В предыдущем посте разобрались со слухом (читать тут), теперь поговорим о зрительных ощущениях человека! Именно через зрение человек получает до 80% информации об окружающем мире.
Зрительные ощущения - это результат преобразования энергии электромагнитного излучения (света) в нервные импульсы, которые мозг интерпретирует как образы. Это активный процесс, а не пассивное фотографирование. Мы не просто смотрим, мы видим, обрабатываем, интерпретируем. И чтобы понять этот процесс, нам нужно начать с самого начала - с природы света.
Физическим стимулом для зрения являются световые волны - электромагнитное излучение. Глаз человека эволюционно настроен воспринимать лишь узкий диапазон электромагнитного спектра - от примерно 380 до 780 нанометров (нм). Этот диапазон мы и называем видимым светом.
При этом длина волны определяет цветовой тон. Короткие волны (380-450 нм) мы воспринимаем как фиолетовые и синие, средние (450-590 нм) - как зеленые и желтые, длинные (590-780 нм) - как оранжевые и красные.
А интенсивность (амплитуда) волны определяет яркость или светлоту (довольно странное слово, да? будто его только что придумали) ощущения. Чем больше амплитуда, тем больше энергии излучения, и тем более ярким мы видим объект (при прочих равных условиях).
Все наши цветовые ощущения делятся на две большие группы:
Хроматические цвета — это все цвета спектра и их оттенки (красный, синий, зеленый и т.д.), а также пурпурные (которые отсутствуют в спектре, их невозможно получить, пропустив белый свет через призму, они получаются смешением крайних — синего и красного).
Хроматические цвета в свою очередь обладают тремя характеристиками:
- Цветовой тон. Это основное качество цвета, которое определяется доминирующей длиной волны в спектре излучения . Именно цветовой тон позволяет нам назвать предмет "красным" или "синим".
- Светлота. Это степень близости цвета к белому или черному. Любой хроматический цвет можно высветлить, добавив в него белого (например, из красного получится розовый), или затемнить, добавив черного (получится темно-бордовый) . Интересно, что разные цвета спектра обладают разной собственной светлотой. Желтый - очень светлый (близок к белому), а синий или фиолетовый - темные . Это легко проверить, если сфотографировать цветной мир и перевести снимок в черно-белый режим.
- Насыщенность. Это характеристика, описывающая степень отличия хроматического цвета от ахроматического (серого) той же светлоты . Простыми словами - это чистота, "густота" цвета. Чем меньше в цвете примесей серого или белого, тем он насыщеннее .
Вторая большая группа это ахроматические цвета. Цвета, у которых отсутствует какой-либо цветовой тон. К ним относятся белый, черный и все оттенки серого . Эти цвета различаются только по светлоте.
Почему один лист бумаги мы называем белым, а другой - черным? Дело не в том, сколько света на них падает, а в том, сколько света они отражают.
Коэффициент отражения - это доля падающего света, которая отражается от поверхности. Белая бумага имеет коэффициент отражения близкий к 0,8-0,9 (она отражает 80-90% света), в то время как черный бархат - около 0,03-0,05 (отражает лишь 3-5% света) .
Это физическая характеристика, которая непосредственно влияет на субъективную светлоту. Чем выше коэффициент отражения, тем более светлым нам кажется объект.
Дальше поговорим о чувствительности наших глаз. Глаз обладает потрясающей способностью адаптироваться к разному уровню освещенности - от яркого солнечного дня (тысячи люкс) до почти полной темноты (сотые доли люкс). Максимальная чувствительность глаза в условиях сумеречного зрения смещена в сторону сине-зеленой части спектра (около 510 нм). В условиях яркого света максимум чувствительности приходится на желто-зеленую область (около 555 нм) . Это называется эффект Пуркинье: в сумерках красные цветы кажутся черными, а синие — более светлыми, чем днем.
Сетчатка человека содержит два основных типа фоторецепторов.
- Палочки. Обладают огромной светочувствительностью (в 500 раз выше, чем колбочки) и отвечают за зрение в сумерках (скотопическое зрение). Они не способны различать цвета и обеспечивают ахроматическое зрение. Из-за их высокой чувствительности мы в темноте видим мир как черно-белый. Палочек в сетчатке около 120 миллионов. В них содержится пигмент родопсин, максимум чувствительности которого приходится на 510 нм .
- Колбочки. Работают в условиях яркого света (фотопическое зрение) и отвечают за цветовое зрение и высокую остроту зрения. Их около 6-7 миллионов, и они сконцентрированы преимущественно в центре сетчатки - в желтом пятне.
Острота зрения - это способность глаза различать мелкие детали и раздельно видеть две близко расположенные точки. Количественно она измеряется как величина, обратная угловому расстоянию в минутах между двумя точками, которые глаз видит как раздельные. Нормальная острота зрения (1.0) соответствует способности различать детали с угловым расстоянием в 1 минуту.
Вернемся немного назад к восприятию цвета. Как вообще люди к этому пришли?
В 1672 году Ньютон поставил свой знаменитый опыт с призмой. Он разложил солнечный луч в спектр, показав, что белый свет - это смесь лучей разного цвета. Он же предложил первый цветовой круг, расположив в нем семь спектральных цветов (от красного до фиолетового) и пурпурный, замкнув тем самым круг. Ньютон считал, что цвета существуют объективно в свете.
В начале XIX века Томас Юнг выдвинул гениальную гипотезу: поскольку глаз может воспринимать бесконечное множество цветов, но при этом в нем нет бесконечного множества разных рецепторов, должен существовать ограниченный набор первичных рецепторов. Позже, в середине XIX века, Гельмгольц развил эту идею в теорию.
Важно отметить, что задолго до Гельмгольца, в 1756 году, великий русский ученый Михаил Васильевич Ломоносов в своем труде "Слово о происхождении света, новую теорию о цветах представляющее" высказал идею о трехкомпонентной природе цветового зрения. Он предположил, что цвет зависит от возбуждения трех родов "эфира" в глазу.
Сегодня эта теория, подтвержденная физиологически, называется теорией трехцветного зрения Ломоносова-Юнга-Гельмгольца. Суть ее в следующем:
В сетчатке глаза человека находятся три типа рецепторов (колбочек), чувствительных к разным участкам спектра:
L-колбочки (Long) - наиболее чувствительны к красно-желтой области (длинные волны).
M-колбочки (Medium) - к зелено-желтой области (средние волны).
S-колбочки (Short) - к сине-фиолетовой области (короткие волны) .
Любой цвет - это результат разной степени возбуждения этих трех типов колбочек. Если все три типа колбочек возбуждены примерно одинаково, мы видим белый или серый цвет. Теория блестяще объясняет, почему мы видим желтый цвет при смешении красного и зеленого света на экране.
К сожалению, этот совершенный механизм может давать сбои.
Цветовая слепота (дальтонизм). Это нарушение цветового зрения, чаще всего врожденное. Оно связано с отсутствием или недостаточностью одного или нескольких типов колбочек.
- Протанопия: отсутствие L-колбочек (слепота на красный цвет). Красный цвет кажется темным, путается с зеленым и синим.
- Дейтеранопия: отсутствие M-колбочек (слепота на зеленый цвет). Зеленый неотличим от красного.
- Тританопия: отсутствие S-колбочек (слепота на синий цвет). Встречается крайне редко.
Людей, у которых работают все три типа колбочек, называют трихроматами. Те, у кого работает только два типа, называют дихроматы. Полное отсутствие цветового зрения (монохромазия) встречается очень редко.
Тест на дальтонизм можно пройти тут.
Еще одно нарушение так называемая "куриная слепота" (гемералопия). Это резкое ухудшение зрения в сумерках и полная потеря ориентации в темноте. Причина - нарушение работы палочек. Это может быть связано с недостатком витамина А (необходимого для синтеза родопсина), некоторыми заболеваниями сетчатки или врожденными патологиями. Человек с гемералопией днем видит нормально, а с наступлением сумерек перестает различать предметы.
Также очень важно для психологии зрительных ощущений понимать, что наше зрение инертно. Зрительное ощущение не возникает и не исчезает мгновенно вместе с действием раздражителя, а имеет некоторый период "последействия". Это явление лежит в основе последовательных образов.
Есть положительный последовательный образ. Это если вы посмотрите на яркий источник света, а затем закроете глаза или переведете взгляд на темный фон, вы еще какое-то время будете видеть светлое пятно той же формы. Это след от возбуждения сетчатки. Он соответствует по светлоте и цвету исходному стимулу.
А есть отрицательный последовательный образ. Это более интересный феномен. Если вы пристально посмотрите на ярко окрашенный предмет (например, красный квадрат) в течение 20-30 секунд, а затем переведете взгляд на белую стену, вы увидите на стене квадрат, но... зеленого цвета.
В чем же дело?
Этот эффект объясняется утомлением колбочек. Когда мы долго смотрим на красный цвет, интенсивно работают L-колбочки (чувствительные к красному), и их чувствительность временно падает (они "устают"). Когда мы переводим взгляд на белую стену, которая отражает все цвета, M и S колбочки (зеленые и синие) работают нормально, а уставшие L-колбоки посылают ослабленный сигнал. В результате суммарный сигнал от сетчатки оказывается сдвинут в сторону дополнительного цвета, в данном случае, голубовато-зеленого (циан), который является дополнительным к красному.
Вот еще довольно знаменитая иллюзия, построенная на этом принципе:
Помните, что восприятие цвета - это не просто физика и физиология. На него влияет окружение (цветовая индукция), прошлый опыт и даже наше эмоциональное состояние. Зеленый лист для художника-импрессиониста в тени может быть синим, и это будет правдой его восприятия.
Но об этом мы поговорим в другой раз!
P.S. Будет здорово, если вы будете дополнять или поправлять информацию в комментариях. Думаю в статье охвачено не всё многообразие наших зрительных ощущений.