Х. Шиффман. Спектральная чувствительность и эффект Пуркинье

Х. Шиффман. Спектральная чувствительность и эффект Пуркинье
Добавлено
26.03.2009

Чувствительность палочек и колбочек к разным волнам видимой части спектра различна. Волны разной длины по-разному влияют на фоторецепторы глаза, и эта разница весьма заметна, что иллюстрируется рис. 4.3, на котором представлены кривые спектрального порога, отражающие зависимость величины порога от длины волны.




Это сложная функциональная зависимость, поскольку пороговый уровень — количество лучистой энергии, необходимое для обнаружения света с определенной длиной волны, зависит от адаптированности глаза и от того, какие именно рецепторы стимулируются. Пороговые значения для фотопического зрения, представленные на верхней кривой, получены при условиях, соответствующих адаптированности глаза к такому сравнительно интенсивному стимулу, как дневной свет. Они несколько выше пороговых значений для скотопического зрения адаптировавшегося к темноте глаза (нижняя кривая). Сравнив цифры, мы увидим, что длина волны, соответствующая самому низкому порогу для фотопического зрения, составляет примерно 550 нм (что соответствует сине-зеленому цвету), а самому низкому порогу для скотопического зрения соответствует интервал, равный примерно 500 нм. (Вспомните, что скотопическое — палочковое — зрение не цветовое.)



Вспомните также, что между величиной порога и чувствительностью существует обратная зависимость. Это значит, что можно графически выразить зависимость разницы между чувствительностью фотопического и скотопического зрения к свету определенной волновой длины и обратной величиной порога, т. е. построить кривые спектральной чувствительности (рис. 4.4).

Как показывают кривые рис. 4.4, пик чувствительности колбочек приходится на более короткие волны, чем пик чувствительности палочек (у первых это волны, длина которых примерно 500 нм, у вторых — 550 нм). Эта разница между чувствительностью палочек и колбочек к свету с разными длинами волн приводит к тому, что в процессе темновой адаптации, по мере того как зрение от фотопического сдвигается в сторону скотопического, оно становится более чувствительным к коротковолновому свету. С точки зрения восприятия это значит, что свет с определенной длиной волны будет казаться ярче других, а какой именно свет покажется более ярким, зависит от того, какое зрение «работает» — фотопическое или скотопическое.

Восприятие цветов или оттенков становится возможным только тогда, когда уровень освещенности достаточен для активации фотопического зрения (и колбочек). Когда зрительное стимулирование достигает только скотопических уровней, т. е. когда стимулируются исключительно палочки, слабый свет виден, но он бесцветен. Иными словами, волны разной длины воспринимаются как серые (см. рис. 4.3). Бесцветный интервал лучистой энергии, характеризующейся определенной длиной волны, — интервал между восприятием одного только света и различением цветов, — это расстояние между пороговыми кривыми для скотопического и фотопического зрения. Он называется фотохроматическим интервалом. Самый широкий бесцветный интервал — в коротковолновой части спектра, самый узкий — в длинноволновой, когда и палочки, и колбочки относительно нечувствительны. Как следует из данных рис. 4.4, в длинноволновой части спектра (длина волны 650 нм и более) колбочки немного более чувствительны, чем палочки (Cornsweet, 1970; Wald, 1945). Это значит, что если слабый свет (длина волны 650 нм и более) достаточно интенсивен для того, чтобы его вообще можно было увидеть, он воспринимается как цветной (т. е. как красный). Иными словами, если пороговая интенсивность света с длиной волны около 650 нм такова, что он способен стимулировать палочки, значит, он способен и к стимуляции колбочек (которые участвуют в восприятии цвета). Вследствие нечувствительности палочек к длинноволновому свету стимулирование светом, длина волны которого превышает 650 нм, может вообще не вызвать никакой реакции с их стороны.

Эффект Пуркинье. Представленные выше данные о спектральной чувствительности помогают объяснить, почему при уменьшении интенсивности света, вызывающей переход от фотопического зрения к скотопическому и восприятие всех «цветов» исключительно как разных оттенков серого, изменяется относительная яркость поверхностей, окрашенных в разные цвета. Например, две одинаково освещенные поверхности — красная и зеленая — при дневном свете (т. е. при «фотопических условиях») кажутся одинаково яркими, а при недостаточном освещении (т.е. при «скотопических условиях») красная поверхность будет казаться темнее зеленой. Переход от фотопической чувствительности к скотопической называется эффектом Пуркинье по имени (Иоганнеса) Яна Эвангелиста фон Пуркинье, чешского физиолога, описавшего это явление в 1825 г.



Экспериментальное подтверждение
Эффект Пуркинье

Эффект Пуркинье можно испытать, если воспользоваться рис. 11 на цветной вкладке. Найдите помещение, общую освещенность которого можно уменьшать постепенно. Посмотрите на рис. 11 при нормальном освещении: красная полоса покажется вам более яркой, чем сине-зеленый фон. Продолжая рассматривать рисунок, медленно уменьшайте освещенность. Вы увидите, как цвета постепенно блекнут. Достигнув низкого уровня освещенности, вы увидите, что красная полоса станет темнее окружающего ее сине-зеленого фона. Не исключено, что красная полоса покажется вам черной, а фон - серым. Именно в этой точке произошел переход вашего зрения от фотопического (колбочки) к скотопическому (палочки).




Открытие Пуркинье основано на его собственных наблюдениях над окружавшими его предметами. Он заметил, что яркость голубых и красных дорожных знаков в разное время суток разная: днем обе краски одинаково яркие, а на закате голубая кажется более яркой, чем красная. То, что наблюдал Пуркинье, на самом деле было результатом изменения восприятия яркости световых лучей с разной длиной волны, вызванным переходом от фотопического к скотопическому зрению: при слабом освещении, в условиях, когда «работает» палочковое зрение, зрительная система становится более чувствительной к коротковолновому свету, чем к длинноволновому (см. рис. 4.4), вследствие чего при плохом освещении коротковолновый свет кажется ярче длинноволнового. Таким образом, за счет того, что при наступлении сумерек начинает «работать» фотопическое зрение, мы вначале воспринимаем длинноволновый «красный» свет как относительно более яркий по сравнению с коротковолновым «зеленым», но по мере наступления темноты и возрастания роли скотопического зрения, изначально красноватые тона начинают казаться более темно-серыми, чем зеленые. При наступлении глубоких сумерек красноватые тона кажутся черными. Поскольку скотопическое зрение — бесцветное и все «цвета» кажутся только разными оттенками серого, при уменьшении освещенности то, что при дневном свете было зеленым, становится серебристо-серым, а то, что при дневном свете было красным, — серебристо-черным. Следовательно, прав был английский драматург Джон Хейвуд, написавший в 1546 г.: «При погашенных свечах все кошки серые».

Красный свет и темновая адаптация. Длина волны света, используемого для предварительной «обработки» глаз того, чью темновую адаптацию предстоит изучить, имеет определенные практические последствия. Если для этой цели используется свет, характеризующийся определенной длиной волны (650 нм или более, воспринимаемый как красный), после его выключения темновая адаптация наступает быстрее, чем при использовании света с другой длиной волны. Причина заключается в том, что в качестве фоторецепторов палочки относительно нечувствительны к длинноволновому свету, вследствие чего мало влияют на световую адаптацию.

На этом наблюдении основана одна интересная практическая рекомендация. Если человеку предстоит быстрый переход из хорошо освещенного помещения в темное, темновую адаптацию можно начать заранее, еще находясь в освещенном помещении, для чего нужно надеть защитные очки с красными стеклами, пропускающими только длинноволновый свет. В качестве подготовки к ночному зрению предварительная адаптация с помощью длинноволнового (красного) света почти столь же эффективна, как пребывание в темноте.

Красные защитные очки исполняют несколько функций. Как любой подобный фильтр, они уменьшают количество света, попадающего в глаза, в результате чего глаза адаптируются к меньшей освещенности. Однако более важно то, что красные стекла пропускают только длинноволновый красный свет, к которому палочки особенно нечувствительны. Хотя и колбочки тоже относительно нечувствительны к длинноволновому красному свету, при достаточной интенсивности последнего они все же будут функционировать в то самое время, когда еще менее чувствительные палочки претерпевают темновую адаптацию. Иными словами, красный свет стимулирует только колбочки. Следовательно, когда в темноте человек снимает очки, начинают адаптироваться только колбочки и темновая адаптация происходит быстрее (см. верхнюю кривую рис. 4.1).




Описание Отрывок из учебного пособия Харви Шиффмана "Ощущение и восприятие" (Глава 4). [Шиффман Х. Ощущение и восприятие. СПб, 2003. С. 157-160]
Вложенные файлы
  • shif_4.4.jpg
  • shif_4.3.gif
Рейтинг
0/5 на основе 0 голосов. Медианный рейтинг 0.
Просмотры 5297 просмотров. В среднем 1 просмотров в день.
Похожие статьи