типи дихроматичного зору, можна виразити через основні кольори МКО Х, Y, Z. Так, наприклад, Р задається координатами кольору ХР, YР, ZР; D координатами ХD, YD, ZD; Т задається колірними координатами ХТ, YТ, ZТ. Потім виробляється просте лінійне перетворення типу рівняння (1.1) для того, щоб одержати координати квітів P, D, T з координат Х, Y, Z. Ординати , , функцій додавання, визначених МКО в 1931 р., також піддаються перетворенням, результатом яких є нові функції додавання . З цих останніх функцій можна одержати функції спектральної чутливості (спектральної світлової ефективності) трьох типів колбочек, що функціонують у нормальній сітківці. Для цього необхідно розділити на спектральний коефіцієнт поглинання всіх елементів ока, включаючи жовту пляму. Таким чином . Джадд розробив рівняння перетворення не тільки для теорії Юнга–Гельмгольца, але і для декількох інших теорій. При використанні основних кольорів Пітта виходять наступні рівняння перетворення, що пов'язують функції додавання МКО 1931 р. з реакціями колбочок Юнга–Гельмгольца:

 

(2.1)

 

З теорії Юнга-Гельмгольца видно, що протанопи повинні сприймати всі кольори у виді відтінків зеленого та фіолетового, а дейтеранопи – у вигляді відтінків червоного та фіолетового. Протанопи і дейтеранопи бачать відтінки синього та жовтого кольорів приблизно такими ж, як колірні тони, сприймані в звичайних умовах спостереження нормальним трихроматом на довжинах хвиль спектра 575 нм і 470 нм, відповідно.

Фік дав інше пояснення дихроматизму. Фік припустив, що колбочки, які реагують на червоний і зелений кольори, містять однакову суміш пігментів, що поглинають довгохвильове і короткохвильове випромінювання. Таким чином реакції на червоний і зелений кольори майже однакові, що відповідає реакції на жовтий колір.

У деяких теоріях, наприклад теорія Кеніга постулює, що відчуття яскравості обумовлене спрацьовуванням спеціального рецепторного механізму, що складає з груп колбочок, спектральна реакція яких збігається з функцією нормальної світлової ефективності. Сприйняття кольору забезпечується щонайменше двома іншими рецепторними механізмами, також утвореними групами колбочок, але з дуже вузькими смугами спектральної чутливості. Домінатори відповідальні за відчуття яскравості; модулятори, модулюючи домінантну реакцію, викликають відчуття кольору.

Теорія Ледда–Франкліна являє собою модифікації теорії Юнга–Гельмгольца, що підкреслюють необхідність враховувати реакції колбочок на психологічні основні кольори – червоний, зелений, жовтий і синій, а не червоний, зелений і фіолетовий кольори, як у теорії Юнга–Гельмгольца. Психологічні кольори мають унітарний колірний тон.

Теорія Геринга постулює наявність трьох типів протилежних пар процесів реакції на чорний і білий, жовтий і синій, червоний і зелений кольори. Ці реакції відбуваються на пост рецепторній стадії дії зорового механізму. Теорія Геринга висуває на перший план психологічні аспекти колірного зору. Коли три пари реакцій йдуть за напрямом дисиміляції, виникають теплі відчуття білого, жовтого та червоного кольорів; коли вони протікають асимілятивно, їм супроводжують холодні відчуття чорного, синього та блакитного кольорів.

Гурвич і Джеймсон розвили теорію Геринга протилежних процесів при колірному зорі до ступеня, коли різні явища колірного зору можуть бути кількісно пояснені як для спостерігача з нормальним колірним зором, так і аномальним колірним зором.

Як трикомпонентну теорію Юнга–Гельмгольца з її численними модифікаціями, так і теорію протилежних кольорів Геринга можна віднести до одно стадійних теорій. Обговорені вище трикомпонентні теорії розглядають головним чином фотохімічну (пігментну) стадію або рецепторну (колбочкову); у теорії протилежних кольорів основну роль має деяка пострецепторна стадія механізму зору. Фон Кріс, Шрьодингер, Адамс, Мюллер та інші поєднують трикомпонентні теорії і теорію протилежних кольорів з мультизонної або стадійної теоріями. Постулюється, що на кожній стадії є свій окремий набір основних кольрів, а разом з ним окремий набір функцій спектральних реакцій. Подібного роду багатостадійні теорії мали більше ступенів волі та дозволяли пояснити більше число різноманітних і суперечливих явищ, що належать до колірного зору. З усіх багатостадійних теорій найбільше повно розроблена багатостадійна теорія Мюллера.

Усі теорії колірного зору, постулюють на деякій стадії існування трьох типів колбочок, що


Дата добавления: 2021-01-11; просмотров: 625;

Поиск по сайту:

Воспользовавшись поиском можно найти нужную информацию на сайте.

Поделитесь с друзьями:

Считаете данную информацию полезной, тогда расскажите друзьям в соц. сетях.
Poznayka.org - Познайка.Орг - 2016-2024 год. Материал предоставляется для ознакомительных и учебных целей.
Генерация страницы за: 0.039 сек.