Fénytechnika A szem, a látás és a színes látás
Dr. Wenzel Klára egyetemi magántanár Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Budapest, 2013
Mi a szín? (MSz 9620) • Fizika: a szín meghatározott hullámhosszúságú (380 nm-től 780 nm-ig terjedő) fény.(„Inger”) • Fiziológia: a szín a látás érzékszervében (a szemben) egy vagy több fénysugár által kiváltott ingerület.(„Érzet”) • Pszichológia: a szín a látószerv idegpályáin továbbított ingerületek által az agykérgi látóközpontban létrejött észlelet. („Észlelet”)
A szín inger, a szín érzet és a szín észlelet
• A színinger a fizikai világban alakul ki. Elemei: – A fényforrás (spektrális emisszió) – A színes felületek (spektrális reflexió) – Színszűrő közegek (spektrális transzmisszió) • A színérzet szemünkben, a retina érzékelő elemeiben (a receptorokban) alakul ki. • A színészlelet az agyban, az idegrendszeri kiértékelés során alakul ki. Lépései: – A receptorok ingerület-információinak feldolgozása – Emlékek, asszociációk felidézése – Tanulás
A színérzet kialakulása • A színérzet szemünkben, a retina érzékelő elemeiben (a receptorokban) alakul ki. • A receptorok: – A csapok (nappali, fotopikus látás) kb 6.8 millió • Vörös érzékeny (protos P, long wave sensitive L) • Zöld érzékeny (deuteros D, middle wave sensitive M) • Kék érzékeny (tritos T, short wave sensitive S) – A pálcikák (esti, scotopikus látás) kb 106 millió – Alkonyatkor szürkületi (mezopikus) látás
A szem felépítése
A szem sematikus felépítése
A szín érzékelő receptorok A retina centrális részének, a foveolának struktúrája (Walraven után)
A látótér
A retina elektronmikroszkópos képe
Pálcika és csap képe
Pálcika és csap szerkezete
A receptor sejtek eloszlása a retinán
A fényhatásfok függvény, V( ) (relatív világossági vagy luminozitási függvény)
Relative luminosity
1,0
V'( )
V( )
0,8 0,6 0,4 0,2 0,0 300
400
500 600 Wavelength, nm
700
800
V( ) a nappali (fotopikus) fényhatásfok függvény V’( ) az esti (szkotopikus) fényhatásfok függvény
Az esti látás ~ 1000-szer érzékenyebb, mint a nappali látás
A csapok és pálcikák spektrális érzékenységi tartománya eltérő. A pálcikák kb 1000-szer érzékenyebbek.
A csapok spektrális érzékenysége
• Protos (L) • Deuteros (M) • Tritos (S)
• Marks, Dobelle és MacNicol mikrospektrofotometriai mérési eredményei
A színészlelet kialakulása • A színészlelet az agyban, az idegrendszeri kiértékelés során alakul ki. • Lépései: – Páronkénti összehasonlítás – Ellentét-párok kialakulása – Összegzések – Tanulás – Emlékek, asszociációk
A retina metszete
A 3 színérzetet az idegpályák 3 ellentét-párrá alakítják át (A Walraven-modell: a Joung-Helmholtz elmélet és a Hering-elmélet szintézise.) Az opponencia-elmélet
A színérzékelés második szintje
Az opponencia elmélet:
0,2
CYB
0,15
CRG = L – M
V( ) 0,1
0,05
CRG
0 400
CBY = S - (L + M)
-0,05
450
500
550
600
650
(nm)700
-0,1
-0,15
V( ) = 1,7*L + M Relatív jelerősség a hullámhossz függvényében
A látóközpontok az agyban
Az adaptáció: a szem alkalmazkodása a változó fény-viszonyokhoz. • A szem adaptációs mechanizmusai: – A pupilla méretének változása (2…10 mm átmérő: kb 25-szörös fénymennyiség változás) – A nappali receptorok (csapok) és az éjszakai receptorok (pálcikák) átváltása (kb 1000-szeres érzékenység változás) • Fotopikus látás: csak a csapok működnek • Scotopikus látás: csak a pálcikák működnek • Mezopikus látás: a csapok és a pálcikák is működnek – A pigmentek mennyiségének változása (egyensúlyi állapot a folytonos bomlás és termelődés során, mintegy 12 nagyságrendnyi érzékenység változás)
A Weber-Fechner törvény
dL E c L
L E c ln Lo
• DE az érzékenység küszöb értéke • dL az éppen érzékelhető megvilágítás különbség • L adott megvilágítási szint [asb] • A törvény 200…10 000 asb között érvényes A törvény nemcsak a látásra, henem a hallásra és minden más emberi érzékelésre is érvényes
Az adaptáció tartománya
Az adaptáció dinamikai lefolyása Világos adaptáció - sötét adaptáció
A szín adaptáció Az adaptációs mechanizmus receptoronként is működik – amelyik receptor több fényt nyel el, annak az érzékenysége jobban lecsökken. Von Kries törvénye: l( )* = kl l( ) m( )* = km m( ) s( )* = ks s( ) Ahol l( ), m( ) és s( ) a receptorok spektrális érzékenysége
kl, km és ks a receptorokat megvilágító fény intenzitása l*( ), m*( ) és s*( ) a receptoroknak a fény hatására meváltozott érzékenysége
A színadaptáció-képesség határai • Felső határ: vakítás – A protos és a deuteros telítésbe megy: sárga színérzet (Bezold-Brücke jelenség: kék-sárga látás) – Mindhárom receptor telítésbe megy: fehér színérzet • Alsó határ: a protos-deuteros összegzés nem működik – Nincs sárga színérzet, csak vörös és zöld (Bezold-Abney jelenség: vörös-zöld látás) – A tritos nem működik: nincs kék színérzet
Tovább csökkenő megvilágítás: mezopikus látás – Purkinje-jelenség: „a kék óra”
A színek pszichofizikai jellemzői
Érzetek: L, M, S ------------------------------------------------------------Pszichofizikai jellemzők: –Világosság (Lightness, brightness) –Színezet (Hue) –Színezetdússág (Saturation, telítettség)
A kontraszt definiciója
A kontraszt
–Élkontraszt és felületi kontraszt –Világosság-, színezet- és színezetdússág kontraszt –Szukcesszív és szimultán kontraszt
A szem kontraszt érzékenységi függvénye
Az él-kontraszt
Két kisérlet
a szukcessziv kontraszt jelenség bemutatására
A színkeverés
Az additív színkeverés Az additív színkeverés pszichofizikai jelenség, a szemünkben jön létre. Az additív színkeverés alapszínei: • Vörös: R • Zöld: G • Kék: B Az additív színkeverés törvényei (Grassmann törvényei): 1. Az additív színkeverék csak az alapszínek színétől (színösszetevőitől) függ, azok spektrális jellemzőitől nem. 2. Egy szín additív kikeveréséhez 3 független alapszín szükséges és elegendő. 3. Az additív színkeverés folytonos.
Különböző megvalósítási lehetőségei: • Időosztásos módszer, pl.: Maxwelltárcsa • Felületosztásos módszer, pl.: Színes TV; színes fénykép • Egymásra vetítés, pl: Színházi reflektorok
Az additív színkeverés lehetőségei
A szubtraktív színkeverés Fizikai jelenség, a fény és az anyag kölcsönhatásai révén jön létre
A szubtraktív színkeverés alapszínei: • Sárga: Y • Lila: M • Türkiz: C
Szubtraktív színkeverés
VÉGE
