Ugrás a tartalomhoz

3D megjelenítési technikák

Dr. Fekete Róbert Tamás, Dr. Tamás Péter, Dr. Antal Ákos, Décsei-Paróczi Annamária (2014)

BME-MOGI

A színlátás

A színlátás

Jelen fejezetben szó lesz a színlátás fotoreceptorairól (pálcikák és csapok), a tárgyak színének észleléséről, az emberi színlátás opponens színelméletéről, és a konstanciákról a feldolgozás során.

A színlátás fotoreceptorai

Az emberi szem retináján négy különböző spektrális érzékenységű fotoreceptor található. A pálcikáknak csupán a fényintenzitás változásának detektálásában van szerepe. A három csaptípus azonban tökéletesen alkalmas arra, hogy megfelelő feldolgozás, összehasonlítás után képes legyen differenciálni a különböző frekvenciájú sugárzásokat, fényeket. A három csaptípusunk különböző spektrális érzékenységi görbével rendelkezik, amelyeket ezért hosszú, közép és rövid hullámhosszú csapoknak vagy kék, zöld és vörös csapoknak nevezünk. A három csapot különböző energiával érkező fotonok ingerlik. Az kék, zöld és vörös csapok érzékenységi maximumai rendre 440, 545 és 575 nm hullámhosszúságú, látható sugárzásnál vannak. A közepes és hosszú hullámhosszakra érzékeny csapok érzékenységi görbéi szinte egymásba simulnak. Ebből arra is következtethetnénk, hogy az ember evolúciója alatt kisebb változások, mutációk következtében az egykori két csaptípusból lassan differenciálódott egy harmadik, mert az jobban szolgálta a túlélést. A különböző típusú csapok bármilyen fotont is nyelnek el, minden esetben ugyanolyan válaszreakciót adnak. Ezt nevezzük az univariancia elvének. A színérzékelő receptoraink meglehetősen durva színdiszkriminációs képességgel rendelkeznek, ezért sok esetben két fizikailag eltérő színt pszichológiailag azonosnak ítélünk meg. Ezeket a színeket nevezzük metamereknek.

(Amennyiben az Olvasó több információt szeretne kapni az emberi látórendszerről, a megadott szakirodalmakon kívül az Optika TÁMOP tananyagunkat ajánljuk a figyelmébe.)

1.14. ábra - A retina fotoreceptorai (balra: pálcika, jobbra: csap)


1.15. ábra - A csapok és pálcikák sűrűsége a perinán (feketével: pálcikák, pirossal: csapok)


Mitől függ a tárgyak színe?

Tisztában kell lennünk azzal, hogy a színek észleléséhez sok lépcsőn keresztül vezet az út. Elsődleges a fényforrás, amely valamilyen spektrumú, összetett vagy monokromatikus fényt bocsát ki magából. Ez lehet természetes – Nap – vagy mesterséges fényforrás, mint például a halogén izzószálas vagy a LED fényforrás. Ezek a fényforrások adják azokat a frekvenciájú összetevőket, amelyek a tárgyakon visszaverődnek. A tárgyak felületének színe voltaképpen egy olyan görbével írható le, amely a beeső fényforrás spektrumából valamely hullámhosszakat visszaver, más hullámhosszakat elnyel. Ha fehér tárgyra fehér fénnyel világítunk, akkor a felület minden kibocsátott fényösszetevőt visszaver. Fekete felületről akkor beszélünk, ha a felület egyetlen hullámhosszon érkező fényösszetevőt sem ver vissza. A harmadik lépcsőfok a légkör, a közeg anyaga, amelyen keresztül a fény beérkezik. A világűrben például a rövid hullámhosszú fényösszetevők is haladhatnak, de a földi légkörben ezek jó része elnyelődik. A légkör tehát elnyeli a már szemükbe visszavert fény további alkotóelemeit, ezzel a visszavert fényösszetevők keveréke ismét módosul. A következő lépcsőfok az emberi szem, pontosabban a retina fotoreceptorainak érzékenysége. Szemünk is rendelkezik tehát egy érzékenységi görbével, amely megmutatja, hogy a különböző hullámhosszú fényösszetevőkre mekkora válaszreakciót várhatunk a receptorokról. A receptorokhoz érkező összetett fény színe pedig a receptorok reakcióinak összegzése után alakul ki, és még nem is beszéltünk a magasabb agyi folyamatokról. Látható tehát, hogy egy szín érzékelése mennyi mindentől függ, fizikai és pszichológiai téren egyaránt.

1.16. ábra - tárgyak színe

tárgyak színe


1.17. ábra - A csapok és pálcikák relatív érzékenységi görbéi


Az emberi színlátás opponens színelmélete

A színek kognitív feldolgozásának előszobája az ellenszín-elmélet – opponens – amelynek mai formáját Dorothea Jameson és Leo Hurvich dolgozták ki 1981-ben. A modell szerint látórendszerünk a csapok jeleiből különbségeket állít elő, és ezzel határozza meg az adott színárnyalatot. A piros és a zöld csapok összevetéséből előáll egy piros-zöld különbségjel. Ez alkalmas annak eldöntésére, hogy az adott árnyalat inkább piros, vagy inkább zöld-e, esetleg azonos mértékben mindkettő. Ez után következik az egyesített piros + zöld csatornajel összehasonlítása a kék csapok jelével. Ha a kék a nagyobb intenzitású, akkor a színárnyalat kékes, ha nem, akkor sárgás lesz, esetleg azonos mértékben mindkettő. Végül a piros + zöld csatornajel összegzett intenzitása adja meg az akromatikus világosságérzetet.

1.18. ábra - Az opponens-szín elmélet

Az opponens-szín elmélet


Konstanciák a feldolgozás során

Feldolgozó rendszerünk rendelkezik bizonyos képességekkel, amelyek elősegítik, hogy a látórendszer által érzékelt információt különböző körülmények között is azonosnak értékeljük. Például a sárga taxit minden esetben sárgának látjuk, noha változnak a megvilágítási viszonyok, vagy az írólap világosságát mindig ugyanolyannak látjuk, pedig időközben besötétedett. Az előbbit színkonstanciának (színállandóságnak), utóbbit pedig világosság-konstanciának (világosság-állandóságnak) nevezzük. Létezik egy normálási folyamat is feldolgozás során, amikor is a látórendszerbe érkező képen túlzottan érvényesülő színtartományokat képesek vagyunk egy szintre hozni. Például naplementekor a narancssárgás fények miatt azokon a hullámhossz tartományokon (narancssárgás tartományon) a feldolgozórendszer csökkenti az érzékenységet. Azt a tényt, hogy a feldolgozórendszerünk az érzékelt területet kisebb szegmentumokra bontja, mi sem mutatja be jobban, mint a szimultán kontrasztjelenség, amelynél látható, hogy egy felület színezetét nagyban befolyásolja, hogy a szín milyen környezetben, kontextusban szerepel a képen. Sötétebb kontextusban ugyanaz a világosság világosabbnak tűnik, mint világosabb közegben. A színkontraszt ellentétes jelensége a színasszimilációs hatással, amelynél az alapszínt körülvevő színes csíkok a saját színezetük irányába tolják el az alapszín színezetét. Ezek a jelenségek a színlátás során érvényesülő magasabb agyi folyamatok jelenlétére utalnak.

1.19. ábra - A színkonstancia jelensége