2.7. Механизмы цветового зрения

В конце XIX века была разработана т.н. трихроматическая теория цветового зрения, основанная на трудах Максвелла, Юнга и Гельмгольца. Эта теория предполагала, что существуют три вида рецепторов, которые формируют три отображения окружающего мира, которые затем передаются в мозг, сравниваются и возникает цветовое ощущение.

В тот же период Геринг предложил т.н. оппонентную теорию цветового зрения. Геринг отметил, что определенные цветовые тона никогда не воспринимаются одновременно, например, цветовое ощущение никогда не описывается как зелено-красное или желто-синее. Теория Геринга также предполагает существование трех типов рецепторов, однако они работают по принципу биполярного ответа на светлый-темный, красный-зеленый и желтый-синий. В то время такое утверждение казалось физиологически абсурдным, и оппонентная теория Геринга не получила признания.

Современная оппонентная теория цветового зрения сформировалась в середине ХХ века и получила название стадийной теории [13].

С ветовое излучение S анализируется сначала на рецепторном уровне (колбочковые сигналы R, G и B) (1 стадия) (см. рис. 2.9), затем полученная информация преобразуется в двух подсистемах – хроматической (r-g и y-b) и ахроматической (Br-Da) (2 стадия). Они имеют одинаковую структуру – каждая из них представляет собой два реципрокных канала, настроенных на некоторый физический параметр излучения. Далее анализ проводится цветовыми детекторами (3 стадия), специфика которых заключается в особой форме синаптической связи с четырьмя каналами ахроматической и хроматической подсистем. За счет этой специфики в детекторе формируется сенсорный цветовой образ, характеризующийся цветовым тоном, насыщенностью и светлотой, и только после этого цветовой анализ излучения заканчивается, а образ поступает в систему зрительного восприятия для формирования перцепта.

2.8. Бинокулярное зрение. Пространственные признаки

Глаза человека расположены таким образом, что образуется довольно большой перехлест зрительных полей обоих глаз.

Э тот участок поля зрения называется бинокулярным перехлестом (см. рис. 2.10, а), в пределах которого оба глаза получают одинаковую визуальную информацию. Зрение двумя глазами критически важно для определения глубины и расстояния (восприятия пространства), а также для манипулирования предметами.

Пространство, в пределах которого наблюдатель может видеть при фиксированной оси зрения называют полем зрения. Размеры поля зрения неодинаковы для различных меридиональных осей (см. рис. 2.10, b).

В монокулярном поле зрения выделяют несколько областей, центрированных относительно зрительной оси, в зависимости от того, на какую область сетчатки попадает проекция предметов той или иной области: 1) центральное поле (1,5^о – 2^о); 2) область четкого видения (4^о); 3) область ясного видения (40^о); 4) периферия (до 200^о).

Пространственные признаки, которые могут восприниматься не только двумя, но и одним глазом, называются монокулярными. Большинство из них статичны и играют большую роль в создании иллюзии пространства на двумерных поверхностях (изобразительные произведения, фотография). К монокулярным статичным пространственным признакам относятся [2]:

1. Интерпозиция (частичное загораживание) – неполное перекрывание одного объекта другим. Интерпозиция особенно эффективна в случае изображения знакомых объектов.

2. Воздушная перспектива – удаленные предметы видятся менее четко и с меньшим контрастом относительно фона, чем ближние.

3. Затененность и светимость (светотень) – как правило, наибольшей светимостью обладает та поверхность, которая ближе к источнику света. Этот признак важен для восприятия глубины и сложной формы объектов.

4. Элевация (высота расположения в поле зрения) – как правило, линия горизонта располагается в поле зрения выше, чем передний план.

5. Линейная перспектива – постепенное уменьшение величины удаленных предметов и расстояний между ними.

6. Градиент текстуры – текстура более удаленных поверхностей кажется более тонкой и уплотненной.

Восприятие глубины может быть усилено за счет подавления плоскостных признаков, т.е. за счет уменьшения информации о том, что зритель видит именно двумерное изображение (например, влияние рамки).

К монокулярным динамическим пространственным признакам относятся:

1. Монокулярный параллакс движения – изменения во взаимном расположении ретинальных изображений объектов, лежащих на разном удалении от наблюдателя, вызванные поворотом его головы. Наблюдателю кажется, что объекты, расположенные ближе, перемещаются быстрее. Кроме того, кажущееся направление движения объектов, расположенных ближе точки фиксации, противоположно направлению движения головы, а направление движение дальних объектов совпадает с направлением движения головы.

2. Динамическая перспектива – характерное изменение зрительных паттернов при движении наблюдателя по направлению к поверхностям или параллельно им. Объекты, расположенные ближе к наблюдателю, при его движении образуют последовательность стремительных, как бы «текущих» друг за другом изображений.

3. Аккомодация – состояние мышц, упраляющих хрусталиком, является очень важным источником об удаленности объектов (однако, в очень ограниченных пределах – на расстоянии не более 2 м).

Бинокулярные признаки – это такие особенности пространственной информации, которые могут получаться только двумя глазами. К ним относятся:

1. Конвергенция и дивергенция глаз – для объектов, расположенных вблизи от наблюдателя.

2. Бинокулярная диспарантность (бинокулярный параллакс) – отличие ретинальный проекций одного и того же объекта на сетчатках правого и левого глаза. Возможна идентификация такой разницы в удаленности двух объектов, которая соответствует сетчаточной диспаратности в 1 мкм (что меньше диаметра большинства фоторецепторов сетчатки). В основе бинокулярной диспарантности как пространственного признака лежит анализ ретинальных изображений с корреспондирующих точек сетчатки – участков сетчатки, идентичных для обоих глаз. Если мы фиксируем взглядом какую-то точку в пространстве, то проекции этой точки попадают в центральные ямки обеих сетчаток. Любая точка, которая оценивается как расположенная на том же расстоянии от глаз, что и точка фиксации, образует две проекции в т.н. корреспондирующих точках сетчатки (точки Q_L и Q_R на рис. 2.11, а).

Д испарантность ретинальных проекций лежит в основе стереоскопического зрения (стереопсиса), примером которого является восприятие эффекта глубины при просмотре стереопар – плоскостных изображений одной и той же сцены, смещенных относительно друг друга по горизонтали. Стереоскопический эффект глубины будет тем больше, чем больше диспарантность, то есть, чем ближе рассматриваемые объекты к наблюдателю.

На больших расстояниях от наблюдателя до объекта диспарантность выражена слабо, и объекты кажутся менее объемными. Однако, если изображения в видеопаре смещены больше чем на 2^о, возникает двоение