Иллюзии и парадоксы цветового зрения

Материал из свободной русской энциклопедии «Традиция»
Перейти к: навигация, поиск
Icons-mini-icon 2main.png Основная статья: Нелинейная теория зрения

Зрение человека - сложный процесс зрительного восприятия света, на многих стадиях которого возникают различные оптические иллюзии.

Иллюзии и парадоксы цветового зрения различаются лишь тем, что иллюзии — это результат недопонимания, а парадоксы — результат ошибочных представлений исследователей.

Нобелевский лауреат П.Л.Капица обнаружил, что жидкий гелий может течь и вверх. Он не стал искать антигравитацию и не называл эффект сверхтекучести парадоксом. Другой Нобелевский лауреат, Л.Д. Ландау, в 1940 году создал теорию сверхтекучести жидкого гелия, а позже в 1941 году теорию квантовых жидкостей и всё стало на место. Парадокс не состоялся.

Парадоксы зрения, которые трёхкомпонентная теория не позволяет объяснить, стараются либо «не замечать», либо «сваливают» проблему на работу мозга, вместо того, чтобы пересмотреть саму несостоятельную теорию.

Пожалуй самый странный парадокс — это даже не сами эффекты, а отношение к ним.

Эффекты зрения принято делить на статические, не зависящие от времени, наблюдающиеся непрерывно и динамические, проявление которых меняется во времени. Все эффекты зрения хорошо описываются нелинейной двухкомпонентной теорией цветового зрения, так, что объяснение здесь приводится сокращённо.

Наиболее интересные эффекты[править]

Константность цвета[править]

Icons-mini-icon 2main.png Основная статья: Константность цвета

Иллюзия расстояния до цветных кружков[править]

Расположим на нейтральном сером поле два одинаковых по размерам кружочка: красный и синий. Будет казаться, что синий кружок расположен дальше, а красный — ближе. Трёхкомпонентная теория объяснить это не может. Согласно законам физики лучи света от объекта преломляются хрусталиком, обладающим существенной хроматической аберрацией, из-за которой изображение синего объекта проектируется на сетчатку ближе, а красного глубже, как в фотоаппарате с плохой линзой вместо объектива. Согласно нелинейной теории в цветовосприятии участвует не только колбочка, но и палочка, которая длиннее колбочки. Светочувствительные области рецепторов находятся на разных уровнях. Глаз честно сообщает мозгу, что он видит.

Эффекты Бетцольда-Эбнея и Бетцольда-Брюкке[править]

Рис. 1. Эффект Бетцольда-Брюкке. Δλ. - кажущееся спектральное изменение при изменении яркости
Рис. 2. Цветокоординатная система нелинейной модели и кривая видности глаза. Кривая, описывает положение спектральных цветов (непрерывного спектра полученного разложением призмой белого солнечного света) на координатной плоскости.

Интересны эффекты Бетцольда-Эбнея и Бетцольда-Брюкке. Это явление впервые обнаружил Бетцольд в 1873 году, позднее, независимо от него это же описал Брюкке в 1878 году. Суть их в том, что при увеличении яркости цветного объекта или при «разбавлении» цвета белым, ощущаемый цвет меняется. Но это происходит не со всеми цветами. Жёлтый и его противоположный, дополнительный цвет — синий, а также зелёный не меняются. Не меняются цвета, которые соответствуют длинам волн около 465, 507 и 571 нанометров (см. рис. 1). [1]

Эффект изменения воспринимаемого цветового тона при увеличении интенсивности, свойственен для всех цветовых тонов, за исключением трех спектральных (465 нм, 507 нм, 571 нм) и одного неспектрального (смешанного), пурпурного. При понижении интенсивности, как обнаружил У. Эбней, происходит аналогичное изменение цветовых тонов[2].

Трёхкомпонентная теория не может дать внятного объяснения этому явлению.

Согласно нелинейной теории цветного зрения эти цвета лежат на осях координатной системы, на которых лежит и противоположный зелёному - пурпурный, который кстати также не меняется (см. рис. 2). Пурпурного цвета в спектре нет и изначально исследователи его проигнорировали. Потребовалось столетие, чтобы на него обратили внимание, притом не физиологи, а психологи. Теперь всё стало на место, как того требует нелинейная теория. Но почему же меняется воспринимаемый цвет?

Сигнал рецепторов (светочувствительных клеток глаза) пропорционален не самому световому потоку, а его логарифму, из-за чего приращение сигнала обоими областями колбочки и палочки будут неодинаковыми, следовательно, отношение сигналов изменится, следовательно изменится и цвет. Естественно, если приращения будут одинаковые то и величина отношения будет одинакова, следовательно и цветность не изменится, что соответствует только точкам, лежащим на координатных осях.

Эффект Джадда[править]

Так же объясняется и эффект названный «телефонным» эффектом Джадда. Если на цветном, например, зелёном поле поместить небольшой кружок белой или серой бумаги, он «приобретает» красный оттенок. Сам Джадд пытался объяснить этот эффект тем, что возбуждённые зелёно-чувствительные рецепторы наводят «помехи» на красно-чувствительные, подобно тому, как в пучке телефонных проводов один разговор может наводиться на соседнюю пару проводов.

Зелёный луч[править]

Icons-mini-icon 2main.png Основная статья: Зелёный луч

Ещё один известный эксперимент. На фоне освещённой белой стенки включите на несколько секунд яркую красную лампочку и зафиксируйте на ней взгляд. Выключите лампочку. Вы увидите оставшийся в глазу след от лампочки, но....зелёный! Трехкомпонентная теория вместо объяснения ссылается на работу мозга, а кто знает как работает мозг...?

Ещё один «парадокс» будоражит умы уже не одно столетие. Этот эффект принято называть «зелёный луч». Для того, чтобы его увидеть, необходимо уехать на море, дождаться у моря погоды и наблюдать заходящее за морские волны солнце. Если на горизонте небо ясное, то в момент захода за горизонт иногда красное солнце на мгновение станет зелёным. Объяснений было множество, в том числе влияние «зеленоватых» паров воды, спонтанное образование световодных каналов в атмосфере, скачкообразное изменение коэффициента преломления, кратковременное психическое «очарование» и др. Со временем это явление пополнилось ещё и мистикой, что мол ещё реже луч может быть даже синий. При множестве "объяснений" до сих пор никто не удосужился промоделировать это явление. Что же произойдёт? Перед освещённой белой стеной установите яркий красный светодиод, включите его и зафиксируйте на нём взгляд на несколько секунд затем выключите его. На фоне белой стенки вы увидите — зелёный луч! Включая и выключая светодиод вы можете наблюдать его сколько угодно раз, не ожидая у моря погоды.

В темноте глазные рецепторы поляризованы (заряжены). При попадании света они деполяризуются (разряжаются) и при затемнении поляризуются вновь. При этом меняется и направление движения зарядов. Так, как сигнал цветности зависит не только от величины разбаланса рецепторов, но и от направления движения зарядов, отклонение цвета будет происходить в разные стороны от точки белого (см. нел. координатную систему) вдоль прямой, проходящей через эту линию. Видимый цвет при переключении «свет — тьма» будет меняться на противоположный.

Последовательные образы[править]

Первый опыт: Если после напряжённого наблюдения небольшой зелёной полоски (вследствие чего снижается чувствительность к зелёным цветам) перевести взгляд на большую белую поверхность, то в течение некоторого времени будем видеть на ней полоску, окрашенную в цвет дополнительный к зелёному (т. е. пурпурный в данном примере), который быстро исчезает. Этот цвет называют последовательным образом.[3]. При использовании пурпурной полоски, последовательным образом будет соответственно зелёный.

Второй опыт: Возьмём квадратную пластинку, разделённую на четыре части, каждая из которых окрашена в один из четырёх цветов: зелёный, синий, жёлтый, красный. Если в течение 15-20 секунд фиксировать взгляд на середине пластинки, а потом быстро заменить пластинку листом белой бумаги, мы увидим на ней четыре цветных квадрата, окрашенные в цвета, близкие к дополнительным цветам четырёх квадратиков пластинки: красно-пурпурный, оранжевый, пурпурновато-синий, сине-зелёный.[4].

Третий опыт: Если в течение нескольких секунд неподвижно смотреть на красное пятно, а потом перевести взгляд на белую бумагу, то мы увидим на бумаге зелёное пятно. Если рассматривать жёлтый кружок, то на бумаге увидим синий, и наоборот.[5].

Четвёртый опыт: В темной комнате на расстоянии 30 - 40 см от глаз располагают экран из черной бумаги размером около 40 Х 40 см, в центре которого прокалывают отверстие диаметром 2 мм. Через это отверстие на глаз наблюдателя направляется свет от вплотную приставленного к отверстию диапроектора. Опыт ставят дважды с интервалом 5 - 10 минут, так как при столь ярком свете потенциал восстанавливается за 3-5 минут. Так как постоянные времени палочки и красночувствительной области колбочки отличаются больше всего, в первом опыте свет пропускается через синий фильтр, во втором - через красный.

Включив проектор, нужно зафиксировать взгляд на светящейся точке на 5 - 10 секунд, затем резко закрыть оба глаза - возникнет последовательный образ светящейся точки. Если точка была красной, то при закрытых глазах на темном фоне она останется красной. Сильно возбужденный рецептор продолжает «по инерции» выдавать оба сигнала, яркостный и цветовой. Так как первый достаточно велик, на его фоне будет передаваться и сигнал разбаланса. Если взгляд перевести на светлый белый фон, яркостный сигнал будет определяться уже поляризованными элементами системы и произойдет инверсия знака разбаланса - ощущаемый цвет изменится на противоположный.

Инверсию цвета очень легко заметить, если после 10-секундной фиксации точки закрыть глаза, прикрыть их ладонью и перевести взгляд на приготовленный заранее лист белой бумаги. Затем включить настольную лампу, ярко осветив ею бумагу, убрать ладонь и следить за последовательным образом, медленно открывая глаза. По мере увеличения видимой яркости листа цвет последовательного образа поблекнет, исчезнет, а потом появится противоположный. Если фиксировалась синяя точка, эффект будет непродолжительным и малозаметным. Если же фиксировалась красная точка, закрывая и открывая глаза, можно в течение 10 - 15 секунд многократно наблюдать инверсию цвета на зелёный.

Подобный эффект зрения можно наблюдать в домашних условиях, включая и выключая красный светодиод на фоне светлой стены или листа бумаги. Зелёный луч будет наблюдаться исключительно при выключении светодиода (не может появиться какого бы то ни было свечения, перед включением выключенного светодиода). При этом можно сколь угодно долго пытаться фотографировать этот процесс, но зелёного цвета от красного светодиода, исправная фототехника никогда не зафиксирует, так как его там попросту нет.

Пятый опыт: В затемнённом помещении на белой стене поместим чёрный круг диаметром 15-20 см. Осветим стену яркой красной лампой. Зафиксируем на круге взгляд на 10-15 секунд и выключим лампу. Увидим красный круг на зелёном фоне. Согласно сказанному ранее всё ясно, кроме... Откуда взялось изображение, к тому же цветное, там, где было чёрное?

Освещённые рецепторы деполяризовались, их заряд уменьшился. Неосвещённые заряд сохранили. После выключения света разряженные рецепторы стали заряжаться, ток изменил направление и стал ощущаться противоположный, дополнительный цвет — зелёный. Неосвещённые, неразряженные, начали делиться запасами энергии с разряжёнными. Ток пошёл от них к разряженным. Пошёл ток — виден свет противоположного красного цвета. Согласно нелинейной теории этот цвет - пурпурный. Почему же наблюдатели видят красный? При внимательной проверке видно, что вначале цвет пурпурный, а затем переходит в красный. Почему?

Энергия фотонов зависит от частоты электромагнитных колебаний, поэтому, для получения равных потенциалов глаз вынужден накапливать больше фотонов в красной области спектра, чем в синей, используя по выражению электронщиков более высокую «постоянную интегрирования» в красной области. При этом увеличивается время «переходных процессов». Синий последовательный образ должен исчезать быстрее, чем красный, так же, как и заряд меньшего конденсатора (аккумулятора) исчезает быстрее. Это легко проверить. Этот эффект хорошо наблюдается и при использовании зелёного, жёлтого или синего освещения, однако, в силу меньшей постоянной интегрирования, он менее продолжителен и менее ярок.

Тот же эффект можно наблюдать, есть долго смотреть на какой-нибудь ярко окрашенный объект, а потом резко перенести взгляд на белую стену или простыню. Вы увидите контур того объекта, окрашенный в цвет обратный исходному.

Эффект Пуркинье, сумеречное зрение[править]

Icons-mini-icon 2main.png Основная статья: Эффект Пуркинье

Самым интересным и самым непонятным явлением (хотя и считается самым понятным) можно считать переход от цветового зрения к сумеречному, нецветовому и обратно. Понять явление поможет эффект Пуркинье описанный Яном Эвангелиста Пуркинье в 1825 году, суть которого заключается в том, что при наступлении сумерек, когда освещённость падает, яркие красные цвета темнеют, а более тёмные синие кажутся более светлыми.

Если взять два предмета окрашенных в синий и красный цвет, то в полутьме синий будет казаться ярче красного, хотя при хорошем освещении красный гораздо ярче синего.

Лауреат Нобелевской премии по физике 1965 года Ричард Фейнман в своих "Фейнмановских лекциях по физике" в томе 3, главе 35 пишет о двух интересных следствиях: "...первое - это обесцвечивание предметов (в слабом свете), а второе - различие в относительной яркости двух предметов, окрашенных в разные цвета. Оказывается, палочки видят синий край спектра лучше, чем колбочки, но зато колбочки видят, например, тёмно красный цвет, тогда как палочки его совершенно не могут увидеть..."[6]

Для трёхкомпонентной теории, требующей наличие трёх типов колбочек для цветовосприятия, палочки оказываются лишними. Зачем же они нужны?

Было замечено, что в случае, когда сетчатка глаза состоит только из колбочек, цвет ощущается. Курица, глаз у которой колбочковый, цвета различает, но в сумерках теряет зрение - явление, носящее название «куриной слепоты». Так называют медики особенность беспалочкового глаза человека, у которого третий тип цветоаномалии, чувствительность в сумерках резко падает.

К примеру, глаз совы содержит только палочки. Цвета сова не различает, зато видит ночью. Есть люди, в глазах которых имеются только палочки; такие люди цвет не различают; выйдя из темного помещения на солнечный свет, они некоторое время ничего не видит, так как сильный свет слепит их.

Не структура органов зрения вызвала определенный образ жизни, а образ жизни вызвал направленную эволюцию зрения. Однако обе точки зрения не отрицают того, что орган зрения состоит из двух отдельных аппаратов: сумеречного, нецветочувствительного палочкового и дневного, чувствительного к цвету - колбочкового. Не отрицают. Но и не подтверждают, как кажется на первый взгляд.

Площадь светочувствительной поверхности сетчатки можно условно разделить на две части: большую палочки, меньшую - колбочки. Могла ли природа не использовать значительную часть светочувствительной поверхности глаза, выключив из работы колбочки именно тогда, когда необходима максимальная чувствительность, - ночью, когда хищники наиболее опасны? Какой смысл приобретать черно-белый телевизор специально для просмотра черно-белых передач, если имеется цветной, который прекрасно воспроизводит черно-белые?

Для того чтобы ощущать цвет, необходимо в спектре освещения наличие всех составляющих: и синей, и зелёной, и жёлтой, и красной. В дневном свете все эти составляющие есть. Ночью нет ни красной, ни синей, а только зелёная область спектра. Днём света достаточно, чувствительность может быть ниже; ночью света мало, чувствительность должна быть максимально возможной.

Аналогичная проблема стояла перед радиотехникой в отношении приема электромагнитных волн, только не в видимой области спектра, а в более длинноволновой - радиочастотной. Так же, как и в оптическом диапазоне, чем шире принимаемая область спектра, полоса пропускания, тем больше информации можно принять. В случае телевидения это четкость изображения, в случае радиоприёмника - качество звучания. Широкая и равномерная полоса пропускания достигается использованием нескольких приёмных элементов - колебательных контуров, каждый из которых настроен на несколько отличающуюся друг от друга длину волны. В этом случае общая чувствительность сравнительно невысока. Если интенсивность электромагнитных волн достаточна, прием производится с высоким качеством. Если же сигнал слабый, то повысить чувствительность можно, настроив все контуры на одну и ту же длину волны. Чувствительность возрастёт, но полоса пропускания сузится, чёткость изображения ухудшится, зато основные его детали будут достаточно хорошо видны. В некоторых типах телевизоров и радиоприёмников раньше были ручки управления шириной полосы пропускания. У телевизоров это были регулировка "чёткости", на радиоприёмниках - "полоса". В технике не пользуются двумя приёмниками на разную полосу. Используется один, но с переменной полосой пропускания; ширину её можно менять либо плавно, либо скачкообразно.

Зачем природе отказываться от возможности перестройки полосы пропускания пигментов глаза и использовать ещё один механизм зрения, как принято считать сегодня?

В палочке содержится зрительный пигмент - родопсин, который под действием света разлагается, выцветает. Считается, что именно выцветание родопсина вызывает возбуждение рецептора.

Отсутствие родопсина - это ещё не слепота. Более вероятно, что роль зрительного пигмента состоит и в том, чтобы увеличивать вероятность захвата фотонов определённой области спектра, т. е. пигмент «настраивает» фоторецептор на необходимую длину волны.

Родопсин может перестраиваться. Почему это осталось незамеченным? Во-первых, потому, что, как предполагалось, сам акт зрения обусловлен разложением, выцветанием родопсина. Поэтому его спектральные свойства исследовались при минимально возможных освещённостях, работа производилась в полной темноте или при темно-красном освещении. Во-вторых, максимум разложенного родопсина лежит в области невидимых ультрафиолетовых лучей. Дело в том, что спектральные исследования проводились на извлеченном из глаза родопсине. Если бы его спектральные характеристики изучались с учетом того, что роговица и хрусталик задерживают ультрафиолетовые лучи (напомним, что глаз с удаленным хрусталиком видит и «невидимые» ультрафиолетовые лучи), исследователи смогли бы заметить, что характеристика поглощения палочки с разложенным родопсином соответствует гипотетическому пигменту цианолабу, который до сего дня не обнаружен.

Родопсин под действием света непрерывно разлагается, а благодаря витамину А непрерывно восстанавливается. Много света - больше разложенного родопсина, мало света - больше восстановленного.

Согласно нелинейной модели дифференциально чувствительный элемент - колбочка - сравнивает спектральное распределение по двум длинам волн: соответствующим максимумам хлоролаба - 540 нанометров и эритролаба - 590 нанометров. Дифференциальная система колбочка - палочка производит сравнение также по двум максимумам - суммарному максимуму колбочки, 570 нанометров, и... какой из двух максимумов родопсина выбрать? Синий - 465 нанометров или зелёный - 500? Модель их не выбирает. Она производит их сравнение по максимальной амплитуде.

Если освещённость высока, в качестве максимума сравнения используется «синий». Ширина воспринимаемой анализатором цвета области спектра велика, ощущаются все цвета. При уменьшении освещённости величина «синего» максимума уменьшается, появляется «зелёный» максимум, влияние которого состоит в увеличении чувствительности в зелёно-голубой области спектра. В силу уже рассмотренного нами свойства глаза корректировать изменение спектрального состава влияние «зелёного» максимума глазом замечено не будет. При дальнейшем снижении яркости влияние растущего «зелёного» максимума будет увеличиваться незаметно для глаза до того момента, когда оба максимума не станут близкими по величине. Эти условия, соответствующие наступлению сумерек, глаз уже не в состоянии скомпенсировать. Чувствительность голубой области спектра возрастает настолько, что белые объекты приобретают голубой оттенок. Это и есть известный издавна эффект Пуркинье, названный так именем чешского физиолога, впервые подробно описавшего его. Такое объяснение этого эффекта - единственное объективное сегодня.

Рис. 3. Спектральная характеристика зрения: а - сумеречная палочковая; б – колбочковая; в — кривая спектра ночного света

При дальнейшем уменьшении освещённости скорость восстановления родопсина превысит скорость его разложения, «зелёный» максимум станет больше синего и система переключится на сравнение по «зелёному» максимуму. Область спектра, воспринимаемая анализатором цвета, резко сузится. Спектральная характеристика глаза примет вид, изображенный на рис. 3. Цветовые сигналы станут ничтожно малыми, и о распознавании цвета не может быть и речи. Глаз переключился на сумеречное зрение.

На первый взгляд может показаться, что целесообразнее была бы плавная регулировка ширины воспринимаемого спектра, как в телевизорах и радиоприёмниках, а не скачкообразное переключение. Однако это не так. Плавное изменение положения максимума кривой поглощения вызвало бы такие невероятные изменения ощущаемых цветов, что даже светофоры стали бы не нужны. Природа выбрала самый оптимальный, по крайней мере с точки зрения физики, механизм перестройки.

Яркостный сигнал образуется сложением возбуждения палочки с возбуждением двух областей колбочки. На рис. 3 приведены кривые видности для колбочкового зрения и палочкового, которые сняты при слабом освещении, т. е. при почти полностью восстановленном родопсине. Вдоль оси абсцисс отложены длины волн, вдоль оси ординат - чувствительность. Если эти две кривые сложить, окажется, что общая чувствительность резко возрастет. При этом сумеречная кривая почти повторяет спектральную кривую рассеянного ночного света. Оказывается, глаз перестраивается точно в необходимую область спектра, увеличивая при этом свою чувствительность вплоть до теоретического предела, до одного - двух фотонов!

Итак, с позиции нелинейной модели, все рецепторы (колбочки и палочки) работают одновременно, как единое целое, независимо от условий освещённости. [7]

Эффект Фехнера-Бенхема[править]

Icons-mini-icon 2main.png Основная статья: Иллюзии и парадоксы цветового зрения

Эффект Фехнера-Бенхема - следует относить к динамическим эффектам зрения проявляющимся в возникновении ощущения цветов, возникающих при наблюдении модулированного по времени светового потока естественного белого света. Наиболее известной реализацией эффекта является так называемый диск Бенхема, вращающийся диск, с нанесенными на него в определённом порядке чёрно-белыми полосами - секторами.

Само по себе ощущение цвета от действия неокрашенного белого света с позиций трёхкомпонентной теории кажется просто невероятным. Белый свет в одинаковой степени должен действовать на все три типа колбочек; иначе действует он на палочку, но никакой цветовой информации (согласно трёхкомпонентной теории) она выдать не может. Попытки объяснить эти явления сводились к одному: коль цвета нет, то цветового сигнала рецептора быть не должно. Поэтому наблюдателю только кажется, что он видит цвет; ощущение цвета - субъективное явление, обусловленное непонятной особенностью работы мозга. Это явление было также отнесено к области с малопонятным названием «психофизика». Попыток дать объяснение этому эффекту в литературе мало. Его либо приводят без объяснений, либо предпочитают вообще не упоминать о нем.

Объяснение эффекта Фехнера-Бенхема с позиции нелинейной теории цветового зрения

Любой процесс происходит не мгновенно. Для того чтобы он установился, требуется определённое время. С точки зрения энергетической работу рецептора можно грубо представить как процесс перекачки через него энергии от внешних источников. В начальном состоянии рецептор «заряжен» каким-то количеством энергии, при попадании на него света он разряжается. В заряженном рецепторе электрическое поле очень сильное, он находится в сильно поляризованном состоянии. Это соответствует случаю, когда рецептор долгое время пребывал в полной темноте. Поляризация настолько высока, что рецептор может «сработать» - выдать импульс под воздействием не только света, но и малейших тепловых, механических, электрических воздействий. Эта спонтанная импульсация вызывает появление в полной темноте зрительных шумов, фона, который ощущается как мелкие светящиеся точки, хаотически появляющиеся и исчезающие по всему полю зрения.

При включении света рецептор, находившийся в режиме максимальной чувствительности, начинает генерировать импульсы, частота следования которых вначале очень высока, мало зависит от интенсивности света и в первый момент времени определяется только свойствами мембраны рецепторной клетки. Если действие света продолжается, начинается ионизация и разложение молекул зрительного пигмента, физические свойства которого изменяются. При этом вероятность захвата фотонов снижается, так как пигмент начинает «выцветать». Образовавшиеся ионы тормозят восстановление двойного потенциального слоя. Два эти фактора вызывают уменьшение частоты импульсов. Как только в рецепторе процессы стабилизируются, стабилизируется и частота импульсации.

Само собой разумеется, что чем больше общая интенсивность света, тем меньше будет увеличение частоты при одном и том же изменении интенсивности; т. е. приращение частоты не пропорционально приращению интенсивности света. Это очень хорошо ощущается при выходе из темного помещения на освещённую солнцем улицу. Вначале свет кажется очень ярким. Спустя некоторое время глаза привыкают, свет уже не «режет» глаз. Поляризация рецепторов становится невысокой.

Обратное действие происходит при входе в темное помещение. Чтобы глаз «привык» к темноте, требуется определённое время, в течение которого устанавливается соответствующий уровень поляризации. Процесс поляризации, восстановления гораздо более длителен. Глаз быстрее привыкает к свету, чем к полумраку. Описанное свойство зрения называется адаптацией (приспосабливанием), Энергия «синего» фотона, в два раза выше энергии «красного». Чтобы реакция на «красный» фотон была такой же, как и на «синий», вероятность захвата первого должна быть больше, поэтому размер красночувствительной области должен быть значительнее, а следовательно, должны быть больше и её электрохимическая емкость и зависящая от нее постоянная времени. Это значит, что при включении света переходные процессы будут равной продолжительности для красно- и зелёночувствительной областей колбочки, а также для палочки. Поэтому процесс адаптации к свету зелёночувствительной области колбочки продолжительнее, чем палочки, но короче, чем красночувствительной области.

При включении света изменение физических свойств рецепторов приводит к тому, что процессы адаптации почти не вызывают ощущения изменения цвета.

При выключении света пигменты начинают восстанавливаться, ионизация, обусловленная действием света, прекращается, перераспределяются заряды, возрастает степень поляризации. Казалось бы, и при восстановлении, при темновой адаптации эти процессы должны происходить в том же порядке и с теми же скоростями. Однако здесь ждет сюрприз: скорости практически одинаковы, хотя электрохимические емкости различны. Это происходит потому, что чем больше емкость, тем меньше динамическое сопротивление, тем выше ток заряда. Происходит точно то же, что и с аккумуляторами: «садится» быстрее тот, у которого меньше емкость; время же зарядки их одинаково.

Эффект Бэнхема возникает при чередовании яркого белого поля, серого и чёрного с частотой около 10 раз в секунду (эта частота намного ниже частоты смены кадров в кино - 48 раз в секунду, при которой изображения отдельных кадров сливаются в одно). За время наблюдения белого поля рецепторы возбуждаются, происходит их световая адаптация, при наблюдении чёрного поля - темновая адаптация. Предположим, что происходит чередование светлого и темного полей. Если длительность светлого поля достаточна для значительной деполяризации палочки и частичной деполяризации зелёночувствительной области колбочки, но недостаточна для значительной деполяризации красночувствительной, при замене светлого поля на темное на его фоне возникает последовательный цветовой образ, в котором сохранится знак разбаланса колбочки и системы колбочка - палочка, т. е. образ голубого оттенка. Если длительность темного поля будет достаточной для восстановления начальных условий палочки, но недостаточной для восстановления начальных условий красночувствительной области колбочки, в первый момент после смены темного поля светлым появится последовательный образ, определяемый красночувствительной областью колбочки с инверсией знака, т. е. голубого тона.

При таких условиях чередования темных и светлых полей будет сохраняться средний цветовой сигнал, соответствующий голубым тонам. При изменении соотношения белый - чёрный можно подобрать условия, при которых влияние палочки уменьшится, и начнут преобладать красноватые тона. В этом можно убедиться, если посмотреть на яркую раскаленную белую нить лампочки накаливания, затем плотно закрыть глаза: последовательный образ будет красноватого цвета.

Эффект можно значительно усилить, если на нужное время включить рецептор на зарядку или разрядку. Это можно сделать просто, если в соответствующее время «включать» на нужный срок серое поле, которое - затормаживает переходные процессы. Перемещая серое поле вдоль белого, можно, не меняя частоты чередования, изменять ощущаемый оттенок. Чередование полей можно осуществлять с помощью вращающегося диска, носящего название диска Бэнхема.[8]

Цвет мелких предметов[править]

А. Кёниг (Konig A.) в 1894 году провёл серию экспериментов в результате которых установил, что для мелких предметов, фокусируемых на центральной ямке сетчатки, зрение человека "дихроматично", так как эта часть сетчатки глаза обладает слабой чувствительностью к синей части спектра. Кёнигу удалось синтезировать для таких предметов все цвета спектра с помощью только двух основных спектральных цветов с длинами волн 475 и 650 нм. Позднее этот факт был подтверждён рядом других исследователей[9][10][11], и было установлено, что "дихроматизм" при нормальном зрении наблюдается уже при угловом размере предметов равном 10' - 20'. При наблюдении мелких предметов с такими размерами нормальное зрение обладает свойствами тританопии, т. е. не отличает синего от зелёного, красного от пурпурного цветов. Цвета мелких предметов наблюдатель воспринимает как смесь оранжевого и голубого. При наблюдении более мелких предметов наблюдатель перестаёт воспринимать цвет и видит их как чёрно-белые, что было подтверждено опытами А. Бедфорда в 1950 году.[12]

Психологические эффекты[править]

Литература[править]

  1. Ч. Пэдхэм, Дж. Сондрес Восприятие света и цвета. — Перевод с английского Р. Л. Бирновой и М. А. Островского. — "Мир" Москва, 1978. — С. стр. 190.>
  2. http://dic.academic.ru/dic.nsf/psihologic/1969
  3. С. В. Новаковский Цвет в цветном телевидении. — Московская тип. №4: Радио и связь, 1988. — 288 с. с.>
  4. А. В. Луизов Цвет и свет. — Ленинград: Энергоатомиздат, 1989. — 256 с. с.>
  5. И. Д. Артамонов Иллюзии зрения. — Москва: Наука, 1969. — 224 с. с.>
  6. Ричард Филлипс Фейнман. Фейнмановские Лекции по Физике, том № 3, гл. 35 (Цветовое зрение), стр. 157.
  7. С. Ременко Цвет и зрение. — Кишинёв: Картя Молдавеняска, 1982. — С. 31-34. — 160 с. с.>
  8. С. Ременко Цвет и зрение. — Кишинёв: Картя Молдавеняска, 1982. — С. 35-37. — 160 с. с.>
  9. Willmer E. N. Color of Smmall Objects// Nature. - 1944. - V. 153. -P. 774-775
  10. Hartridge H. The Change From Trichromatic to Dichromatic Vision in the Human Retina// Nature. - 1945. - V. 155. -P. 657-662
  11. Middleton W. E., Holms M. C. The Apparent Colors of smallSubstense - a preliminary Report// JOSA. - 1949. - V. 39. - P. 582-592
  12. Новаковский С. В., Цвет в цветном телевидении, - М.,: Радио и связь, 1988

См. также[править]