Как теория трехкомпонентности объясняет основные явления цветового зрения. Часть 1.
Содержание:
Описание
↑ Факты оптического смешения цветов
Выше мы видели, что для построения кривых трех основных цветовых возбуждений глаза трехкомпонентная теория цветового зрения использует факты смешения цветов, равно как и факты неразличения определенных цветов цветнослепыми. Естественно поэтому, что, отправляясь от таким образом построенных кривых основных цветовых возбуждений глаза, можно посредством их объяснять известные нам закономерности смешения цветов. Например, если дана какая-нибудь пара дополнительных цветов ?1 и ?2, то по кривым основных цветовых возбуждений для излучений этих длин волн должно удовлетворяться условие
К?1 + К?2 = З?1 + З?2 = С?1 + С?2,
где К, З и С — величины «красного», «зеленого» или «синего» основного возбуждений, как они даются ординатами кривых для ?1 или для ?2. Это требование следует из принятого теорией допущения, что ощущениям ахроматическим соответствует равновеликое возбуждение всех трех цветоощущающих аппаратов нашего зрительного анализатора.
Кривая видности спектральных цветов для колбочкового зрения, о которой говорилось выше, зависит от разной чувствительности колбочек к излучениям разной длины волны и обуславливает то, что при одной и той же энергии светового раздражителя различные спектральные цвета видны не одинаково яркими. Зеленовато-желтый цвет виден наиболее ярким,концы спектра (красный и фиолетовый) наиболее темные. Очевидно, что эти различные яркости спектральных цветов также должны находить себе объяснение в картине трех основных цветовых возбуждений глаза, построенной теорией трехкомпонентности. Такое объяснение дается тем, что основным цветовым возбуждениям приписываются различные яркостные коэффициенты. Федоровы, например, нашли этот коэффициент для «красного» основного возбуждения равным 1,00, для зеленого 1,47 и для «синего» 0,006. Если перемножить ординаты кривых основных цветовых возбуждений на эти коэффициенты и просуммировать ординаты каждой из кривых для каждого значения абсциссы, то в результате получится кривая распределения яркости в спектре для колбочкового зрения, или кривая видности дневного зрения. В основе такого рассуждения лежит признание аддитивности яркостей, т. е. того что при оптическом смешении цветов яркости компонентов складываются.
↑ Цветовой тон, яркость, насыщенность
Опыт показывает также, что изменение интенсивности раздражителя (в достаточно широких пределах) не влечет за собой изменения его цветового тона. Это означает, что тот или иной цветовой тон ощущается нами не потому, что возбуждения «красно-, зелено- и синеощущающих» аппаратов имеют определенную абсолютную величину, и не потому, что между ними имеется определенная по величине разность. Ощущение нами того или иного цветового тона соответствует тому, что между величинами основных цветовых возбуждений имеется определенное отношение. Отношение величин К, 3 и С при видении нами различных цветовых тонов оказывается различным. Минимальное возбуждение (например, С при раздражении глаз голубым светом с длиною волны 480 m?), величина которого повторяется и в остальных двух цветоощущающих аппаратах, на цветовой тон не влияет, поскольку равновеликие величины К, 3 и С соответствуют ощущению ахроматического, белого, цвета. Следовательно, долю, идущую на эту белую подмесь, мы должны вычесть из величин К и 3 (в нашем примере с голубым цветом) и взять отношение оставшихся после вычитания величин К и З.
[banner_centerrs] {banner_centerrs} [/banner_centerrs]
Если большее возбуждение обозначим через X1 , среднее через Х2 и третье, минимальное, через Х3, то цветовой тон будет определяться отношением:
можно видеть из приведенных выше кривых основных возбуждений, для многих цветов спектра величина Х3 оказывается равной нулю. В этих случаях цветовой тон, очевидно, определяется отношением большего к меньшему из двух имеющихся возбуждений.
В случае монохроматического раздражения, величины К, 3 и С в формуле обозначают просто величины соответствующих ординат трех основных кривых. В случае же действия на глаз смешанного света К, 3 и С берутся как суммы ординат возбуждения, взятые по всему тому участку спектра, который содержится в спектре раздражителя. Иначе говоря, в этом случае К, 3 и С обозначают площади или интегралы всего К, 3 и С возбуждения.
Если обратиться к кривым основных цветовых возбуждений, построенным Федоровыми, то можно увидеть, что весь спектр распадается на шесть участков, в которых цветовой тон определяется отношением величин К, 3, С, как показано в таблице
Что касается яркости цвета Н, то она есть линейная функция яркости соответствующих этому цвету основных возбуждений
H=hк К+h3З+hcC,
где hк h3 и hc — яркостные коэффициенты. Подсчет относительного значения яркости любого цвета, если нам известны соответствующие величины К, 3 и С, трудности поэтому не представляет.
Третья характеристика всякого цветового ощущения, как мы знаем, есть характеристика по насыщенности. Под нею понимается степень заметности цветового тона в данном цвете. Из трех кривых основных цветовых возбуждений глаза характеристику насыщенности цвета Экснер предлагал вычислять по формуле
где р — величина насыщенности, а Х1, Х2 и Х3 — соответствующие значения К, 3 и С возбуждений, причем Х3 — наименьшее. Смысл этой формулы вытекает из признания того, что насыщенность цвета тем больше, чем меньше в нем примеси ахроматического, белого, цвета.
Если вычислить по этой формуле насыщенность спектральных цветов, то окажется, что концы спектра — наиболее насыщенные, минимум же насыщенности приходится на зеленый цвет (около 500 т?). Последнее, однако, противоречит непосредственному впечатлению. Цветовой тон кажется в спектральных цветах наименее выраженным в области желтого и голубого участков спектра, а вовсе не в области зеленого. По-видимому, впечатление большей или меньшей насыщенности спектрального цвета определяется не только количеством ахроматической подмеси в нем, но и величиною того, насколько одно из основных цветовых возбуждений глаза превышает остальные два основных возбуждения. В длинноволновой части спектра таким «доминирующим» основным возбуждением будет возбуждение красноощущающего аппарата, в средней части спектра — зеленого, в коротковолновой — синего.
В отличие от экснеровской, сходная с опытными данными кривая (рис. 29)
Рис. 29. Теоретическая кривая насыщенности спектральных цветов (вычисленная по нашей формуле)
может быть получена и путем вычисления из трех кривых основных цветовых возбуждений глаза, если исходить из высказанного выше положения, и определять насыщенность по формулам:
для длинноволновой части спектра
для средней части
для коротковолновой части
Сравнительная насыщенность различных спектральных цветов опытным путем определялась посредством нахождения так называемого «первого порога» хроматичности, т. е. путем установления того минимального количества цветового раздражителя, который надо прибавить к белому для того, чтобы впервые возникло ощущение того или иного хроматического цвета. Величина, обратная этому количеству, как показатель насыщенности разных лучей спектра, приведена на рис. 30
Рис. 30. Опытная кривая насыщенности спектральных цветов (по Мартину и др.)
[по данным одного из испытуемых в опытах Мартина с сотр. (Martin и др., 1932)].
↑ Различение цветовых тонов в спектре
Опытами ряда авторов (Мандельштам, 1867; Добровольский 1872) установлено, что чувствительность глаза к изменению длины волны в различных частях спектра весьма различна. Изменение цветности, по данным некоторых наблюдателей особенно хорошо заметно в четырех областях спектра: в зеленовато-голубом (494 m?, оранжево-желтом (585 m?), оранжевого-красном (637 m?) и в синевато-фиолетовом (443m?).
В желтом и голубом требующаяся разница в длине волны может быть всего около 1 m?. Напротив, в средней части спектра (в зеленом) и особенно в его концах (фиолетовом и красном) глаз реагирует на изменение длины волны значительно грубее. От красного цвета с длиной волны в 655 m?, до красного конца спектра и от фиолетового цвета с длиной волны 430 m? до фиолетового конца спектра глаз, например, вовсе не ощущает разницы в цветовом тоне.
В работах Райта и Питта (Wright, 1946), проведенных над пятью подопытными лицами, ставится под сомнение существование четвертого максимума различительной чувствительности в области оранжевато-красного цвета. Названными авторами приведена кривая, где по абсциссе отложены длины волн исходного цвета, по ординате — минимальная заметная разница. Яркость цветов бралась во всех случаях одинаковой.
С точки зрения трехкомпонентной теории цветового зрения и построенных в согласии с ней трех кривых основных цветовых возбуждений глаза, естественно, ожидать, что чувствительность глаза к различению цветов должна быть наибольшей в тех областях спектра, где отношения величин основных цветовых возбуждений глаза К, 3 и С меняются наиболее быстро. Это следует из того, что цветовой тон определяется отношением величин К, 3 и С.
Федорова (1928) показала, что нужное положение минимумов чувствительности для различения цветности мы можем получить, исходя из кривых основных возбуждений Кенига (c поправками Айвса) если вычислять не просто разность отношений К, 3 и С для двух соседних длин волн, т. е. не f(?2)-f(?1), а относить эту разность к величине отношения К, 3 и С, характеризующего среднюю между взятыми длину волны ?m, т. е. вычислить значение
↑ Изменение цветовых тонов в спектре при изменении яркости и при прибавлении белого
При незначительных изменениях интенсивности света цветовые тоны спектральных лучей не обнаруживают заметных изменений. Если же интенсивность меняется значительно, в цветовом тоне многих спектральных лучей уже происходят сдвиги.
Так, Бецольдом (Bezold, 1873) и Брюкке (Briicke, 1878) было описано, что при постепенном ослаблении яркости спектра желтые и голубые тона перестают быть видимыми и на всем протяжении спектра различаются лишь цвета красные, зеленые и фиолетово-синие. В сравнительно недавнее время это так называемое «явление Бецольда — Брюкке» было количественно изучено Парди (Pardy, 1931). Результаты его опытов изображены кривой на рис. 31.
Рис. 31. Кривая изменения цветового тона при изменении яркости (треугольниками и крестиками указаны результаты вычислений)
Ординаты этой кривой показывают то изменение в длине волны, которое соответствует цвету, одинаковому с цветом, обозначенным по абсциссе, если интенсивность света ослабить в 10 раз (с 1000 до 100 фотонов). Из хода кривой видно, что оранжевато-красные цвета сдвигаются в сторону красных, желтовато-зеленые в сторону зеленых, голубовато-синие цвета или зеленеют, или синеют. В смещении всех видимых цветов спектра при ослаблении света к трем цветовым тонам — красному, зеленому и синему — можно видеть также один из аргументов в пользу того, что именно красно-, зелено- и синеощущающие физиологические аппараты лежат в основе нашего цветового зрения.
Установленная опытным путем кривая изменения цветовых тонов спектральных лучей при ослаблении интенсивности света может быть выведена и количественно из трех кривых основных цветовых возбуждений глаза. Такие вычисления были произведены Федоровыми; результаты этих вычислений показаны на рис. 31 треугольниками и крестиками. Мы видим, что в пределах 640—500 m? теоретические подсчеты хорошо совпадают с экспериментальными данными. В основу подсчетов Федоровых положено сделанное ими допущение относительно того, что цветовой тон определяется не отношением
Федоровыми же (1935) доказана возможность дать на основании кривых трех основных цветовых возбуждений глаза объяснение и так называемому явлению Эбнея (Abney, 1913). Это явление состоит в том, что цветовой тон многих спектральных излучений изменяется, если подмешать к этим излучениям свет, «разбавить их белым». Наблюдаемые здесь сдвиги цветовых тонов выражаются в том, что красные тона желтеют, желтовато-зеленые также желтеют, синие же тона при «разбелке» их приобретают фиолетоватый оттенок. Федоровы полагают, что цветность «разбеленных» спектральных цветов может определяться функцией
где S - количество белого, подмешиваемого к данному спектральному. Подсчет цветовых тонов разбавленных спектральных лучей по этой формуле действительно дает кривую, хорошо воспроизводящую факты, наблюдаемые на опыте.
Продолжение в следующей статье: Как теория трехкомпонентности объясняет основные явления цветового зрения. Часть 2.
---
Статья из книги: Цветовое зрение | Кравков С. В.
Комментариев 0