Цветовое зрение

В 1801 г. Томас Юнг пришел к заключению, что глаз имеет три типа фоторецепторов, чувствительных к красному, зеленому и синему свету. Все разнообразие ощущений цвета возникает при совместном возбуждении этих цветных рецепторов. Степень возбуждения непосредственно влияет на ощущение цвета. Это теория была впоследствии развита Гельмгольцем, который считал, что глаз автоматически разделяет воспринимаемое излучение на три сигнала, интенсивности которых зависят от соотношения исходных красного, зеленого и синего излучений. Мозг воспринимает сигналы от рецепторов каждого типа как определенный цвет.

Экспериментально установлено, что среди излучений равной мощности наибольшее световое ощущение вызывает монохроматическое желто-зеленое излучение с длиной волны 555 нм. Относительная спектральная световая эффективность этого излучения принята за единицу.

Непосредственно светочувствительными элементами являются зрительные рецепторы - палочки и колбочки. В сетчатке глаза имеется примерно 120 млн. палочек и 7 млн. колбочек.

Рисунок 10 – Кривые чувствительности фоторецепторов человеческого глаза

В функциональном отношении палочки отвечают за скотопическое (ночное) зрение, т.е. за зрение при низких уровнях освещенности (менее 0,1 люкс). В данных условиях освещенности колбочки не работают. При высоких уровнях освещенности (свыше 500 люкс) палочки насыщаются, давая возможность колбочкам обеспечить наше цветовое зрение и увидеть все в мельчайших деталях; это зрение называют фототропическим или дневным. Между этими двумя уровнями освещенности зрение обеспечивается и палочками и колбочками, такое зрение называют мезопическим или сумеречным зрением.

То обстоятельство, что при слабом освещении (в сумерках) работают палочки, а не колбочки, приводит к тому, что различие цветов в сумерках невозможно.

На рисунке 10 представлена кривая чувствительности человеческого глаза. Пики чувствительности колбочек лежат в синей (420 нм), зеленой (530 нм) и желто-зеленой (560 нм) областях спектра, в то время как длина волны пика чувствительности палочек расположена в 496 нм. Если построить спектры поглощения в зависимости от волнового числа (величины, обратной длине волны), то они будут иметь одинаковую форму и ширину полос. Кроме того, в связи с тем, что спектры трех пигментов колбочек перекрываются, имеется уникальная комбинация (триплет) вероятностей поглощения каждой волны видимого света. Это означает, что зрительная система в состоянии различить длину волны, сравнивая количества поглощения различных классов колбочек. Кроме того, присутствие трех типов фоторецепторов колбочек в нормальном глазу обеспечивает основу трехцветного цветового зрения.

Колбочковая и палочковая световоспринимающие системы, помимо различий по абсолютной чувствительности, имеют неодинаковую и спектральную чувствительность. Колбочковое зрение наиболее чувствительно к излучению с длиной волны 554 нм, а палочковое — 513 нм.

В результате светового возбуждения палочек или колбочек в мозг передаются электрические импульсы, частота которых увеличивается с ростом освещенности сетчатки. Импульсы достигают затылочных долей мозга, где возбуждают световые ощущения, из которых складывается зрительный образ объекта [2].