Цветовото зрение: как възприемаме цветове и как се формира цветът

Цветовото зрение: как възприемаме цветове и как се формира цветът — научете физиката на светлината, ролята на мозъка и защо обекти изглеждат червени, зелени и други.

Цветното зрение е способността на даден организъм да различава обекти въз основа на дължината на вълната (или честотата) на светлината, която те отразяват, излъчват или предават.

Цветът е качество, което се създава от зрителния мозък, и следователно не е свойство на предметите, въпреки че децата са учени на това. Това означава, че цветът е резултат от взаимодействието между физическата светлина (спектъра, който достига до окото), свойствата на обекта (които определят кои дължини на вълната се отразяват или поглъщат) и начина, по който нашата оптична система и мозък обработват тази информация.

Как работи цветното зрение

Видимата светлина включва вълни с приблизителни дължини от 380 до 740 nm. Когато светлината пада върху повърхността на обект, част от нея се отразява. Отразената светлина има определен спектър (разпределение на енергията по дължини на вълната), който достига до окото. Именно това спектрално съдържание е «обективният факт», който не зависи от възприемача.

Рецептори в окото

В ретината има два основни типа светлочувствителни клетки: палочки и колбички. Палочките са по-чувствителни при слаба светлина и не различават цветове. Колбичките позволяват цветно зрение — при хората има обикновено три вида колбички, чувствителни към различни части на спектъра. Тези типове се обозначават като:

• S-колбички (къс вълнов диапазон) — най-чувствителни към синьо (пик ~420 nm);
• M-колбички (среден вълнов диапазон) — най-чувствителни към зелено (~530 nm);
• L-колбички (дълъг вълнов диапазон) — най-чувствителни към червено/жълто (~560 nm).

Комбинацията от сигналите на тези три типа колбички позволява на мозъка да кодифицира различни цветове. Ако една комбинация от дължини на вълната стимулира колбичките по един начин, резултатът се възприема като специфичен цвят.

Как мозъкът формира цветовете

След първичната обработка в ретината информацията преминава по зрителните пътища към зрителната кора. Част от преобразяването включва така наречения opponent‑process (опонентен) механизъм: нервните сигнали се преработват в канали, които кодират разликите между цветови сигнали — например червено‑зелено, синьо‑жълто и осветеност. Тези канали улесняват острото разграничаване на контрастите и нюансите.

Важно е да се подчертае, че мозъкът интерпретира и контекстна информация: осветлението, фонът и очакванията влияят силно върху това какъв цвят „виждаме“. Затова два обекта със същия спектър могат да ни изглеждат различни в различни условия, а обекти с различни спектри понякога да изглеждат еднакви — явление, наречено метамерия.

Примери и обяснение с червената ябълка

Дължината на вълната, отразена от даден обект, е обективен факт: тя не зависи от възприятието. „Червената“ ябълка не излъчва червена светлина по самосъзнание. По-скоро тя поглъща повечето честоти на видимата светлина, която я осветява, и отразява предимно група честоти, които се възприемат като червени. Нашите колбички и последващите мозъчни механизми интерпретират тази комбинация от сигнали като „червено“.

Цветова константност и метамери

Цветовата константност е способността на зрителната система да възприема един и същ обект като приблизително същия цвят при различни условия на осветление (напр. слънце, облачно небе, изкуствена светлина). Това постигане на стабилност е резултат от корекциите в мозъка, които взимат предвид спектъра на околната светлина и известни характеристики на сцена.

Метамери — това са различни спектрални разпределения (различни комбинации на дължини на вълните), които обаче предизвикват еднакъв отговор в колбичките и следователно се възприемат като един и същ цвят. Този факт показва, че възприемането на цвят не е еднозначно със спектралното съдържание.

Нарушения на цветовото зрение

Най-често срещаното нарушение е далтонизмът (цветна слепота), причинен от липса или аномалия на един или повече типа колбички. Най-честите форми са:

• Протанопия/протаномалия — намалена чувствителност към червените дължини (L-колбички);
• Дейтеранопия/дейтераномалия — намалена чувствителност към зелените (M-колбички);
• Тританопия — рядка аномалия, свързана със сините (S-колбички).

Някои хора имат двуколбикова система (напр. много нощни животни) или по-сложни спектри при други видове (напр. птици и насекоми могат да имат повече от три вида колбички, вкючително чувствителност в ултравиолетовия диапазон).

Практически приложения

• В дизайна и рекламата се използват знания за възприемането на цветовете, за да се предизвика определено отношение или акцент.
• В осветлението се подбират спектри, които подобряват разпознаваемостта на цветовете (напр. в музеи, магазини, работни цехове).
• В науката и медицината — разбиране на цветовото зрение помага при диагностика на глазни заболявания и при разработка на корекции за хора с нарушения на цветовото зрение.

Кратко резюме

Цветното зрение е резултат от физическото въздействие на светлината върху обекти, спектралните свойства на отразената светлина, рецепторите в окото (колбички) и сложните процеси в мозъка, които интерпретират тези сигнали. Цветът като преживяване не е самостоятелно свойство на предметите, а създаване на зрителния мозък въз основа на външни и вътрешни фактори.

Механизъм

Спектърът на видимата светлина варира от около 380 до 740 нанометра. В този диапазон попадат цветове от спектъра като червено, оранжево, жълто, зелено, циан, синьо и виолетово. Тези спектрални цветове не се отнасят до една-единствена дължина на вълната, а по-скоро до набор от дължини на вълните: червено, 625-740 nm; оранжево, 590-625 nm; жълто, 565-590 nm; зелено, 500-565 nm; циан, 485-500 nm; синьо, 450-485 nm; виолетово, 380-450 nm.

Нервната система определя цвета, като сравнява реакциите на светлината от няколко вида конусовидни фоторецептори в окото. Тези конусовидни фоторецептори са чувствителни към различни части от видимия спектър.

За хората видимият спектър варира приблизително от 380 до 740 nm и обикновено има три вида колбички. Видимият спектър и броят на видовете колбички се различават при различните видове.

С цвета зрението се подобрява (получава се повече информация) за нещата, които окото вижда. Това позволява на окото да разбере кога плодовете или зеленчуците са узрели и да забележи животни, които се крият пред очите му. Предимството на цветното зрение се проявява главно през деня. През нощта основният проблем е да се събере достатъчно светлина, за да се вижда при слаба светлина. Това е нещо, с което пръчиците се справят по-добре от колбичките.

 
Относителна яркостна чувствителност на човешката зрителна система като функция на дължината на вълната  

Въпроси и отговори

В: Какво представлява цветното зрение?

В: Цветът свойство на обектите ли е?

Въпрос: Излъчва ли "червена" ябълка червена светлина?

В: Как възприемаме цветовете?

Въпрос: Различните дължини на вълните асоциират ли се с различни цветове?

В: Въздействието на възприятието върху цвета ли е?

Въпрос: Какво се случва, когато видимата светлина облъчи даден обект?

Търсене по буква