Психология цвета

Rс : R3: Rk = 0,46: 0,31; 0,15 ? 3:2:1 (рис. 2.9, ось ординат справа, показано пунктиром). Из кривых видно, что излучение ?1

=500 нм дает реакции Rс:R3:Rк= 0,27:0,46:0,23? ? 1:2:1. Можно подобрать к нему другое излучение ?2,

такое, чтобы смесь ?1 + ?2,

раздражала рецеп­торы в том же соотношении реакций, что и ?, т. е. 3:2:1. Это излучение ?2,= 416 нм. Оно дает реакцию Rc = = 0,42. Очевидно, цвета излучений ?

и смеси ?1,+?2, метамерны.

Образование цветов сме­сей ограниченного числа монохроматических излу­чений не представляет боль­шого практического инте­реса, потому что тепловые источники имеют сплошной спектр. Однако рассмот­ренные примеры могут быть распространены на любой случай. На рис. 2.10 показана схема, поясняю­щая формирование цвето­вого ощущения при непре­рывном спектре. Под кри­выми спектральной чув­ствительности рецепторов (рис. 2.10, а) сплошной ли­нией дана кривая распреде­ления мощности некоторого излучения (рис. 2.10, б).

Перемножив ординаты кривой распределения по­тока излучения на ордина­ты кривых реакций, полу­чим величины реакций на каждую из монохромати-

ческих составляющих сложного излучения (рис. 2.10, в, сплошные линии). Площади, ограниченные кривыми реак­ций и осью абсцисс, пропорциональны общей (интеграль­ной) реакции на это излучение.

Очевидно, что реакции рецепторов на излучение Ф (?) определяются интегралами:



(2.4)

Понятно, что некоторое значение каждого из интегралов может сохраниться при разных формах кривых спектраль­ного распределения потока излучения (пунктир), как это видно из рис. 2.10, б.

Из теории цветового зрения вытекает и представление о дополнительных цветах, т. е. цветах излучений, смесь кото­рых имеет белый цвет. К световому пучку, раздражающему все рецепторы в разной степени, всегда можно подобрать другой, дополняющий раздражения до равных и, следова­тельно, дополняющий цвет первого пучка до белого.


Психология изучает одну из основных функций мозга — отражение им окружающей действительности. В круг задач этой науки входит познание закономерностей, связанных с ощущениями, т. е. отражением отдельных свойств предме­тов и явлений в сознании.

Ощущения являются основой познания, источником све­дений о внешнем мире. Среди ощущений важное место зани­мают зрительные и особенно цветовые, которые дают более подробные представления об окружающей действительности, чем ахроматические.





Психология цвета изучает закономерности образования цветового ощущения. Из рис. 1.1 ясно, что оно зависит от физических свойств излучения — спектрального состава и мощности и, кроме того, от физиологических свойств зри­тельного аппарата — главным образом распределения чувствительности цветочувствительных рецепторов по спектру.

Электрические сигналы, направленные в мозг, опреде­ленным образом перерабатываются в зрительное ощущение. Известно, например, что происходит их логарифмирование (закон Вебера — Фехнера) и квантование (пороги восприя­тия).

3.1. ЗАКОНОМЕРНОСТИ ВОСПРИЯТИЯ ЦВЕТА 3.1.1. Пороги восприятия

Для того чтобы установить связь между физическими свойствами излучения и его способностью вызывать то или иное ощущение, необходимо установить количественную ха­рактеристику последнего. Сложность задачи измерения ощу­щения состоит в том, что органы чувств не в состоянии фик­сировать его уровень. Поэтому метода прямого измерения ощущений — сладости, боли, светлоты и т. д. — пока нет. В то же время существует метод относительной оценки каж­дого из них. В его основе лежит понятие о порогах воспри­ятия.

Действие раздражителя (стимула) вызывает ощущение только в том случае, когда его количественная характерис­тика, например мощность, выше некоторого значения, на­зываемого пороговым. Тот наименьший уровень раздраже­ния, который можно ощутить, называется порогом ощущения. Порог светового ощущения, как мы виде­ли (см. с. 15), весьма невелик: для зрительного обнаруже­ния светового излучения достаточно нескольких квантов света.


По порогу ощущения определяется световая чувстви­тельность глаза.

Для различения двух излучений требуется заведомо большая разница их энергий, чем та, которая обеспечивает обнаружение излучения. Наименьшее, едва различимое при­ращение ощущения, возникающее при сравнении двух излу­чений, носит название порога различения. Он служит мерой приращения зрительного ощущения.

Пороги ощущения и различения имеют общее название порогов восприятия. Теория цвета пользует­ся понятиями порогов восприятия светлоты, цветового тона, насыщенности.

Порог различения выражают либо через разность свето­вых характеристик сравниваемых излучений, либо через от­ношение этой разности к характеристике, имеющей меньшее численное значение. Порог, выражаемый разностью значе­ний величины, называется разностным. Например:

?В = В1 — В (3.1)

где ?В — наименьшая разность яркостей, обеспечивающая зрительное отличие большей яркости В1 от меньшей В. Или:

??,= ?1 —?

где ?? — наименьшая разность длин волн, при которой из­лучение ?1 можно зрительно отличить от излучения ?.



Рис. 3.1. Схема определения числа порогов

Как будет ясно из дальнейшего, при установлении связи яркости с уровнем зрительного ощущения — светлотой — порог различения непосредственно связан не с разностью ?В, а с ее отношением к меньшей яркости В. Отношение ?В:В, при котором яркости излучений минимально разли­чаются, называется дифференциальным поро­гом.

Метод измерения порогов рассмотрим на примере опреде­ления числа яркостных порогов различения между двумя полями, имеющими разные яркости. Это — метод пороговых приращений. Все сказанное об определении числа порогов по яркости относится и к порогам по насыщенности или цвето­вому тону.

Схема определения числа порогов показана на рис. 3.1. Грани призмы, образующие фотометрическое поле, освеще­ны через светорегулирующие устройства (на рис. 3.1, а — оптические клинья). Пусть требуется найти число порогов между яркостями В0 иВ2. В этом случае исходное поле име­ет вид, показанный на рис. 3.1,6.


Введением нижнего опти­ ческого клина можно уменьшить яркость нижней грани так, чтобы обе половины фотометрического поля находились на пределе различения. Тогда между яркостями граней — один порог различения -- минимальная мера приращения светлоты. После этого следует отсчитать еще один порог, на этот раз от верхней половины призмы, увеличив соответст­вующим образом, путем выведения верхнего клина, яркость нижней половины поля (рис. 3.1, д). Допустим, что нижняя, половина поля достигла в этом случае исходной яркости, т. е. В2. Это значит, что между половинами поля, обладаю­щими яркостями В 2 и В0, —два порога различения.

Метод пороговых приращений имеет две особенности. Во-первых, порог— не световая величина, а психологическая — мера ощущения, в нашем примере — мера светлоты. Во-вторых, его можно отмерить только от некоторого уровня, указав лишь приращение светлоты или другого ощущения.

Пороги связаны со световыми величинами. Эта связь да­ет возможность выражать психологические характеристи­ки через световые, которые достаточно надежно измеряются обычными фотометрическими методами. Полученные таким образом зависимости представляют собой наиболее важные соотношения психологии цвета.

Все психологические характеристики имеют световые аналоги. Светлота цвета зависит от его яркости. Подобно этому цветовой тон можно выразить через доминирующую длину волны, а насыщенность — через колориметрическую чистоту. Ниже будут рассмотрены световые характеристики цвета и их связь с психологическими.

3.1.2. Восприятие яркости

Уровень светового ощущения — светлота — непосред­ственно связан с освещенностью сетчатки или, что то же, со световым потоком, получаемым единицей ее площади. Мож­но доказать, что последняя величина определяется яркостью излучения. Найдя связь светлоты с яркостью, можно перей­ти от психологических величин, измерение которых сложно и результаты плохо воспроизводимы, к световым. Зная эту связь, можно рассчитывать значения яркостей, обеспечива­ющие заданные светлоты.



Вебер, исследуя ощущение силы тяжести, нашел, что ми­нимально обнаруживаемое ощущение зависит не от прира­щения стимула (причины, вызывающей ощущение), а от от­ношения этого приращения к первоначальному значению стимула. В приложении к световым ощущениям это озна­чает, что минимально обнаруживаемая яркость зависит не от разностного порога ?В, а от его отношения к первоначаль­но взятой яркости В. Иначе, разностный порог ДВ связан с исходной яркостью В. Это можно представить в виде равен­ства



(3.2)

Первоначально предполагалось, что коэффициент ? по­стоянен и, следовательно, разностный порог ДВ и яркость В находятся в линейной зависимости.

Из уравнений (3.1) и (3.2) следует, что



(3.2,а)

Отношение ?В/В — дифференциальный порог, или порого­вый контраст. Если дифференциальный порог постоянен, то это значит, что некоторый прирост светлоты ?w можно выразить числом R порогов: ?w = R?.

Фехнер ввел допущение о том, что минимально обнару­живаемое приращение стимула (яркости в нашем случае) и вызываемого им ощущения (светлоты) можно рассматри­вать как бесконечно малые величины. Учитывая это и при­нимая во внимание предыдущие соотношения, получим



Интегрируя это выражение, получаем общее соотноше­ние между световым стимулом — яркостью и уровнем вызы­ваемого им ощущения светлотой, называемое законом В е б е р а— Фехнер а:



(3.3)

В этом уравнении w — светлота, выражаемая числом по­рогов, как это показано на рис. 3.1, Постоянные k и С име­ют обычный смысл коэффициентов линейного уравнения.

Для того чтобы рассчитать приращение светлоты по при­ращению яркости, нужно установить численное значение коэффициента k. Из уравнения (3.3) следует, что он пред­ставляет собой отношение ??:?lgB.

Пусть ?? равно одному порогу. Тогда Д lg В есть при­ращение логарифма яркости, вызывающее едва заметное из­менение светлоты. Если ?? =1, то k = 1/?lgB. Из отноше­ния (3.2, а) следует:



Логарифмируя это выражение, получим



Следовательно,



Многие исследователи считают, что в пределах соблюде­ния закона Вебера — Фехнера и при достаточно больших угловых размерах объекта наблюдения пороговый контраст колеблется в пределах ? = 0,05 — 0,1. Тогда k — 25—30. Пользуясь формулой (3.3), можно подсчитать, что светлота, например, при переходе от яркости В = 10 кд?м-2

к ярко­сти В1 = 100 кд?м-2 возрастает на 25 — 50 порогов.

Таким образом, восприятие яркостей описывается зако­ном Вебера — Фехнера, по которому уровень зрительного-ощущения, выражаемый светлотой, пропорционален лога­рифму яркости. Критерием соблюдения закона Вебера-Фехнера служит постоянство дифференциального порога. Исследования, начавшиеся еще в прошлом веке, показали, что (закон Вебера — Фехнера соблюдается в некотором интервале яркостей с точностью, достаточной для многих случаев практики. Лаури изучал постоянство порога на фо­тометрическом поле, расположенном на фоне постоянной яр­кости. Такая методика позволила установить закономерно­сти восприятия при адаптации глаза на определенную яр­кость. Рассматривались два уровня адаптации — 34,3 и 318 кд-м~2. Кривые, полученные Лаури, показаны на рис. 3.2. Из графиков видно, что дифференциальный порог в области малых яркостей быстро падает с изменением В. В области средних яркостей он изменяется незначительно, и его можно считать постоянным. В этом интервале закон Ве­бера — Фехнера практически выполняется. Область выпол­нения закона зависит от уровня адаптации глаза: при ма­лых уровнях яркости эта область начинается раньше, чем при больших. Минимальное значение ?В:B относится к яр­кости адаптации.

Миз представил данные Лаури в виде функции контраст­ной чувствительности глаза k = f(lg В). В результате ин­тегрирования указанной функции им была построена кривая восприятия, выражающая зависимость числа порогов раз­личения от логарифмов яркости, иначе говоря, ту же зависи­мость, которую выражает закон Вебера — Фехнера, но по­лученную на основании экспериментальных данных.



Контрастной чувствительностью глаза k называется его способность к различению яркостей смежных участков. Она обратна дифференциальному по­рогу. Чем меньший контраст обнаруживает глаз, тем боль­ше его контрастная чувствительность. Или, иначе: чем боль­шее число порогов ?? обнаруживает глаз в данном интервале яркостей ?B, тем выше его контрастная чувствительность.

Следовательно, производная d?/dB есть некоторая функция кон­трастной чувствительности k:





Рис. 3.2. Кривые Лаури:

А — адаптация на 34,3 кд • м-г; В — на 318 кд • м-2



Рис. 3.3. Кривые Миза

Интегрируя это выражение, получим соотношение между светлотой и яркостью в зависимости от контрастной чувст­вительности глаза:



Кривые контрастной чувствительности глаза А и воспри­ятия В, полученные Мизом по данным Лаури, показаны на рис. 3.3. Рис. 3.3 получен на основании зависимости, при­веденной на рис. 3.2 (кривая А).

Точками отмечен уровень адаптации, при котором про­изводились измерения. Максимум кривой контрастной чув­ствительности, как видно из рис. 3.3, наблюдается при яр­кости адаптации.

Кривая восприятия, рассчитанная на основании кривых Лаури, прямолинейна лишь на некотором участке, где за­кон Вебера — Фехнера выполняется. Яркость адаптации находится в середине этого участка.

На практике часто светлоту определяют по усредненным формулам, полученным для некоторых условий освещения (см. 8.3), что проще, чем расчет с учетом яркости адаптации.

3.1.3. Восприятие цветности

Цветовой тон и насыщенность, так же как и светлоту, можно выразить через световые величины. Такой способ их выражения основан на том, что спектр содержит все цвета природы (кроме пурпурных). Поэтому к любому световому пучку, кроме пурпурного, можно подобрать тождественный ему по цвету монохроматический. Если насыщенности дан­ного и спектрального цветов одинаковы (их нетрудно урав­нять, см. ниже), то цветовой тон данного можно задать через цветовой тон тождественного ему по цвету спектрального (т.е.


монохроматического). Длина волны соответствующего монохроматического излучения называется домини­рующей длиной волны данного цвета — ?d. Она — физическая характеристика цветового тона.

Цветности пурпурных цветов, которых нет в спектре, так­же выражают доминирующей длиной волны. Находят цвет, дополнительный данному пурпурному, и определяют для него ?d,. Штрихом указывают, что эта величина относится к пурпурному. Иначе говоря, ?500 — доминирующая длина волны некоторого голубого, a ?5oo — дополнительного ему пурпурного.

Физической характеристикой насыщенности служит ве­личина, называемая колориметрической чистотой цвета р:



(3.4)

где В?, — яркость монохроматического излучения, тождест­венного по цветовому тону данному; В6 — яркость белого излучения.

Принцип измерения колориметрической чистоты показан на рис. 3.4. На одну половину фотометрического поля нужно направить излучение Ц, колориметрическая чистота цвета которого измеряется, а на другую — смесь монохромати­ческого М, тождественного по цветовому тону определяемо­му, и белого Б. Монохроматическое излучение вырезает­ся щелью из спектра Сп. При этом соотношение компонентов смеси можно изменять. Установив тождество обеих половин поля и зная S?, и Вб на поле сравнения, находят отношение



при котором устанавливается колориметрическое тождество.

Физический смысл понятия станет более ясным, если при­нять В?, = 1 и выразить Вб как долю В?. Тогда



откуда следует, что чистота цвета обратна относительному содержанию белого в смеси В? + Вб, при котором эта смесь имеет заданный цвет.

Таким образом, колориметрическая чистота данного цве­та устанавливает относительное содержание монохромати­ческого и белого В излучении, зрительно тождественном дан-



Рис. 3.4. Принцип измере­ния колориметрической чи­стоты



Рис. 3,5. Значения порогов цветоразличения по цвето­вому тону.

/ — по Райту и Питту; 2 — по Бедфорду и Вышецки

ному. В дальнейшем (с. 91) будем различать собственно ко­лориметрическую чистоту и условную чистоту цвета.



Пороги цветоразличения по цветовому тону. С увеличе­нием длины волны цветовые тона участков спектра, а следо­вательно, и доминирующие длины волн изменяются плавно. При небольшом приращении длины волны глаз не ощущает разницы цветовых тонов. Только тогда, когда приращение возрастает сверх порогового, она становится заметной. Раз­ностный порог ??, = ?1 — ? называется порогом цве­торазличения по цветовому тону.

Пороги цветоразличения были исследованы многими ав­торами. На рис. 3.5 представлены данные Райта и Питта (1934 г.) (кривая 1) и Бедфорда и Вышецки (1958 г.) (кривая 2). Из рисунка видно, что участки спектра, где порог имеет наименьшее значение, расположены вблизи ?

= 500 нм (голубые тона) и около 550—600 нм (от зеленых до оранже­вых тонов). Это — области спектра, в которых глаз облада­ет наибольшей чувствительностью к изменению цветового тона. Здесь разница цветовых тонов отмечается зрительно, если длины волн излучений различаются на 1—2 нм. Хуже всего цветовые тона различаются на концах спектра (т. е. в его сине-фиолетовой и красной областях). Здесь порог цветоразличения по цветовому тону составляет 4—6 нм и более.

В опытах Райта и Питта, а также других исследователей яркость во всех участках спектра сохранялась постоянной. Поэтому ее влияние на пороги было исключено.

В некоторых работах приводятся несколько иные значе­ния порогов цветоразличения по цветовому тону, чем най­денные этими исследователями. Однако характер кривой, связывающей порог ??, с длиной волны ?, во всех случаях сохраняется. Поэтому положение областей максимальной и минимальной чувствительности глаза к цветовому тону, по­казанное на рис. 3.5, следует считать достаточно достовер­ным.

Приняв среднее значение ?? = 2 нм и длину видимой части спектра равной 700—400 = 300 нм, найдем, что число цветовых тонов, различимых глазом при постоянной яркости всех участков спектра, составляет 300:2 = 150. Их подсчет с учетом точных значений порогов цветоразличения по цве­товому тону, производившийся разными авторами, дает чис­ло, близкое к этому.


Однако это еще не полное число цвето­вых тонов, различимых глазом при постоянной яркости. Чтобы найти его, к указанному числу прибавляют еще 30 тонов, различимых в области пурпурных цветов, которые в спектре не содержатся.

Насыщенность. При исследовании чувствительности гла­за к насыщенности ставят две задачи: определение порога хроматичности и порогов цветоразличения по этой же харак­теристике. В обоих случаях о насыщенности п судят по ко­лориметрической чистоте p? Правомерность этого следует из соотношения, полученного Джонсом и Лаури, показав­ших, что связь между указанными величинами линейна: п = кр?.

Коэффициент к колеблется в пределах 0,1—0,9 в зависи­мости от ?.

Пороги хроматичности. Пороги хроматичности спект­ральных цветов изучались Мартином. Были определены ми­нимальные количества монохроматического, которые нуж­но прибавить к белому, чтобы хроматичность ощущалась. Обратные значения этих количеств были приняты за показа­тель насыщенности. Из рис. 3.6 видно, что число порогов хроматичности падает от шести в начале спектра до одного в середине, а затем вновь возрастает.

Пороги цветоразличения по насыщенности. Смешивая ах­роматические излучения с монохроматическими в пропор­циях от 0:1 до 1:0, можно постепенно изменять колориметри­ческую чистоту монохроматических излучений. Когда она возрастает или уменьшается плавно, изменение качества цвета наступает не сразу, а только после того, как прираще­ние ?p — p1 — p достигнет некоторой величины. Наимень-



Рис. 3.6. Значения порогов хроматичности (по Мартину)



Рис. 3.7. Значения порогов цветоразличения по насыщен­ности

ший прирост чистоты, который можно наблюдать зрительно, называется порчогом цветоразличения по насыщенности.

За чувствительность глаза к насыщенности принимается величина, обратная ?р. Она, как и чувствительность глаза к цветовому тону, неравномерно распределена по спектру. На рис. 3.7 показаны кривые изменения порога цветораз­личения по насыщенности, построенные при постоянной яр­кости на основании данных двух наблюдателей.


Кривые по­лучены Мартином с сотрудниками. Из кривых видно, что на­ибольшая чувствительность глаза к изменению насыщенно­сти находится в желтой области спектра (550—580 нм). В этой области спектра число порогов цветоразличения по насыщенности составляет около шести, тогда как на краях спектра оно достигает 18.

При непрерывном изменении излучения по мощности и длине волны ощущение цвета изменяется дискретно. Следо­вательно, число цветов, различаемых глазом, ограничено.

Пользуясь данными, приведенными на рис. 3.5 и 3.7, можно подсчитать число порогов цветоразличения по цвето­вому тону и насыщенности. Уравнение (3.3) дает возмож­ность определить число яркостных порогов в пределах воспринимаемого диапазона яркостей. Однако общее число цветов нельзя определить путем простого перемножения по­рогов. Это связано с тем, что с изменением яркости изменя­ется число порогов цветоразличения, а при очень малых яр­костях цветовое зрение вообще выключается.

Ограниченность числа различаемых глазом цветов послу­жила основанием для создания системы оценки цвета, осно­ванной не на колориметрических измерениях, а на сравне­нии объектов с цветными образцами — эталонами цвета (см. главу 10). При создании систем эталонов общее число цветов должно быть учтено. Определение такого числа цве­тов имеет не только познавательное, но и практическое зна­чение. Исследователи оценивают цветоразличительную спо­собность глаза в пределах от 10 до 100 тыс. цветов, число цве­тов несветящихся тел значительно меньше.

3.2. ВЛИЯНИЕ ВНЕШНИХ УСЛОВИЙ НА ВОСПРИЯТИЕ ЦВЕТА

3.2.1. Восприятие цвета при разных уровнях яркости

При очень больших и очень малых яркостях наблюдают­ся отклонения от нормального восприятия. Изменяются контраст, светлота и цветовой тон цветов.

При падении яркости ниже 1 кд-м~2 и возрастании ее выше 1000 кд-м~2 (условно принятые границы приближен­ного соблюдения закона Вебера — Фехнера) яркостный по­рог резко возрастает.


Это находится в соответствии с обще­известным явлением, состоящим в том, что при очень низ­ких и очень высоких яркостях детали предметов перестают различаться. Цветовые пороги, так же как и яркостные, воз­растают при отклонении условий освещения от средних, удобных.

Эффект Пуркине. При изменении яркости могут изме­няться соотношения светлот разных цветов. Это явление по­лучило название эффекта Пуркине (1823 г.). Его можно про­иллюстрировать следующим образом. На рис. 3.8 (см. вклей­ку) показаны синий и красный квадраты, расположенные на черном фоне. В условиях яркого освещения (у окна) крас­ный квадрат кажется более светлым, чем синий. В условиях пониженной освещенности (темный угол комнаты) соотноше­ние светлот становится обратным: синий оказывается свет­лее красного. Причина явления ясна из рис. 3.9. Пунктир­ной линией дана кривая относительной спектральной интен­сивности для сумеречного зрения, сплошной — дневного. Буквами С и К на оси длин волн обозначены положения максимумов отражения синего и красного квадратов. При малых освещенностях видность подчиняется кривой суме­речного зрения, и чувствительность глаза к синему превы-



Рис. 3.9. Соотношение чув-ствительностей глаза при разных уровнях освещенно­сти красного и синего по­лей



Рис. 3.10. Смещение цвето­вого тона при снижении освещенности сетчатки (Бе-цольд — Брюкке)

шает чувствительность к красному. При возрастании осве-щенностей работает кривая видности дневного зрения, и со­отношение чувствительностей становится обратным. Чувст­вительности глаза к синему и красному полям при сумереч­ном зрении показаны черными кружками, а при дневном — светлыми. Большие чувствительности обеспечивают боль­шие светлоты.

Явления Бецольда. Бецольд (1873г.) и Брюкке (1877 г.) обнаружили, что цветовой тон зависит не только от длины волны излучения, но и от яркости, а следовательно, осве­щенности сетчатки. На рис. 3.10 показан результат сниже­ния освещенности сетчатки в 350 раз (при уменьшении яр­кости излучения с 1,75-102 до 0,5 кд-м-2).


Символом ?? обо­ значено смещение цветового тона излучения. Например, ес­ли яркость излучения ?540 снижается в указанных преде­лах, то цветовой тон этого излучения становится неотличи­мым от цветового тона ?550 (ордината ?? при абсциссе 540 равна 10 нм, показано крестиком).

Из рисунка видно, что цветовой тон не зависит от яркости вблизи длин волн 480, 510, 570 нм (светлые кружки). И наоборот, особенно велико смещение цветового тона в обла­сти. 520 нм и после 650 нм, где оно достигает 20 нм и более. Этот эффект получил название явления Бецольда — Брюк-ке.

Цветовой тон смещается и в результате изменения чис­тоты цвета (т. е. разбавления монохроматического излу­чения белым). Это — явление .Бецольда — Эбнея. На рис. 3.11 показана кривая, иллюстри­рующая рассматриваемое явление (по Эбнею и Н.Т. Федорову). Уменьшение чистоты достигалось прибавлением к изучаемому излучению 15% по мощ-



Рис. 3.11. Смещение цветового тона в результате изменения чистоты цвета (Бс-цольд — Эбней)



Рис. 3.12. К объясне­нию явления Бе­цольда

ности белого в пределах от начала видимого спектра до 510 нм и 1 % белого после 510 нм. Наименее критичны в от­ношении этого явления участки спектра, расположенные около 500 и 570 нм, а наиболее критичны — около 530 нм и за 620 нм.

Совпадение областей обнаружения явлений свидетель­ствует об общности их природы. Оба они были объяснены Н. Т. Федоровым. Впечатление цветового тона зависит от отношения реакций рецепторов. Если, например, реакция красночувствительных велика, а зеленочувствительных на­много меньше, то возникает впечатление почти чисто-крас­ного. В случае, если возбуждены рецепторы всех трех типов, то прежде чем находить отношение, из каждой реакции нуж­но вычесть наименьшую. Тем самым из «цветной» реакции вычитается «белая». Это понятно из рис. 3.12, на котором по­казана часть кривых основных возбуждений в области ??= = 470—520 нм, где на излучение реагируют все рецепторы. В этом, наиболее общем случае (показано на примере излу­чения ? = 480 нм) впечатление цветового тона связано с соотношением





где х — интенсивность реакцш, а индексы — порядковые номера типов рецепторов, начиная от дающих наибольшую реакцию. Считается, что реакции пропорциональны интенсивности света, а ощущение по за­кону Вебера — Фехнера — логарифму реакции. Тогда ощу­щение цветового тона непосредственно определяется отно-

шением



При изменении силы света в п раз оно имеет вид



что не равно исходному. Поэтому при изменении силы света цветовой тон в общем случае должен стать другим, чем до изменения.

Аналогично объясняется и явление Бецольда — Брюкке.

3.2.2. Эффекты зрительного контраста

Термином «эффекты зрительного контраста» обозначают несколько явлений. В результате одного из них — одновре­менного контраста— цвет поля находится в зависимости от цвета окружающего его фона. Другое явление — после­довательный контраст — проявляется в том, что на воспри­ятие излучения влияют условия предыдущего облучения сетчатки. Оба эффекта могут быть светлотными и цветовы­ми. В случае светлотных зрительных контрастов оба излуче­ния (фон и поле, предшествующее и последующее излуче­ния) одноцветны и различаются по яркости, во втором они разноцветны.

Одновременный контраст. Этот эффект связан со зритель­ной индукцией, состоящей в том, что свет, упавший на не­которую площадку сетчатки, вызывает не только ее реакцию, но и действует на участки, расположенные рядом с ней. Ре­акции участков, находящихся рядом с освещаемой площад­кой, могут при этом как усиливаться (положительная индук­ция), так и ослабляться (отрицательная индукция). Индук­ция — общее свойство рецепторов и не относится только к зрению. Ее природа пока не вполне ясна.

Одновременный светлотный контраст продемонстриро­ван на рис. 3.13. Поле на светлом фоне кажется более тем­ным, чем такое же поле, помещенное на темном фоне.

Если хроматическое или ахроматическое поле помес­тить на фон, имеющий тот или иной цвет, то будет наблюдаться цветной одновременный контраст. Так, серое поле на красном фоне приобретает зеленоватый оттенок, на синем — желтоватый.


Желтое поле на красном фоне зрительно ста­новится зеленоватым, на зеленом — оранжевым и т. д. Цвет фона, оказывающий влияние на цвет поля, называется ин­дуктирующим, а цвет поля, возникающий под его влиянием,— индуктируемым.

В общем случае в результате одновременного контраста индуктируемый цвет сдвигается в сторону наибольшего от­личия от индуктирующего: темно-серый цвет темнеет на



Рис. 3.13. Пример одновременного светлотного контраста

светлом фоне, желтый на красном зеленеет. Индуктированный цвет приблизительно дополнителен к индуктирующему.

Соотношение между цветами, участвующими в одновре­менном контрасте, показано на рис. 3.14. График выражает связь индуктирующих и индуктируемых цветов монохрома­тических излучений, описывая таким образом почти полную картину явления. По оси ординат отложены значения ??= = ?Д — ?и, где ?и — длина волны излучения, имеющего цвет, неотличимый от индуктированного, а ?Д

-- от допол­нительного к индуктированному. Если эта разность равна нулю, то цвета дополнительны: ?Д и ?и совпадают. Если зна­чение ?? отрицательно, то ?и > ?Д, и, наоборот, ?и < ?Д, при положительном значении ??. Как видно из рис. 3.14, строгая дополнительность цветов, участвующих в одновре­менном контрасте, характерна для монохроматических излу­чений (и, следовательно, любых, тождественных им по цве­ту) вблизи следующих длин волн: 450, 500—510 и 570 нм, где ?Д = ?и. Наиболее велики отклонения от дополнитель­ности в областях 470 нм и особенно 530 нм (где ?Д > ?и), а также при длинах волн, меньших 440 нм, и вблизи области 650 нм (?и> ?Д

).

Последовательный контраст. Явление последовательного контраста обнаруживается при последовательном действии на глаз излучений. Как известно, зрительное ощущение со­храняется в течение некоторого времени после того, как пре­кращено освещение сетчатки. Ощущение, остающееся после непосредственного действия излучения, называется п о-следовательным образом (см. 2.2.3).


Если после прекращения действия некоторого излучения подей-



Рис. 3.14. Характеристики изменения цветового тона в результате одновременного контраста (Н. Т. Федоров с сотрудниками) ствовать другим, то последовательный образ от первого из­лучения сложится с ощущением от второго. Это явление и есть последовательный контраст.

Если рассматривать в течение более или менее продол­жительного времени яркий предмет, а затем перевести взгляд на поле равномерной яркости, то на нем возникнет последо­вательный образ сначала более яркий, чем фон, а затем — менее яркий. Более яркий образ называется положитель­ным, менее яркий — отрицательным. Соответственно раз­личают положительный и отрицательный последовательные контрасты.

Назовем цвет, вызвавший последовательный образ, и н-дуцирующим, а цвет образа — индуцируе-м ы м. При последовательном контрасте, как и при одновре­менном, оба цвета приблизительно дополнительны. В рабо­тах Н. Т. Федорова с сотрудниками дается графическое опи­сание соотношений цветов при последовательном контрасте (рис. 3.15). Как видно из графика, приблизительная допол­нительность цветов соблюдается только вблизи длин волн 500 и 570 нм. В синей и красной зонах спектра индуцирую­щие и индуцируемые цвета нельзя даже приблизительно на­звать дополнительными.

Длительность существования последовательного образа изучил С. В. Кравков, который показал, в частности, что цвета, индуцированные красным, в общем случае существу­ют более продолжительное время, чем индуцированные фио­летовым.

Еще один эффект зрительного контраста называется кра­евым контрастом. Он состоит в следующем. Если соеди­нить два поля, имеющих разные яркости, то пригранич­ная часть темного поля станет зрительно темнее, а светлого,



Рис. 3.15. Соотношения цветов при последователь­ном контрасте

наоборот, светлее. Если вновь разделить поля или закрыть одно из них, то впечатление неравномерности яркости исче­зает. Этот эффект известен также под названиями зри­тельного оконтуривания или явле­ния Маха.


Контуры, зрительно возникающие на гра­ ницах равноярких предметов, подчеркивают разницу гра­ничащих участков, что облегчает восприятие этой разницы.

3.2.3. Влияние непрямых раздражений

Работа глаза связана с работой других органов чувств, и характер зрительного ощущения во многом определяется общим состоянием организма, раздражением его отдельных органов. Влиянию на цветовосприятие так называемых не­прямых раздражений, т. е. раздражений других органов чувств, были посвящены работы С. В. Кравкова с сотрудни­ками. Изучались слуховые, обонятельные, температурные, вкусовые раздражители.

Общая закономерность состоит в том, что действие непря­мых раздражений влияет на восприятие длинноволновой и коротковолновой частей спектра по-разному. Граница раз­личия восприятий находится вблизи 570 нм.

В результате вкусовых, слуховых, тепловых и некоторых обонятельных раздражений повышается чувствительность колбочкового аппарата к коротковолновой (т. е. до 570 нм) части спектра и понижается в длинноволновой. Действие других раздражителей, например запаха индола, наоборот, приводит к стимулированию чувствительности к длинновол­новым излучениям и ее подавлению к коротковолновым. Так же изменяется характер цветовых ощущений при запроки­дывании головы.

Приведенные данные свидетельствуют о сложности про­цессов формирования цветовых ощущений, которые описы­ваются теорией цветового зрения лишь в общем виде. Много­численность факторов, влияющих на восприятие цвета, при­водит к необходимости оценивать его в строго определенных условиях, так как результаты измерения цвета по указан­ным выше причинам могут изменяться при изменении усло­вий наблюдения.

3.3. РАССТРОЙСТВА ЦВЕТОВОГО ЗРЕНИЯ

До сих пор рассматривались особенности трехкомпонент-ного зрения. Лица, обладающие таким зрением (нормаль, ным или с отклонением от нормы), называются т р и х р о-матами. Около 5% людей, преимущественно мужчины­обладют двухцветным зрением (работают две группы рецеп­торов).


Лица, страдающие таким дефектом зрения, называ­ ются дихроматами. Наконец, крайне редко встреча­ются ахроматы — люди, которые совершенно не раз­личают цветов, их зрительное восприятие ахроматично.

Цветовое зрение трихроматов может иметь отклонения от нормы в связи со снижением чувствительности одной или двух групп рецепторов или ненормального хода их спект­ральных кривых. Кривые порогов различения, приведенные в 3.1.3, в этом случае имеют другой вид, чем было показано на рис. 3.5 и 3.7.

Зрительный аппарат дихроматов отличается от нормаль­ного отсутствием реакций одной из групп рецепторов. При этом, как правило, работающие рецепторы имеют нормаль­ные кривые спектральной чувствительности. Этот вид рас­стройства цветового зрения называется дихромази­е и и классифицируется так, как показано в табл. 2.3.

Краснослепые — протанопы — не видят красных цве­тов, соответствующих концу спектра, не различают оранже-

2.3. Типы двухцветного зрения

Название ано­малии зрения	Не работают рецепторы	Примечание
Протанопия Дейтеранопия Тританопня	Красночувствителыше Зеленому вствительныс Синечувствитсльные	Встречается относитель­но часто Встречается редко Встречается крайне ред­ко

вых, желтых и зеленых (отождествляя эти цвета с желтыми), не различают фиолетовых, синих и голубых: все начало спектра для них синее. Кроме того, участок вблизи 490 нм представляется протанопам ахроматическим. Участок на­ибольшей светлоты для протанопов сдвинут от 550 нм в сто­рону коротких волн. Протанопию часто называют дальтониз­мом по имени известного ученого Дальтона, впервые описав­шего этот дефект зрения, которым страдал он сам.

Дейтеранопы не могут отличить темно-красный от светло-зеленого, фиолетовый от голубого; пурпурный отождествля­ется ими с серым. Максимум кривой относительной спект­ральной эффективности смещен к красному.

Тританопы не видят фиолетовых цветов (для них спектр укорочен). Участки спектра вблизи 470 и 580 нм кажутся се­рыми.

Содержание раздела

---

---