Меню Рубрики

Теория цветового зрения юнга и геринга

Теории цветового зрения— концепции, объясняющие способность человека различатьцвета, основанные на наблюдаемыхфактах, предположениях, ихэкспериментальнойпроверке.

Существует ряд различных теорий цветового зрения, такие как :

Теория света и цвета Ньютона Теория Т. Юнга

«Теория цвета» И. В. Гёт

Теория цветовосприятия Иоганнеса Мюллера Теория Э. Геринга

Психофизическая теория цветоощущения Г. Э. Мюллера Теории цветового зрения в ХХ веке

Трёхкомпонентная теория цветовосприятия Трехкомпонентная теория Юнга-Гельмгольца. и т.д.

Небольшим признанием пользуется трехкомпонентная теория. Она допускает существование в сетчатке трех типов различных цветовоспринимающих фоторецепторов — колбочек. О существовании трехкомпонентного механизма восприятия цветов говорил еще М. В. Ломоносов. В дальнейшем эта теория была сформулирована Т. Юнгом и Г. Гельмгольцем. Согласно этой теории колбочки содержат различные светочувствительные вещества. Одни колбочки содержат вещество, чувствительное к красному цвету, другие — к зеленому, третьи— к фиолетовому. Всякий цвет оказывает действие на все три вида цветоощущающих элементов, но в различной степени. Разложение светочувствительных веществ вызывает раздражение нервных окончаний. Возбуждения, дошедшие до коры мозга, суммируются и дают ощущение одного однородного цвета.

Особое значение слуха у человека связано с восприятием речи и музыки. Слуховые ощущения являются отражением воздействующих на слуховой рецептор звуковых волн, которые порождаются звучащим телом и представляют собой переменное сгущение и разрежение воздуха. Звуковые волны обладают, во — первых, различной амплитудой колебания. во — вторых, по частоте или продолжительности колебаний. в — третьих, формой колебаний, т. е. формой той периодической кривой, в которой абсциссы пропорциональны времени, а ординаты — удалениям колеблющейся точки от своего положения равновесия. Слуховые ощущения могут вызываться как периодическими колебательными процессами, так и непериодическими с нерегулярно изменяющейся неустойчивой частотой и амплитудой колебаний. Первые отражаются в музыкальных звуках, вторые — в шумах.

Возникновение слуховых ощущений возможно лишь тогда, когда интенсивность звука достигнет определенного минимума, зависящего от индивидуальной чувствительности уха к данному тону. Существует и верх ний предел интенсивности звука, выше которого в ухе возникает сначала осязание звука, а при дальнейшем повышении интенсивности — болевые ощущения.

50. ПАРАМЕТРЫ СЛУХОВЫХ ОЩУЩЕНИЙ И ИХ ФИЗИЧЕСКИЕ КОРРЕЛЯТЫ: ГРОМКОСТЬ, ВЫСОТА, ТЕМБР.

Слуховое ощущение устанавливается не сразу. Любые звуки, длительность которых короче 5 мс, воспринимаются лишь как шум, щелчок. Слух не ощущает и нелинейных искажений, если их длительность не превышает 10 мс. Поэтому измерительный прибор должен регистрировать не все максимальные уровни сигнала, а лишь те из них, длительность которых превышает 5 — 10 мс. Для выполнения поставленной задачи вещательный сигнал выпрямляют и усредняют ( интегрируют) за указанный — промежуток времени.

Слуховое ощущение продолжается еще некоторое время ( 50 — 60 мкс) после прекращения возбуждения. Поэтому звуки, разделенные промежутками во времени менее 60 — 70 мкс, слышатся без пауз. Слуховые ощущения, которые у нас вызывают различные звуки, во многом зависят от амплитуды звуковой волны и ее частоты. Амплитуда и частота являются физическими характеристиками звуковой волны. Этим физическим характеристикам соответствуют определенные физиологические характеристики, связанные с нашим восприятием звука. Такими физиологическими характеристиками являются громкость и высота звука.

Слуховой анализатор осуществляет очень дифференцированный анализ звуковых раздражителей. С помощью него мы получаем слуховые ощущения, которые позволяют различать высоту, громкость и тембр.

Громкость. Громкость зависит от силы, или амплитуды, колебаний звуковой волны. Сила звука и громкость — понятия неравнозначные. Сила звука объективно характеризует физический процесс независимо от того, воспринимается он слушателем или нет; громкость — качество воспринимаемого звука. Если расположить громкости одного и того же звука в виде ряда, возрастающего в том же направлении, что и сила звука, и руководствоваться воспринимаемыми ухом ступенями прироста громкости (при непрерывном увеличении силы звука), то окажется, что громкость вырастает значительно медленнее силы звука.

Высота.Высота звука отражает частоту колебаний звуковой волны. Далеко не все звуки воспринимаются нашим ухом. Как ультразвуки (звуки с большой частотой), так и инфразвуки (звуки с очень медленными колебаниями) остаются вне пределов нашей слышимости. Нижняя граница слуха у человека составляет примерно 15 — 19 колебаний; верхняя — приблизительно 20000, причем у отдельных людей чувствительность уха может давать различные индивидуальные отклонения. Обе границы изменчивы, верхняя в особенности в зависимости от возраста; у пожилых людей чувствительность к высоким тонам постепенно падает. Область слухового восприятия охватывает свыше 10 октав и ограничена сверху порогом осязания, снизу порогом слышимости. Внутри этой области лежат все воспринимаемые ухом звуки различной силы и высоты. Высота звука, как она обычно воспринимается в шумах и звуках речи, включает два различных компонента — собственно высоту и тембровую характеристику.

Тембр.Под тембром понимают особый характер или окраску звука, зависящую от взаимоотношения его частичных тонов. Тембр отражает акустический состав сложного звука, т. е. число, порядок и относительную силу входящих в его состав частичных тонов (гармонических и негармонических). ембр, как и гармония, отражает звук, который в акустическом своем составе является созвучием. Поскольку это созвучие воспринимается как единый звук без выделения в нем слухом акустически в него входящих частичных тонов, звуковой состав отражается в виде тембра звука. Поскольку же слух выделяет частичные тоны сложного звука, возникает восприятие гармонии.

Теории цветового зрения

Теории цветового зрения — концепции, объясняющие способность человека различать цвета.

Содержание

[править] Общие требования

В идеале теория обладает предсказательной силой, позволяя обнаружить новые особенности явлений, более подробно и обосновано, с меньшим числом предположений, объясняет известные факты и эффекты. Теория цветного зрения может считаться приемлемой при выполнении следующих условий:

  • теория должна строиться только на объективных, достоверно установленных экспериментальных данных;
  • модель должна быть объективной и описываться математическими зависимостями в реальном трёхмерном пространстве;
  • теория должна основываться на конкретных физических законах, без каких-либо приближений и исключений;
  • модель зрительного процесса (точнее, комплекс моделей: физическая, математическая, биологическая модель, биохимическая модель и др.) должна объяснять все известные явления и свойства, зрительные иллюзии, и парадоксы цветового зрения.

[править] История

В письменной истории остались многие наивные «теории зрения», предсказательная сила которых была невелика. Даже гениальные предположения учёных прошлого были в основном умозрительны, так как естественные науки в те времена не обладали необходимым инструментарием для проведения исследований. Как следствие, понятийный аппарат науки был сформирован недостаточно, и невозможно было провести многие критически важные эксперименты.

Развитие естественных наук к ХIХ веку позволили заложить основы, позволяющие подойти к этой проблеме по новому пути — по пути использования технической физики и соответствующий арсенал теоретических и технических средств. В 50-е годы ХХ века успехи в развитии электрофизиологии и электроники также стали помогать исследованиям клетки. Техника физиологов, электроды толщиной в тысячные доли миллиметра позволили измерять электрические поля живой клетки, практически не разрушая её. Была изучена реакция рецепторов на различные интенсивность, длину волны, длительность воздействия света; исследовано влияние различных веществ, микроэлементов, магнитных и электрических полей.

Рассмотрим предположения, гипотезы и теории цветового зрения в хронологическом порядке.

[править] Религиозная гипотеза

Вопросы связанные с работой органа зрения всегда волновали человека, поэтому во многих религиях даётся своя трактовка устройства глаза и принципа зрения человека. Всё обычно сводится к тому, что глаз человека является настолько сложным и уникальным органом, что его не могла создать природа в процессе эволюции, а посему, таким образом, система зрения четко свидетельствует о существовании Бога-Творца.

[править] Научные теории

[править] Воззрения древнего мира

Ещё древнеегипетские изображения свидетельствуют о том, что в древности существовали мысли об «излучении» глазом особых «лучей», как бы «ощупывающих» окружающий, видимый мир.

Механизм цветового зрения по Эмпедоклу

В V столетии до нашей эры сицилианец Эмпедокл высказал первую гипотезу о механизме цветового зрения. Она заключается в следующем: любой предмет, в том числе и глаз человека, излучает некую «субстанцию»; истекая из глаза, эта субстанция встречается с истекающей из предмета, в результате чего появляется ощущение цвета. Белый цвет возникает в результате определённого соотношения «внутреннего» и «внешнего». По Эмпедоклу, основными цветами являются белый, чёрный, жёлтый и красный.

Гипотеза ощущения цвета. Демокрит

В том же V веке до нашей эры появилась и первая материалистическая гипотеза. Автором её был известный философ Демокрит. Он считал, что ощущение цвета порождается явлениями окружающего мира: это результат «вхождения» в нас образов, отражения вещей; цвет определяется порядком, формой и положением бесцветных атомов. Демокрит считал основными цветами чёрный, белый, красный и темно-зелёный.

Связь между цветом и светом. Леонардо да Винчи

Следующий шаг был сделан только на рубеже XVI столетия. Автором был философ, выдающийся инженер и великий художник Леонардо да Винчи. Он первым увидел связь между цветом и светом: «красота» цвета, считал он, зависит от освещения, «свет оживляет и дает истинное знание о качестве красок». Да Винчи первым ввёл понятие о цветовом контрасте, о восприятии двух красок, расположенных рядом, первым заметил, что восприятие белого цвета зависит от окружающих; первым обратил внимание на то, что рассеянный воздухом свет приобретает голубой оттенок. Основными цветами он считал белый, чёрный, жёлтый, зелёный, синий и красный.

[править] Теория света и цвета Ньютона

Полтора столетия спустя, в 1672 году, увидел свет первый капитальный труд по теории цвета. Назывался он «Новая теория света и цвета» Ньютона. Пропустив солнечный свет через призму, Ньютон разложил его в спектр, получив радугу. Он первым показал, что белый цвет всегда сложен. Основной вывод ученого стал фундаментальным для науки о цвете: « … и цвета относятся к физике, и науку о них следует почитать математической, поскольку она излагается математическим рассуждением». Однако он не учитывал механизм восприятия цвета глазом, а исходил из предположения, что цвет является свойством света. В качестве основных цветов Ньютон впервые предложил использовать названия наиболее различающихся, по его мнению, цветов радуги: красный, оранжевый, жёлтый, зелёный, синий, фиолетовый и индиго, Поиски гармонии (аналогично тонам звуковой гаммы) привели и в теории цвета к появлению числа «семь».

[править] Гипотеза М. В. Ломоносова

Представление о биофизическом восприятии цвета в середине XVIII столетия впервые ввел М. В. Ломоносов. Это было его «Слово о происхождении света, новую теорию о цветах представляющее, июля 1-го дня 1756 года говоренное» [1] . Основные положения гипотезы Ломоносова:

  • количество основных цветов сведено к трем (красный, жёлтый, голубой) — это то минимальное число цветов, которые в различной комбинации позволяют получить все цветовые тона (правда, не все воспринимаемые цвета);
  • воздействие на глаз различно по характеру, но едино по своей природе («коловратное движение эфира»);
  • необходимость и достаточность анализа трёх зон спектра.

Так в теориях цветового зрения появилось число «три». Гипотеза Ломоносова была первой, которая содержала все основные требования, предъявляемые к теории.

[править] Теория Т. Юнга

В 1807 году, спустя пол столетия после Ломоносова, Томас Юнг предложил свою теорию цветового зрения. Он постулировал наличие в сетчатке глаза механизмов трёх типов, наиболее чувствительных к коротковолновому участку видимого спектра, к средневолновому участку и к длинноволновому участку. Эти три различных механизма должны были быть связаны с тремя главными цветами — красным, зелёным и фиолетовым. Он предположил, что глаз анализирует каждый цвет в отдельности и передаёт сигналы о нём в мозг по трём различным типам нервных волокон: один тип передаёт сигнал о наличии красного цвета, второй — зелёного, а третий — фиолетового. Этот вывод опирался исключительно на предположении, что, поскольку трёхкомпонентность цвета не имеет обоснования в теории света, то в таком случае это должно быть свойством самого глаза.

Читайте также:  Если в глазах разные точки зрения

[править] «Теория цвета» И. В. Гёте

Немецкий поэт Иоганн Вольфганг Гёте был не только поэтом, но и естествоиспытателем-энциклопедистом, с очень широким кругозором. Он провёл множество тщательных наблюдений в области восприятия цвета и представил свои идеи в труде, озаглавленном «Теория цвета». Работа «Теория цвета» Иоганна Вольфганга Гёте, опубликованная в 1810 г., очаровывала физиков более ста лет. По мнению ученого Дина Б. Джадда (1900—1972 г.), «можно признать, хотя и смутно, предвестником последующего значительного прогресса в теории цвета». [2]

[править] Теория цветовосприятия И. Мюллера

Иоганнес Мюллер (1801—1858) выдвинул доктрину «специфической энергии» органов чувств.

По мнению И. Мюллера — ощущения человека представляют собой разряды «специфической энергии», заложенной в нервном волокне, а не внешнего стимула, действующего на это волокно. В качестве доказательства он приводил довод, что какими бы стимулами на нервы ни воздействовать, результатом будет один и тот же, специфический для каждого из них: так, любое раздражение зрительного нерва (механическое, тепловое, электрическое) вызывает у субъекта только ощущение вспышек света.

В рамках этой доктрины Мюллером предложена теория цветовосприятия, включающая в себя как гельмгольцевские, так и геринговские понимания и сводящаяся к следующему. В сетчатке имеется три различных сенсибилизатора: Р’, Р» и Р'», отвечающих на раздражающие длины волн сообразно кривым трех основных возбуждений Гельмгольца. Каждым из этих «первичных» сенсибиляторных процессов возбуждается в сетчатке по два «промежуточных» хроматических процесса, происходящих в двух веществах — красно-зелёном и жёлто-синем. Кроме того «первичными» процессами вызывается процесс в нервных центрах, соответствующий белому цвету. Каждый из парносвязанных таким образом «промежуточных» процессов влечет за собой далее в вышележащих центрах «внутренние (взаимно не связанные уже) валентности», соответствующие белому, чёрному, красному, зелёному, жёлтому и синему цветам, в результате чего и возникает уже то или иное ощущение.

[править] Теория Юнга — Гельмгольца

Ещё полстолетия спустя (1853 г.) гипотезу Т. Юнга развил учёный Г. Гельмгольц, немецкий биолог и физик, который, впрочем, не упоминает известной работы Ломоносова «О происхождении света», хотя она была опубликована и кратко изложена на немецком языке.

Изучив работы Максвелла [3] [4] и Грассмана [5] Гельмгольц развил теорию Юнга [6] [7] придал ей форму, известную теперь под названием теории цветового зрения Юнга-Гельмгольца.

В своей работе «Руководство по физиологической оптике» (Handbuch der physiologischen Optik), Гельмгольц сформулировал гипотезу восприятия и теорию бессознательных умозаключений. В своей гипотезе он модифицировал концепцию своего учителя Иоганесса Мюллера о «специфической энергии органов чувств»

Гельмгольц сделал вывод, что для получения цветов требуется 4 или более основных цветов. Позже он предположил достаточность всего трёх основных механизмов исходя из предположения о том, что они обладают спектральной чувствительностью в широком, частично перекрывающемся диапазоне. Согласно предположениям его гипотезы в сетчатке глаза человека должны быть три вида колбочек, максимум чувствительности которых приходится на красный, зелёный и синий участок спектра, то есть соответствуют трём «основным» цветам.

[править] Теория Э. Геринга

В 1870 году немецкий физиолог Эвальд Геринг сформулировал так называемую оппонентную гипотезу цветового зрения, известную также как теория обратного процесса. Он опирался на существование пяти психологических ощущений, а именно ощущение красного, жёлтого, зелёного, синего и белого цветов, а также на тот факт, что они по-видимому, действуют в противоположных парах, одновременно дополняя и исключая друг друга. Геринг постулирует наличие трёх типов противоположных пар процессов реакции на чёрный и белый, жёлтый и синий, красный и зелёный цвета.

Теория Геринга выдвигает на первый план психологические аспекты цветового зрения. Модель Геринга хорошо объяснила например «отрицательные» последовательные образы, но оставались и вопросы. Во-первых: пять разных типов светоприёмников в глазу — многовато. К тому же, зачем жёлтый рецептор, если жёлтый цвет получается смешением сигналов «красного» и «зелёного»? Во-вторых, почему противоположные жёлтый и синий дают белый цвет, а противоположные красный и зелёный — жёлтый? В настоящий момент ни анатомических, ни физиологических доказательств этой гипотезы нет. [8]

Теория Геринга, развитая Гуревичем и Джеймсоном, известна также как оппонентная теория. В ней сохраняется три системы рецепторов: красно-зеленые, желто-голубые и черно-белые. [9] Предполагается, что каждая система рецепторов функционирует, как антагонистическая пара. Как и в теории Юнга — Гельмгольца, считается, что каждый из рецепторов (или пар рецепторов) чувствителен к свету волн разной длины, но максимально чувствителен к волнам определенной длины.

[править] Психофизическая теория цветоощущения Г. Э. Мюллера

Георг Элиас Мюллер (Georg Elias Nathanael Muller) — немецкий ученый-психолог, один из основателей экспериментальной психологии в Германии, проводил исследования и в области зрительного восприятия (1930 г.).

Занимаясь большей частью психофизикой, Мюллер развил метод константного стимула. Он использовал весы Мюллера-Урбана для определения кривой, наилучшим образом описывающей данные, полученные методом константного стимула, и помогающей определить дифференциальные пороги ощущений. В то время как процедура Фехнера предполагала сравнение между двумя стимулами, модификация Мюллера предполагала одновременное сравнение нескольких стимулов с одним стандартным, что приводило к более точной оценке субъективного суждения. В области зрительских ощущений Мюллер расширил подход Фехнера, применив анализ физиологических факторов. Он исследовал цветовое зрение, опираясь на аспекты теории Геринга, согласно которым три цветовые пары (белый-чёрный, жёлтый-голубой, красный-зелёный) считаются обратимыми фотохимическими субстанциями.

[править] Объединённая теория Юнга-Геринга

Объединённая теория Юнга-Геринга (Трихроматическая теория, или трицептивная теория) имела достаточно широкое распространение. Теория объясняет законы смешивания цветов, но она не может объяснить тот факт, что дихроматы, путающие красные оттенки с зелеными, видят желтый; а также объяснить послеобразы дополнительных цветов.

[править] Теория П. Преображенского

На съезде естествоиспытателей в СПб. в 1889 г. П. Преображенский предложил гипотезу цветового зрения, в сущности, основанную на предположении, что существуют две цветовых впечатлительности — одна под влиянием лучей спектра, начиная с красных до зеленовато-голубых, а другая — под влиянием лучей — желтых и всех остальных до фиолетового включительно. Суммирование этих двух впечатлительностей, по Преображенскому, достаточно для объяснений множества явлений цветового зрения [10]

[править] Теория Лэдд-Франклин

Теория Лэдд-Франклин 1892 г. базируется на учёте реакции колбочек на психологические основные цвета — красный, зелёный, жёлтый и синий.

Предполагается существование некой сложной фоточувствительной молекулы, которая по-разному реагирует на красный, зеленый, синий и желтый свет, высвобождая вещества, стимулирующие соответствующие нервные окончания. Теория эволюционно ориентирована: двухцветная система зрения объясняется существованием менее высоко развитой молекулы, а ахроматическое зрение — еще более примитивной. Эта теория в настоящее время имеет лишь историческое значение. [11]

[править] Теории цветового зрения в ХХ веке

Перечисленные выше гипотезы, модели и теории чаще всего не согласованы, а нередко и противоречат друг другу.

[править] Зонная теория Крисса

В свое время между сторонниками трёхкомпонентной теории цвета, основанной на идеях Ломоносова и Ньютона, и сторонниками оппонентной теории, велись жаркие споры. К концу ХХ века эти теории стали считать взаимно дополняющими интерпретациями. В частности Крисс, в своей «зонной теории», предложенной им ещё в начале ХХ века, сделал попытку синтетического объединения этих двух конкурирующих теорий. Она предполагает, что трехкомпонентная теория более пригодна для описания функционирования уровня рецепторов, а оппонентная теория — для описания нейронных систем более высокого уровня зрительной системы. Однако эти теории по определению взаимоисключают друг друга.

[править] Теория А. Кёнига

В теории Кёнига 1903 г. [12] [13] , постулируется, что ощущение яркости обусловлено срабатыванием специального рецепторного механизма, состоящего из групп колбочек, спектральная реакция которых совпадает с функцией нормальной световой эффективности. Восприятие цвета обеспечивается по меньшей мере двумя другими рецепторными механизмами, также образованными группами колбочек, но с очень узкими полосами спектральной чувствительности. Теории, исходящие из этих принципиальных положений, называются доминаторно-модуляторными теориями [14] [15] [16] . Доминаторы ответственны за ощущение яркости; модуляторы, модулируя доминантную реакцию, вызывают ощущения цвета.

[править] Гипотеза Г. Хартриджа

В 1947 году появилась «полихроматическая» гипотеза Г. Хартриджа. Он полагал, что помимо трёх основных, первичных рецепторов (оранжевого, зелёного и сине-зелёного) должно быть ещё четыре или пять других дополнительных, или вторичных, включая жёлтую и синюю пару, действующую как единое целое. Модель Г. Хартриджа охватывала практически всю гамму существующих цветов. Однако к этому времени морфология, структура сетчатки и колбочек были уже достаточно хорошо изучены. В сетчатке не обнаруживалось даже двух разных типов колбочек, не говоря уже о семи. В практике же полихроматическая модель давно используется, например в семицветной печати.

[править] Концепция М. Смирнова

В 1955 году известный исследователь цветового зрения, советский ученый М. С. Смирнов выдвинул новое предположение: все три типа приёмников находятся в одной колбочке.

[править] Модель П. Уолравена

Еще одну модель создал голландский ученый П. Уолравен (иначе его фамилию упоминают, как Валравен). Он предположил, что в сетчатке человека должны присутствовать три типа колбочек, причём сигналы «красной» и «зелёной» колбочек делятся на три, а «синей» — на две части. Одна часть сигналов трёх колбочек поступает на суммирующий узел, образуя яркостный сигнал. По одной части сигнала «красной» и «зелёной» колбочек подается на второй сумматор, на выходе которого получается жёлтый сигнал. Теперь имеются четыре сигнала: красный, зелёный, жёлтый и синий. Из них образуются два сигнала двух противоположных пар: красно-зелёной и жёлто-синей. Эту модель можно было бы назвать «телевизионной» — так как она в общих чертах копирует механизм формирования цветовых сигналов в телевидении. Модель П. Уолравена, в общих чертах увязала четырёх- и трёхкомпонентную гипотезы. Позже эту же модель цветовосприятия описали Давид Хьюбл (Dav >

Получаем систему уравнений — Кч-б=Yмах-Yмин; Кgr=G-R; Кbrg=B-R-G, где Кч-б, Кgr, Кbrg — функции коэффициентов баланса белого для любого освещения. При этом они не смогли описать: ни сам механизм работы клеток, ни принцип механизма работы цветовосприятия, они касались только возможного (по их мнению) способа передачи сигналов от рецепторов в мозг. В этой теории всю обработку информации авторы также относили исключительно к работе головного мозга.

[править] Теория Э. Лэнда

Эдвин Лэнд предложил новую теорию цветового зрения. Суть её сводилась к тому, что цвет не зависит от длины волны; цвет — это свойство глаза, результат действия «длинных волн против коротких». По выражению Лэнда, цвет, как его видит глаз, есть информация «о распределении коротких и длинных световых волн по полю зрения». Цветовую координатную систему Лэнд представил в виде квадрата; вдоль одной стороны он расположил «короткие» волны, вдоль другой — «длинные». Диагональ — «нейтральная» линия — разделила квадрат на два треугольника, в одном из которых находились «теплые» тона, в другом — «холодные».

Эффект Лэнда пытались объяснить (опять таки только с точки зрения трёхкомпонентной гипотезы) явлением одновременного цветового контраста. Не найдя объяснения, это явление исследователи решили считать следствием работы мозга. Это привело к тому, что разные условия проявления одного и того же физического свойства глаза считаются разными эффектами, особенностями деятельности мозга.

Читайте также:  Комплексные соединения с точки зрения метода валентных связей

[править] Сферическая модель цветового зрения (Соколов, Измайлов)

Эта модель не является теорией или гипотезой цветовосприятия, это просто попытка создать некий механизм позволяющий математически описывать те или иные цвета. Однако в своей основе авторы опирались на предположения необоснованной трёхкомпонентной гипотезы цветовосприятия. Первый вариант сферической модели цветового зрения, изложенный в работах Соколова, Зимачева, Измайлова (1975), Измайлова и Соколова (1978) Фомина, Соколова, Вайткявичуса (1979), (Sokolov, et al, 1979) то есть, в работах до 1980 года, основывался на экспериментах по различению равноярких цветов, и в качестве основной меры цветового различия (метрики цветового пространства) было принято расстояние по малой дуге большого круга сферы, то есть метрика на сфере единичного радиуса, соответствующая частному случаю римановой геометрии (двумерному пространству с положительной кривизной). Аналогичное положение принято в сферической модели Воса и Варлавена (Vos, Warlavn, 1972).

Специальные экспериментальные исследования метрики цветовых различий, результаты которых изложены в монографии Измайлова (1980), и в последующих работах (Измайлов, 1981, Izmailov, 1982, Sokolov, Izmailov, 1983) заставили отказаться от этого положения, и привели к выводу, что цветовые различия точнее выражаются евклидовой метрикой, а не римановой. Хотя цвета располагаются на сфере, и геодезическая линия смешения цветов задается большим кругом сферы, но цветовое различие как кратчайшее расстояние между двумя точками измеряется не по дуге, а по хорде, то есть, в евклидовой метрике. В этом смысле цветовая сфера это не Риманово (частное) пространство, а представляет собой гиперсферу в евклидовом пространстве. Этот аспект очень важен, поскольку он позволяет понять и объяснить одну проблему, возникшую при измерении цветовых различий, и сформулированную в работах Мак-Адама (1964) и Джадда (1967), как проблема неаддитивности цветовых различий. Проблема состоит в том, что для любых трех цветовых точек (i, j, k), расположенных в цветовом пространстве на одной геодезической линии сумма различий (D ij + D ik) всегда больше, чем различие Dik. Причем, это расхождение ε = [(D ij + D ik) — D ik] меняется и зависит от величины D. При пороговых различиях (и близких к пороговым) это расхождение минимально и сравнимо с ошибкой измерения. Именно поэтому цветовые функции, основанные на пороговых измерениях, оказались согласованными с цветовыми функциями, выведенными исходя из римановой метрики сферической модели в работе Измайлова и Соколова (1978). Но при переходе к сверхпороговым различиям это расхождение начинает увеличиваться и риманова геометрия уже не годится для модели цветового пространства. [17]

[править] Теория С. Ременко

В 1975 году появилась нелинейная теория зрения советского ученого С. Ременко, предполагающая наличие в глазе человека только двух типов светочувствительных элементов — одного типа палочек и всего одного типа колбочек, а также нелинейность процессов формирования сигналов цветности. содержащих в себе пигменты светочувствительные сразу к нескольким областям спектра. Утверждение, что у человека есть только один тип колбочек основывается на работе 1964 года «Visual Pigments of Single Primate Cones» W. B. Marks, W. H. Dobelle, E. F. Mak Nichol [18] , в то время как современные работы подтверждают наличие трёх типов колбочек у человека [19] . Заявляется, что теория объясняет механизмы обработки сигналов рецепторами сетчатки глаза, поддержание баланса белого цвета и моделирует работу глаза в целом. Декларируется, что на основе принципов сформулированных нелинейной теорией цветового зрения построена простая фотоэлектрическая действующая модель глаза (колориметр), способная однозначно распознавать любые цвета и оттенки, проявляющая все особенности и свойства нашего цветовосприятия, а также имитирующая все дефекты нашего зрения. Однако нелинейная теория зрения не получила широкого распространения и признания со стороны научного сообщества. [20] [21] [22] [23]

[править] Теория цветовосприятия Джохана Медейроса

Сам Джон А. Медейрос (John A. Medeiros) называет свою теорию моделью конического спектрометра Cone Spectrometer Model (CSM). Джохан Медейрос опирался на ряд аспектов цветного зрения, «. о которых стандартная трёхкопонентная модель ничего не говорит, или, говорит не то. » (цитата Джохана Медейроса [24] ).

В своей работе Джохан Медейрос приводит список (42 наименования в трех категориях) свойств зрения человека, которые не могут объяснить трёхкомпонентные теории. Он утверждает, что список не исчерпывающий и что стандартная, общепринятая, трехколбочковая (трёхкомпонентная) модель человеческого цветного зрения не объясняет ни один из пунктов этого списка.

Исходя из существующих к началу 2000 годов экспериментальных данных, он пришёл к выводу, что в глазу человека существует только два типа фоторецепторов — палочки и колбочки. При этом все колбочки идентичны и каждая из них чувствительна ко всему спектру видимого света. Только так возможно объяснить все свойства нашего зрения. Это уже вторая теория (после нелинейной теории зрения) опирающаяся на это утверждение. Группа Джохана Медейроса повторила ряд известных экспериментов прошлых лет на современном уровне, а так же провела свои оригинальные исследования подтверждающие идентичность всех колбочек сетчатки глаза человека.

Суть теории Джохана Медейроса заключается в том, что каждая колбочка представляет собой портативный спектрофотометр реагирующий на весь спектр видимого света. В отличии от нелинейной теории зрения он не смог объяснить механизм работы колбочки, но предложил, что он основан на разделении длин волн поглощаемого излучения в коническом волноводе. Суть предположения основана на теоретическом предположении, что для каждого сечения волновода есть жёсткое ограничение на длину волн способных преодолеть это сечение. Если длина волны больше, чем сечение волновода в данном месте, то эта длина волны не сможет пройти далее в волновод и будет поглощена в его стенке. Таким образом, в сужающемся волноводе, в глубину будет проникать только более коротковолновое излучение.

Однако эта теория не стыкуется с гистологическими исследованиями колбочек глаза и физическими свойствами внутренних сред глаза. Во первых, строение колбочки достаточно хорошо исследовано и описано. В колбочках нет элемента конического волновода наличие которого предполагает Джохан Медейрос. Во вторых, специфика устройства хрусталика глаза и показатели преломления глазных сред, преломляют коротковолновое излучение сильнее, чем длинноволновое и поэтому коротковолновое излучение фокусируется перед поверхностью фоторецепторов, в то время, как длинноволновое проходит дальше фокусируясь в глубине фоторецепторов.

Теория Джохана Медейроса наглядно показывает отход современных теорий от постулатов на которых строились трёхкомпонентные теории (три типа колбочек чувствительных к трём различным участкам спектра) в связи с отсутствием их экспериментального подтверждения.

[править] Трёхкомпонентная теория цветовосприятия

В течении более чем сотни лет, на почве множества различных предположений и гипотез была сформулирована так называемая Трёхкомпонентная теория цветного зрения. В основу этой теории вошли предположения М. В. Ломоносова, Томаса Юнга, Гельмгольца, Уолравена. Все они считали, что в сетчатке глаза должно существовать три типа приёмников чувствительных к узким частям спектра, что подтверждается современными экспериментами. Поэтому этой теории придерживаются в настоящее время большинство ученых.

В 2009 г. был опубликован аналитический обзор Роберта Марка, подтверждающий эту теорию.

История создания трехцветной теории зрения

Согласно этой теории, в глазу имеются три вида приемников лучистой энергии (колбочек), воспринимающих соответственно красную (длинноволновую), желтую (средневолновую) и голубую (коротковолновую) части видимого спектра.

Все наши ощущения есть не что иное, как результат смешения в различных пропорциях этих трех цветов.

При одинаково сильном возбуждении трех видов колбочек создается ощущение белого цвета, при равном слабом — серого, а при отсутствии раздражения — черного. При этом глаз воспринимает яркость предметов путем суммирования ощущений, получаемых тремя видами колбочек, а цветность — как отношение этих ощущений.

Трехкомпонентная теория цветового зрения в настоящее время является почти общепринятой. Предполагается, что в каждом виде колбочек содержится соответствующий цветочувствительный пигмент (йодопсин), обладающий определенной спектральной чувствительностью (характеристикой поглощения). Химический состав пигментов еще не определен.

Но, рассмотрим вклад ученых разных стран в эту теорию:

Нидерландский механик, физик, математик, астроном и изобретатель Христиан Гюйгенс активно участвовал в современных ему спорах о природе света.

В 1678 году он выпустил «Трактат о свете» — набросок волновой теории света. Другое замечательное сочинение он издал в 1690 году; там он изложил качественную теорию отражения, преломления и двойного лучепреломления в исландском шпате в том самом виде, как она излагается теперь в учебниках физики.

Сформулировал так называемый принцип Гюйгенса, позволяющий исследовать движение волнового фронта, впоследствии развитый Френелем и сыгравший важную роль в волновой теории света, и теории дифракции.

Трёхсоставную теорию цветового зрения впервые высказал в 1756 году Михаил Ломоносов, когда писал «о трёх материях дна ока» в своём труде «О происхождении света».

На основе многолетних исследований и многочисленных опытов Ломоносов разработал теорию света, с помощью которой объяснил физиологические механизмы цветовых явлений. По мысли Ломоносова, цвета вызываются действием трёх родов эфира и трёх видов цветоощущающей материи, составляющей дно глаза.

Теория цвета и цветового зрения, с которой Ломоносов выступил в 1756 году, выдержала проверку временем и заняла должное место в истории физической оптики.

Шотландский физик, математик и астроном Сэр Дэвид Брюстер внес огромный вклад в развитие оптики. Он известен по всему миру, и не только в научных кругах, как изобретатель калейдоскопа.

Оптические исследования Брюстера не имеют теоретического и математического характера; тем не менее он открыл опытным путем точный математический закон, за которым осталось его имя, относящийся к явлениям поляризации света: луч света, косвенно падающий на поверхность стеклянной пластинки, частью преломляется, частью отражается. Луч, отраженный под углом полной поляризации, составляет прямой угол с направлением, которое принимает при этом преломленный луч; это условие приводит к другому, математическому выражению закона Брюстера, а именно — тангенс угла полной поляризации равен показателю преломления.

Он показал, что неравномерное охлаждение сообщает стеклу способность обнаруживать цвета в поляризованном свете — открытие, важное для физики частичных сил; вслед за тем он обнаружил подобные же явления во многих телах животного и растительного происхождения.

В 1816 г. Брюстер объяснил причину образования цветов, играющих на поверхности перламутровых раковин. До его времени алмаз считался представителем самого сильного преломления света, а лед — самого слабого в твердых телах; его измерения расширили эти пределы, показав, что хромо-кислая соль свинца преломляет сильнее алмаза, а плавиковый пшат — слабее льда. Явления поглощения света различными телами, обнаруживающиеся тем, что в спектре (солнечного) света, через них проходящего, обнаруживается множество темных линий, также были предметом исследований Брюстера. Он показал, что многие из линий солнечного спектра происходят от поглощения некоторых частей света земной атмосферой; подробно исследовал поглощение света газом азотноватого ангидрида и показал, что это вещество в жидком виде не образует спектра поглощения. Впоследствии Б. открыл, что некоторые светлые линии спектров искусственных источников света совпадают с темными, фраунгоферовыми, линиями солнечного спектра, и выразил мнение, что и эти последние, может быть, суть линии поглощения в солнечной атмосфере. Сопоставляя высказанные им в различное время мысли об этом предмете, можно видеть, что Брюстер был на пути к великому открытию спектрального анализа; но эта честь во всяком случае принадлежит Бунзену и Кирхгофу.

Читайте также:  Можно ли делать лазерную коррекцию зрения на оба глаза

Брюстер много пользовался поглощающими свет веществами для другой цели, а именно, он старался доказать, что число основных цветов в спектре не семь, как думал Ньютон, а только три: красный, синий и желтый («New analysis of solar light, indicating three primary colours etc.» («Edinb. Transact.», том XII, 1834). Его громадная экспериментальная опытность дала ему возможность как будто довольно убедительно доказать это положение, но вскоре оно было опровергнуто, в особенности опытами Гельмгольца, неопровержимо доказавшими, что зеленый цвет есть несомненно простой, и что надо принять по меньшей мере пять основных цветов.

Оптические наблюдения привели английского физика, механика, врача, астрона Томаса Юнга (Thomas Young) к мысли, что господствовавшая в то время корпускулярная теория света неверна. Он высказался в пользу волновой теории. Его идеи вызвали возражения английских учёных; под их влиянием Юнг отказался от своего мнения. Однако в трактате по оптике и акустике «Опыты и проблемы по звуку и свету» (1800) учёный вновь пришёл к волновой теории света и впервые рассмотрел проблему суперпозиции волн. Дальнейшим развитием этой проблемы явилось открытие Юнгом принципа интерференции (сам термин был введён Юнгом в 1802 году).

В докладе «Теория света и цветов», прочитанном Юнгом Королевскому обществу в 1801 году (опубликован в 1802 г.), он дал объяснение колец Ньютона на основе интерференции и описал первые опыты по определению длин волн света. В 1803 году в работе «Опыты и исчисления, относящиеся к физической оптике» (опубликована в 1804 г.) он рассмотрел явления дифракции. После классических исследований О. Френеля по интерференции поляризованного света Юнг высказал гипотезу о поперечности световых колебаний. Он разработал также теорию цветного зрения, основанную на предположении о существовании в сетчатой оболочке глаза трёх родов чувствительных волокон, реагирующих на три основных цвета.

Шотландец по происхождению, британский физик, математик и механик Джеймс Максвелл в 1854 году предложению редактора Макмиллана начал писать книгу по оптике (она так и не была закончена).

Однако главным научным интересом Максвелла в это время была работа по теории цветов. Она берёт начало в творчестве Исаака Ньютона, который придерживался идеи о семи основных цветах. Максвелл выступил как продолжатель теории Томаса Юнга, выдвинувшего идею трёх основных цветов и связавшего их с физиологическими процессами в организме человека. Важную информацию содержали свидетельства больных цветовой слепотой, или дальтонизмом. В экспериментах по смешиванию цветов, во многом независимо повторявших опыты Германа Гельмгольца, Максвелл применил «цветовой волчок», диск которого был разделён на окрашенные в разные цвета секторы, а также «цветовой ящик», разработанную им самим оптическую систему, позволявшую смешивать эталонные цвета. Подобные устройства использовались и раньше, однако лишь Максвелл начал получать с их помощью количественные результаты и довольно точно предсказывать возникающие в результате смешения цвета. Так, он продемонстрировал, что смешение синего и жёлтого цветов даёт не зелёный, как часто полагали, а розоватый оттенок.

Опыты Максвелла показали, что белый цвет не может быть получен смешением синего, красного и жёлтого, как полагали Дэвид Брюстер и некоторые другие учёные, а основными цветами являются красный, зелёный и синий . Для графического представления цветов Максвелл, следуя Юнгу, использовал треугольник, точки внутри которого обозначают результат смешения основных цветов, расположенных в вершинах фигуры.

Серьёзный интерес Максвелла к проблеме электричества позволил ему свормулировать волновую теорию света — одну из теорий, объясняющих природу света. Основное положение теории заключается в том, что свет имеет волновую природу, то есть ведёт себя как электромагнитная волна (от длины которой зависит цвет видимого нами света).

Теория подтверждается многими опытами (в частности, опытом Т. Юнга), и данное поведение света (в виде электромагнитной волны) наблюдается в таких физических явлениях, как дисперсия, дифракция и интерференция света. Однако многие другие физические явления, связанные со светом, одной волновой теорией объяснить нельзя.

В июне 1860 года на съезде Британской ассоциации в Оксфорде Максвелл сделал доклад о своих результатах в области теории цветов, подкрепив их экспериментальными демонстрациями с помощью цветового ящика. Позже в том же году Лондонское королевское общество наградило его медалью Румфорда за исследования по смешению цветов и оптике. 17 мая 1861 года на лекции в Королевском институте (Royal Institution) на тему «О теории трёх основных цветов» Максвелл представил ещё одно убедительное доказательство правильности своей теории — первую в мире цветную фотографию, идея которой возникла у него ещё в 1855 году. Вместе с фотографом Томасом Саттоном (англ. Thomas Sutton) было получено три негатива цветной ленты на стекле, покрытом фотографической эмульсией (коллодий). Негативы были сняты через зелёный, красный и синий фильтры (растворы солей различных металлов). Освещая затем негативы через те же фильтры, удалось получить цветное изображение. Как было показано спустя почти сто лет сотрудниками фирмы «Кодак», воссоздавшими условия опыта Максвелла, имевшиеся фотоматериалы не позволяли продемонстрировать цветную фотографию и, в частности, получить красное и зелёное изображения. По счастливому совпадению, полученное Максвеллом изображение образовалось в результате смешения совсем иных цветов — волн в синем диапазоне и ближнем ультрафиолете. Тем не менее, в опыте Максвелла содержался верный принцип получения цветной фотографии, использованный спустя многие годы, когда были открыты светочувствительные красители.

Немецкий физик, врач, физиолог и психолог Герман Гельмгольц способствует признанию теории трёхцветового зрения Томаса Юнга.

Теория цветоощущения Гельмгольца (теория цветоощущения Юнга-Гельмгольца, трёхкомпонентная теория цветоощущения) -теория цветоощущения, предполагающая существование в глазу особых элементов для восприятия красного, зелёного и синего цветов. Восприятие других цветов обусловлено взаимодействием этих элементов.

В 1959 году теория была экспериментально подтверждена Джорджом Уолдом и Полом Брауном из Гарвардского университета и Эдвардом Мак-Николом и Уильямом Марксом из Университета Джонса Гопкинса, которые обнаружили, что в сетчатке существует три (и только три) типа колбочек, которые чувствительны к свету с длиной волны 430, 530 и 560 нм, т. е. к фиолетовому, зелёному и жёлто-зелёному цвету.

Теория Юнга—Гельмгольца объясняет восприятие цвета только на уровне колбочек сетчатки и не может объяснить все феномены цветоощущения, такие как цветовой контраст, цветовая память, цветовые последовательные образы, константность цвета и др., а также некоторые нарушения цветового зрения, например, цветовую агнозию.

В 1868 году Леонард Гиршман занимался вопросами цветовосприятия, наименьшего угла зрения, ксантопсии при отравлении сантонином (болезнь, при которой человек видит все в желтом свете) и под руководством Гельмгольца защетил диссертацию «Материалы по физиологии цветоощущения».

В 1870 году немецкий физиолог Эвальд Геринг сформулировал так называемую оппонентную гипотезу цветового зрения, известную также как теория обратного процесса или Теория Геринга. Он опирался не только на существование пяти психологических ощущений, а именно ощущение красного, жёлтого, зелёного, синего и белого цветов, но также и на тот факт, что они по-видимому, действуют в противоположных парах, одновременно дополняя и исключая друг друга. Суть её заключается в том, что некоторые «разные» цвета образуют при смешении промежуточные, например зелёный и синий, жёлтый и красный. Другие пары промежуточных цветов образовать не могут, зато дают новые цвета, например красный и зелёный. Красно-зелёного цвета нет, есть жёлтый.

Вместо того, чтобы постулировать три типа реакций колбочек, как в теории Юнга-Гельмгольца, Геринг постулирует наличие трёх типов противоположных пар процессов реакции на чёрный и белый, жёлтый и синий, красный и зелёный цвета. Эти реакции происходят на пострецепторной стадии действия зрительного механизма. Теория Геринга выдвигает на первый план психологические аспекты цветового зрения. Когда три пары реакций идут в направлении диссимиляции, возникают тёплые ощущения белого, жёлтого и красного цветов; когда они протекают ассимилятивно, им сопутствуют холодные ощущения чёрного, синего и голубого цветов. Использование четырёх цветов при синтезе цвета дает больше возможностей, чем использование трёх.

Гуревич и Джеймсон развили теорию противоположных процессов Геринга при цветовом зрении до степени, когда различные явления цветового зрения могут быть количественно объяснены как для наблюдателя с нормальным цветовым зрением, так и аномальным цветовым зрением .

Теория Геринга, развитая Гуревичем и Джеймсоном, известна также как оппонентная теория. В ней сохраняется три системы рецепторов: красно-зеленые, желто-голубые и черно-белые. Предполагается, что каждая система рецепторов функционирует, как антагонистическая пара. Как и в теории Юнга – Гельмгольца, считается, что каждый из рецепторов (или пар рецепторов) чувствителен к свету волн разной длины, но максимально чувствителен к волнам определенной длины.

Цветовосприятие. Трехкомпонентная теория цветового зрения (М.В.Ломоносов, Г.Гельмгольц, Т.Юнг) и теория оппонентных цветов (Э.Геринг). Особенности цветового зрения у детей

есь видимый нами спектр электромагнитных излучений заключен между коротковолновым (длина волны от 400 нм) излучением, которое мы называем фиолетовым цветом, и длинноволновым излучением (длина волны до 700 нм), называемым красным цветом. Остальные цвета видимого спектра (синий, зеленый, желтый, оранжевый) имеют промежуточные значения длины волны. Смешение лучей всех цветов дает белый цвет. Он может быть получен и при смешении двух так называемых парных дополнительных цветов: красного и синего, желтого и синего. Если произвести смешение трех основных цветов — красного, зеленого и синего, то могут быть получены любые цвета.

Теории цветоощущения. Наибольшим признанием пользуется трехкомпонентная теория (Г. Гельмгольц), согласно которой цветовое восприятие обеспечивается тремя типами колбочек с различной цветовой чувствительностью. Одни из них чувствительны к красному цвету, другие — к зеленому, а третьи — к синему. Всякий цвет оказывает действие на все три цветоощущающих элемента, но в разной степени. Эта теория прямо подтверждена в опытах, где микроспектрофотометром измеряли поглощение излучений с разной длиной волны у одиночных колбочек сетчатки человека.

Согласно другой теории, предложенной Э. Герингом, в колбочках есть вещества, чувствительные к бело-черному, красно-зеленому и желто-синему излучениям. В опытах, где микроэлектродом отводили импульсы ганглиозных клеток сетчатки животных при освещении монохроматическим светом, обнаружили, что разряды большинства нейронов (доминаторов) возникают при действии любого цвета. В других ганглиозных клетках (модуляторах) импульсы возникают при освещении только одним цветом. Выявлено 7 типов модуляторов, оптимально реагирующих на свет с разной длиной волны (от 400 до 600 нм).

В сетчатке и зрительных центрах найдено много так называемых цветооппонентных нейронов. Действие на глаз излучений в какой-то части спектра их возбуждает, а в других частях спектра — тормозит. Считают, что такие нейроны наиболее эффективно кодируют информацию о цвете.

Последовательные цветовые образы. Если долго смотреть на окрашенный предмет, а затем перевести взор на белую бумагу, то тот же предмет виден окрашенным в дополнительный цвет. Причина этого явления в цветовой адаптации, т. е. снижении чувствительности к этому цвету. Поэтому из белого света как бы вычитается тот, который действовал на глаз до этого, и возникает ощущение дополнительного цвета.

studopedia.org — Студопедия.Орг — 2014-2019 год. Студопедия не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования (0.001 с) .

Источники:
  • http://cyclowiki.org/wiki/%D0%A2%D0%B5%D0%BE%D1%80%D0%B8%D0%B8_%D1%86%D0%B2%D0%B5%D1%82%D0%BE%D0%B2%D0%BE%D0%B3%D0%BE_%D0%B7%D1%80%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D1%8F
  • http://eyesfor.me/history-of-ophthalmology/history-trichromatic-theory.html
  • http://studopedia.org/6-172908.html