Особенности восприятия цвета в разных условиях

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Реферат по физике на тему:

 

 «Особенности восприятия цвета в разных условиях»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                           

 

 

 

 

Санкт - Петербург

2009

Содержание

 

 

1. Что такое свет                                                                                                            3
2. Восприятие цвета человеком                                                                                      4
3. Категории цветов                                                                                                       6                   
0. Хроматические и ахроматические цвета                                                                 6
0.  Три качества цвета                                                                                                    6
0.  Метамерия и метамерные цвета                                                                               8                                                                         
4. Смешение цветов                                                                                                         9                                                                                                    

4.1 Основные цвета                                                                                                            9

4.2 Дополнительные цвета                                                                                             11                                                                                         

5. Разделение цветов                                                                                                      12
6. Спектр как характеристика цвета                                                                             13                                                                        
7. Различное видение цвета                                                                                           14
0. Цвет источника света                                                                                                15
0.  Цвет отраженного света                                                                                           15
0.  «Отфильтрованный» свет                                                                                        16                                                                                        
8. Влияние различных причин на восприятие света                                                   16
0. Различные источники света                                                                                      16
0.  Цвет нагретых тел                                                                                                     17
0. Различная ориентация                                                                                               18
0. Различия в восприятии размера                                                                               18
0. Иллюзии цветового зрения. Различные фоны                                                       18
0.  Изменение световой чувствительности глаза                                                        21
0. Восприятие света в сумерках                                                                                   22
0. Различное восприятие цвета у разных людей                                                         23
0. Восприятие цвета в воде                                                                                           24

9. Цветное зрение у животных                                                                                        24

10. Нарушение восприятия цвета                                                                                    25

 

 

 

 

1. Что такое свет

 

С точки зрения физики свет представляет собой один из видов электромагнитного излучения, испускаемого светящимися телами, а также возникающего в результате ряда химических реакций. Это электромагнитное излучение имеет волновую природу, т.е. распространяется в пространстве в виде периодических колебаний (волн), совершаемых им с определенной амплитудой и частотой. Если представить такую волну в виде графика, то получится синусоида. Расстояние между двумя соседними вершинами этой синусоиды называется длиной волны  и измеряется в нанометрах (нм) и представляет собой расстояние, на которое распространяется свет за период одного колебания.

Человеческий  глаз способен воспринимать (видеть) электромагнитное излучение только в узком диапазоне  длин волн, ограниченного участком от 380 до 760 нм нанометров (нанометр – одна миллиардная метра, единица измерения длины световых волн), который называется участком видимых длин волн, собственно и составляющих свет. Излучения до 380 и выше 760 нм мы не видим, но они могут восприниматься нами другими механизмами осязания (как, например, инфракрасное излучение) либо регистрироваться специальными приборами (рис. 1.1). С помощью инфракрасного излучения работают камеры ночного видения, а ультрафиолетовое излучение хоть и невидимо человеческому глазу, но может нанести зрению значительный вред

                      

        В зависимости от длины волны, световое излучение воспринимается человеческим глазом окрашенным в тот или иной цвет (правильнее сказать, вызывает у человека ощущение того или иного цвета) от фиолетового до красного. Эта способность определяет возможность цветового видения человека. 

 

Цвет	Диапазон длин волн, нм	Ширина спектрального участка, нм
Красный	620—780	160
Оранжевый	585—620	35
Жёлтый	575—585	10
Зелёный	510—575	65
Голубой	480—510	30
Синий	450—480	30
Фиолетовый	380—450	70

2. Восприятие цвета человеком

Сейчас известно, что цвет - это представление человека о видимой части спектра электромагнитного излучения. Свет воспринимается фоторецепторами, расположенными в задней части зрачка. Эти рецепторы преобразуют энергию электромагнитного излучения в электрические сигналы. Рецепторы сконцентрированы большей частью в ограниченной области сетчатки или ретины, которая называется ямкой (смотри рисунок). Эта часть сетчатки способна воспринимать детали изображения и цвет гораздо лучше, чем остальная ее часть. С помощью глазных мускул ямка смещается так, чтобы воспринимать разные участки окружающей среды. Обзорное поле, в котором хорошо различаются детали и цвет ограничено приблизительно 2-мя градусами.

Существует  два типа рецепторов: палочки и колбочки. В сетчатке человека находятся 110—125 млн. палочек, очень чувствительных к свету и обеспечивающих ночное зрение, и 6—7 млн. колбочек, отвечающих за восприятие цвета.

Палочки активны  только при крайне низкой освещенности (ночное зрение) и не имеют практического  значения при восприятии цветных  изображений; они более сконцентрированы по периферии обзорного поля. Колбочки ответственны за восприятие цвета, и они сконцентрированы в ямке. Существует три типа колбочек, которые воспринимают длинные, средние и короткие длины волн светового излучения.

Каждый тип  колбочек обладает собственной спектральной чувствительностью. Приблизительно считается, что первый тип воспринимает световые волны с длиной от 400 до 500 нм (условно "синюю" составляющую цвета), второй - от 500 до 600 нм (условно "зеленую" составляющую) и третий - от 600 до 700 нм (условно "красную" составляющую). Поэтому разные колбочки условно называют «красными» (R, red), «зелёными» (G, green) и «голубыми» (В, blue). Наличие этих трех видов колбочек и палочек, чувствительных в изумрудно-зеленой части спектра, дает человеку цветное зрение. В этом состоит сформулированная в XIX веке (Томас Юнг, Герман Гельмгольц, Джеймс Клерк Максвелл) «трехкомпонентная теория цветового зрения» или «трихроматическая теория цветовосприятия». Цвет ощущается в зависимости от того, волны какой длины и интенсивности присутствуют в свете.

Палочки реагируют  на свет медленнее, чем колбочки —  палочка реагирует на раздражитель в течение около ста миллисекунд. Это позволяет быть более чувствительной к меньшим количествам света, но снижает способность к восприятию быстротекущих изменений, таких как быстрая смена образов. При достижении необходимой для восприятия цвета яркости высокочувствительные рецепторы сумеречного зрения — палочки — автоматически отключаются. Палочки преимущественно расположены по краям сетчатки и отвечают за периферийное зрение.

Колбочки гораздо лучше  воспринимают быстрые движения. Светочувствительность  колбочек невысока, поэтому для хорошего восприятия цвета необходима достаточная освещенность или яркость. Наиболее богаты цветовыми рецепторами центральные части сетчатки.

Работа Лэнда  выявила существование сложных  добавочных мозговых процессов, связанных  с обработкой сенсорной информации при организации ощущений в восприятие предметов. Было бы упрощением представлять себе зрение, прежде всего как работу глаза и забывать о мозге.

Распространяясь, свет попадает, в частности, на сетчатку — внутреннюю оболочку глаза, содержащую светочувствительные рецепторы. Воспринимая электромагнитное излучение, фоторецепторы преобразуют его в электрические импульсы и передают в виде сигнала в головной мозг, и уже там складывается ощущение цвета.

 

Это ощущение зависит  от длины волн и интенсивности  излучения. Длина волны формирует  ощущение цвета, а интенсивность  – его яркость. Каждый цвет имеет  определённый диапазон длины волн. Самые короткие волны – фиолетовые, самые длинные – красные. А все предметы, которые окружают нас, могут или излучать свет (цвет), или отражать, или пропускать падающий на них свет частично или полностью. Например, если трава зелёная, это значит, что из всего диапазона волн она отражает в основном волны зелёной части спектра, а остальные поглощает. Способность прозрачных предметов задерживать волны какой-либо длины применяется, например, в фотографии при использовании светофильтров.

Таким образом, если мы говорим, что какой-нибудь объект имеет какой-то цвет, это значит что на самом деле этот объект (или его поверхность) имеет свойство отражать волны определённой длины, и отражённый свет воспринимается как цвет предмета. Если предмет полностью задерживает падающий свет, он будет казаться нам чёрным, а если отражает все падающие лучи – белым. Правда, последнее утверждение будет верным только в том случае, если свет будет белым, неокрашенным. Если же свет приобретает какой-то оттенок, то и отражающая поверхность будет иметь такой же оттенок. Это можно наблюдать на закатном солнце, которое делает всё вокруг багровым, или в сумеречный зимний вечер, когда снег кажется синим.

Но неверно  считать, что за восприятие цвета  отвечают только лишь глаза человека. Цвет воспринимается очень субъективно, и существует огромное количество факторов, влияющих на ощущение цвета. Это, в частности, национальность, возраст, традиции, место проживания и даже пол. Огромные различия в видении цвета можно наблюдать, например, в работах нескольких художников – при одних и тех же внешних условиях изображаемые ими объекты не будут идентичны по цвету.

3. Категории цветов

3.1 Хроматические и ахроматические цвета

 

Самым простым является ахроматический цвет, т.е. цвет, лишенный окраски, такой, какой мы видим на экране черно-белого телевизора. Сюда относится черный, белый и лежащие между ними различные оттенки серого. Ощущение этих цветов возникает тогда, когда на человеческий глаз не действует поток светового излучения (черный цвет) либо наоборот, действует поток максимальной интенсивности (белый цвет). Ощущение серого цвета возникает тогда, когда воздействующий на глаз световой поток возбуждает цветочувствительные анализаторы (колбочки) в равной степени. При этом белыми выглядят объекты, ахроматически отражающие более 80% света белого источника, а черными - менее 3%. Промежуточные значения дают различные оттенки серого. Единственным атрибутом такого цвета является интенсивность или количество. С интенсивностью можно сопоставить скалярную величину, определяя черное, как 0, а белое как 1. Тогда среднесерому цвету будет соответствовать значение 0.5.

Если воспринимаемый свет содержит длины волн в произвольных неравных количествах, то он называется хроматическим. При субъективном описании такого цвета обычно используют три величины: цветовой тон, насыщенность и светлота.  
                           

3.2 Три качества цвета  

Два цвета, одинаковые при первом взгляде могут оказаться различными на поверку. По этой причине цвет принято описывать комбинацией трех параметров: тона, яркости и насыщенности.

 

Тон

 
           Цветовой тон позволяет различать цвета, такие как красный, зеленый, желтый и т.д. Яблоки красные, лимоны желтые, а небо голубое. Цветовой тон однозначно связан с длиной волны и потому часто выражается в нанометрах.

Принято считать, что человеческий глаз способен различить до 150 различных  цветовых тонов чистых спектральных цветов. К этому числу следует прибавить еще 30 пурпурных цветов, которые отсутствуют в спектре, но могут быть получены путем смешения синего и красного спектральных излучений

 Говоря о различных  цветах, мы обычно имеем в виду  тон, который также описывает оттенки.

 

.          Насыщенность

 

          Если смешивать чистый спектральный цвет с белым либо серым, то будет происходить явление, когда цвет начнет терять свою чистоту и постепенно переходить в белый или серый цвет. В этой связи для характеристики цвета помимо цветового тона используют также характеристику, называемую насыщенностью или же чистотой цвета. На самом деле, чистых спектральных цветов в природе можно встретить не так уж много, и вместо них мы гораздо чаще наблюдаем цвета в той или иной степени лишенные насыщенности. Считается, что для каждого цветового тона человеческий глаз способен различить до 200 ступеней насыщенности.