Почему мир разноцветный. Как мы видим

В разделе на вопрос какова природа цвета? почему мы видим предметы, а воздух - нет? заданный автором шеврон лучший ответ это потому что предметы не пропускают через себя определённый сектр белого цвета это и даёт их цвет который мы видим а воздух пропускает весь спектр белого поэтому мы его и не видим

Ответ от Alexey N. Skvortsov (SPbSPU) [гуру]
Цвет - это _субъективное_ восприятие длины волны видимого цвета (если угодно - энергии фотонов). Так 680 нм выглядит как глубокий красный, а 420 нм - как синий.
Еще ращ подчеркну, что это субъективно. Я, например, по генетике дальтоник и не вижу разницы между тем, что Вы называете светло-сиреневым и светло-салатным.
Наш глаз видит только рассеянный (в том числе - ДИФФУЗНО отраженный) свет. Параллельных световых лучей мы не видим (так мы не видим поверхности чистого зеркала). Чистый воздух рассеивает свет очень слабо (на толще атмосферы это становится заметно и выглядит как голубой цвет неба). По этой причине мы не види лазерный луч, проходящий через воздух. Однако если добавить рассеиватель, например подымить - луч станет видным.
Цвет у предмета или вещества появляется тогда, когда они по разному поглощают или рассеивают излучения оптического диапазона (400-700 нм). Дополнительно: вещество, которое все поглощает, выглядит черным; вещество, которое все рассеивает выглядит белым.

Ответ от Косоворотка [гуру]
Предметы мы видим только те, что ОТРАЖАЮТ свет определенного диапазона. Соответственно воздух НЕ отражает свет, потому для нас он прозрачен.

Почему желтая картинка, которая изображена сверху, на самом деле не желтая? Кто-то скажет, что за бред? У меня пока еще все в порядке с глазами и монитор вроде бы исправен.

Все дело в том, что как раз таки монитор, с которого вы все и наблюдаете, не воспроизводит желтый цвет вообще. На самом деле, он может демонстрировать только красный-синий-зеленый.

Когда вы в домашних условиях берете в руки спелый лимон, вы видите что он желтый по-настоящему.

Но тот же лимон на экране монитора или телевизора будет изначально поддельного цвета. Оказывается, что обмануть ваш мозг довольно просто.

И получается этот желтый путем скрещивания красного и зеленого, а от естественного желтого здесь нет ничего.

Есть ли цвет на самом деле

Более того, все цвета даже в реальных условиях, когда вы на них смотрите в живую, а не через экран, могут видоизменяться, менять свою насыщенность, оттенки.

Кому-то это покажется невероятным, но главная причина этого в том, что цвЕ та на самом деле не существует.

Большинство такое утверждение озадачивает. Как так, я же вижу книгу и прекрасно понимаю, что она красная, а не синяя или зеленая.

Однако другой человек эту же самую книгу может увидеть совсем по другому, например что она болотистая, а не ярко-красная.

Такие люди страдают протанопией.

Это определенный тип дальтонизма, при котором невозможно правильно различать красные оттенки.

Получается, что если разные люди видят один и тот же цвет по-разному, то дело вовсе не в расцветке предметов. Она то не меняется. Все дело в том, как мы ее воспринимаем.

Как видят животные и насекомые

И если среди людей такое “неправильное” восприятие цвета это отклонение, то вот животные и насекомые изначально видят иначе.

Вот например как видит бутоны цветков обычный человек.

В то же время, пчелы видят его вот так.

Для них не важен цвет, для них самое главное различать типы цветов между собой.

Поэтому каждый тип цветка для них, это какая-то разная посадочная площадка.

Свет – это волна

Важно изначально понимать, что любой свет это волны. То есть, у света такая же природа, как и у радиоволн или даже микроволн, которые используются для приготовления пищи.

Разница между ними и светом в том, что наши глаза могут видеть только определенную часть спектра электроволнового излучения. Она так и называется – видимая часть.

Эта часть начинается от фиолетового и заканчивается красным. После красного идет инфракрасный свет. До видимого спектра стоит ультрафиолет.

Мы его также не видим, но зато вполне себе можем почувствовать его присутствие, когда загораем на солнце.

Всем нам привычный солнечный свет содержит в себе волны всех частот, как видимые человеческим глазом, так и нет.

Впервые эту особенность обнаружил Исаак Ньютон, когда захотел буквально расщепить отдельно взятый пучок света. Его эксперимент можно повторить и в домашних условиях.

Для этого вам понадобятся:

• прозрачная пластина, с наклеенными двумя полосками черной ленты и узкой щелью между ними

Для проведения опыта включаете фонарик, пропускаете луч через узкую щель на пластине. Далее он проходит сквозь призму и попадает уже в разложенном состоянии в виде радуги на заднюю стенку.

Как же мы видим цвет, если это просто волны?

На самом деле мы не видим волны, мы видим их отражение от предметов.

Для примера возьмите белый шарик. Для любого человека он является белым, потому что от него отражаются волны сразу всех частот.

Если же взять цветной предмет и посветить на него, то здесь отразится только часть спектра. Какая именно? Как раз та, которая соответствует его цвету.

Поэтому запомните – вы видите не цвет предмета, а волну определенной длины, которая отразилась от него.

Почему вы видите ее, если светили условно белым? Потому что, белый солнечный свет изначально содержит все цвета уже внутри себя.

Как сделать предмет бесцветным

А что будет, если на красный предмет посветить циановым цветом, или на синий – желтым? То есть, заведомо светить той волной, которая не будет отражаться от предмета. А будет ровным счетом ничего.

1 of 2

То есть, ничего не отразится и предмет останется либо бесцветным, либо вообще станет черным.

Подобный эксперимент можно легко провести в домашних условиях. Вам понадобится желе и лазер. Купите всеми любимые желейные мишки и лазерную указку. Желательно, чтобы цвета ваших мишек были достаточно разными.

Если зеленой указкой посветить на зеленого мишку, то все достаточно хорошо сочетается и отражается.

Желтый довольно близок к зеленому, поэтому здесь тоже все будет хорошо светиться.

С оранжевым будет немного хуже, хотя в нем и есть составляющая часть от желтого.

А вот красный практически потеряет свой первоначальный цвет.

Это говорит от том, что большая часть зеленой волны поглощается предметом. В итоге он теряет свой ”родной” цвет.

Глаза человека и цвет

С волнами разобрались, осталось разобраться с организмом человека. Мы видим цвет, потому что в глазах у нас есть три вида рецепторов, которые воспринимают:

• длинные

• средние

• короткие волны

Так как они идут с достаточно большим нахлестом, то при их перечечении мы получаем все варианты цветов. Предположим мы видим синий предмет. Соответственно здесь работает один рецептор.

А если нам показать зеленый объект, то заработает другой.

Если же цвет голубой, то работают сразу два. Потому что голубой, это одновременно и синий и зеленый.

Важно понимать, что большинство цветов находятся как раз на пересечении зон действия разных рецепторов.

В итоге у нас получается система состоящая из трех элементов:

• предмет, который мы видим

• человек

• свет, который отражается от предмета и попадает в глаза человеку

Если проблема на стороне человека, то это называется дальтонизм.

Когда проблема на стороне предмета, значит дело в материалах или в ошибках, которые были совершены при его изготовлении.

Но существует интересный вопрос, а если все в порядке и с человеком и с предметом, может ли быть проблема со стороны света? Да, может.

Давайте и с этим разберемся поподробнее.

Как предметы меняют свой цвет

Как говорилось выше, человек имеет только три рецептора воспринимающие цвет.

Если мы возьмем такой источник света, который будет состоять только из узких пучков спектра – красного, зеленого и синего, то при подсветке белого шарика он и останется белым.

Может быть, появится небольшой оттенок. Но что же при этом будет с остальными цветами?

А они как раз таки будут очень сильно искажены. И чем более узкой будет часть спектра, тем сильнее будут изменения.

Казалось бы, зачем кому-то специально создавать источник света, который будет плохо передавать цвета? Все дело в деньгах.

Энергосберегающие лампочки придуманы и используются уже довольно давно. И зачастую именно они имеют крайне рваный спектр.

Для эксперимента можете поставить любой светильник перед небольшой белой поверхностью и посмотреть на отражение с нее через CD диск. Если источник света будет хорошим, то вы увидите плавные полные градиенты.

А вот когда перед вами дешевая лампочка, то спектр будет рваным и вы наглядно будете различать блики.

Таким нехитрым способом можно проверять качество лампочек и их заявленные характеристики с реальными.

Главный вывод из всего вышесказанного – качество света, прежде всего влияет на качество цвета.

Если в световом потоке отсутствует или проседает часть волны, ответственная за желтый, то соответственно желтые предметы будут выглядеть неестественным образом.

Как уже упоминалось, солнечный свет содержит в себе частоты всех волн и может отображать все оттенки. Искусственный же свет может иметь рваный спектр.

Зачем же люди создают такие ”плохие” лампочки или светильники? Ответ очень простой – они яркие!

Точнее говоря, чем больше цветов может отображать источник света, тем он тусклее по сравнению с аналогичным при равной потребляемой мощности.

Если речь при этом идет о какой-нибудь ночной автостоянке или автостраде, то вам реально важно, чтобы там в первую очередь было светло. И вас не особо интересует, что машина при этом будет несколько неестественного цвета.

В то же время в домашних условиях, приятно видеть многообразие цветов, что в жилых комнатах, что на кухне.

В картинных галереях, на выставках, в музеях, там где работы стоят тысячи и десятки тысяч долларов, очень важна правильная цветопередача. Здесь на качественное освещение тратятся огромные деньги.

В некоторых случаях, именно оно помогает быстрее продать те или иные картины.

Поэтому специалисты придумали расширенную версию из 6-ти дополнительных цветов. Но и они решают проблему только отчасти.

Очень важно понимать, что данный индекс это некая среднестатистическая оценка по всем цветам одновременно. Допустим, у вас есть источник света, который отображает все 14 цветов одинаково и его CRI=80%.

Такого в жизни не бывает, но предположим что это идеальный вариант.

При этом есть второй источник, который отображает цвета неравномерно. И его индекс также равняется 80%. И это несмотря на то, что красный в его исполнении просто ужасен.

Что же делать в таких ситуациях? Если вы фотограф или видеооператор, старайтесь не снимать в местах, где выставлен дешевый свет. Ну или по крайней мере избегать крупных планов при такой съемке.

Если вы занимаетесь фотосъемкой дома, больше используйте естественный источник освещения и покупайте только дорогие лампочки.

У качественных светильников CRI должен стремиться к 92-95%. Это именно тот уровень, который дает минимальное количество возможных погрешностей.

Выстилает заднюю стенку глазного яблока и занимает 72% площади его внутренней поверхности. Он называется СЕТЧАТКОЙ . Сетчатка имеет форму пластинки толщиной приблизительно в четверть миллиметра и состоит из 10 слоев.

По своему происхождению сетчатка является выдвинутой вперед частью мозга: в процессе развития эмбриона сетчатка образуется из глазных пузырей, которые являются выпячиваниями передней стенки первичного мозгового пузыря. Главный из ее слоев - это слой светочувствительных клеток - ФОТОРЕЦЕПТОРОВ . Они бывают двух видов: ПАЛОЧКИ и КОЛБОЧКИ . Такие названия они получили благодаря своей форме:

Палочек в каждом глазу насчитывается около 125-130 миллионов. Они характеризуются высокой чувствительностью к свету и работают при низкой освещенности, то есть отвечают за сумеречное зрение. Однако палочки не способны различать цвета, и с их помощью мы видим в черно-белом цвете. Они содержат зрительный пигмент РОДОПСИН .

Палочки расположены по всей сетчатке, кроме самого центра, поэтому благодаря именно им обнаруживаются предметы на периферии поля зрения.

Колбочек гораздо меньше, чем палочек - около 6-7 миллионов в сетчатке каждого глаза. Колбочки обеспечивают цветовое зрение, но они в 100 раз менее чувствительны к свету, чем палочки. Поэтому цветное зрение - дневное, и в темноте, когда работают только палочки, человек не может различать цвета. Колбочки гораздо лучше, чем палочки, воспринимают быстрые движения.

Пигмент колбочек, которому мы обязаны цветным зрением, называется ЙОДОПСИН . Палочки бывают «синие», «зеленые» и «красные», в зависимости от длины световой волны, которая они преимущественно поглощают.

Колбочки расположены, главным образом, в центре сетчатки, в так называемом ЖЁЛТОМ ПЯТНЕ (еще его называют МАКУЛА ). В этом месте толщина сетчатки минимальная (0.05-0.08 мм) и отсутствуют все слои, кроме слоя колбочек. Макула имеет желтый цвет из-за высокого содержания желтого пигмента. Желтым пятном человек видит лучше всего: вся световая информация, попадающая на эту область сетчатки, передается наиболее полно и без искажений, с максимальной четкостью.

Сетчатка человека устроена необычно: она как бы перевернута. Слой сетчатки со светочувствительными клетками находится не спереди, со стороны стекловидного тела, как можно было бы ожидать, а сзади, со стороны сосудистой оболочки. Чтобы добраться до палочек и колбочек, свет должен сначала пробраться через 9 остальных слоев сетчатки.

Между сетчаткой и сосудистой оболочкой находится пигментный слой, содержащий черный пигмент - меланин. Этот пигмент поглощает свет, идущий через сетчатку, и не дает ему отражаться обратно, рассеиваться внутри глаза. У альбиносов - людей с врождённым отсутствием меланина во всех клетках тела - при высокой освещенности свет внутри глазного яблока отражается во всех направлениях поверхностями сетчатки. Как результат, одиночное дискретное пятно света, которое в норме возбудило бы только несколько палочек или колбочек, отражается повсюду и возбуждает много рецепторов. Поэтому у альбиносов острота зрения редко бывает выше 0,2-0,1 при норме 1,0.

Под воздействием световых лучей в фоторецепторах происходит фотохимическая реакция - распад зрительных пигментов. В результате этой реакции выделяется энергия. Эта энергия в виде электрического сигнала передается на промежуточные клетки - БИПОЛЯРЫ (их еще называют интернейроны или вставочные нейроны), а затем на ГАНГЛИОНАРНЫЕ КЛЕТКИ , которые генерируют нервные импульсы и по нервным волокнам отправляют их в мозг.

Каждая колбочка соединяется через биполярную клетку с одной ганглионарной клеткой. А вот сигналы палочек, идущие к ганглионарным клеткам, подвергаются так называемой конвергенции: к одной биполярной клетке подсоединяется несколько палочек, она суммирует их сигналы и передает на одну ганглионарную клетку. Конвергенция позволяет увеличивать световую чувствительность глаза, а также чувствительность периферийного зрения к движениям, тогда как в случае колбочек отсутствие суммирования позволяет увеличивать остроту зрения, но при этом чувствительность "колбочного" зрения понижена.

По зрительному нерву информация об изображении с сетчатки поступает в мозг и там обрабатывается, таким образом, что мы видим конечную картину окружающего мира.

Подробнее: мозговая часть зрительной системы (зрительного анализатора)

Строение зрительного аппарата человека
1 - сетчатка,
2 - неперекрещенные волокна зрительного нерва,
3 - перекрещенные волокна зрительного нерва,
4 - зрительный тракт,
5 - наружное коленчатое тело,
6 - зрительная лучистость,
7 - зрительная кора головного мозга
8 - глазодвигательный нерв
9 - верхние бугры четверохолмия

У человека и высших обезьян половина волокон каждого зрительного нерва правой и левой стороны перекрещиваются (так называемый зрительный перекрест, или ХИАЗМА ). В хиазме совершают перекрест только те волокна, которые передают сигнал от внутренней половины сетчатки глаза. А это означает, что зрение левой половины изображения каждого глаза направляется в левое полушарие, а зрение правой половины каждого глаза - в правое!

Пройдя через хиазму, волокна каждого зрительного нерва образуют зрительный тракт. Зрительные тракты проходят по основанию мозга и достигают подкорковых зрительных центров - наружных коленчатых тел. Отростки нервных клеток, расположенных в этих центрах, формируют зрительную лучистость, которая образует большую часть белого вещества височной доли головного мозга, а также теменной и затылочной доли.

В конечном счете, вся зрительная информация передается в виде нервных импульсов в головной мозг, его высшую инстанцию - кору, где и происходит формирование зрительного образа.

Зрительная кора расположена - представьте себе! - в затылочной доле головного мозга.

В настоящее время уже многое известно о механизмах зрительной системы, но нужно честно признать, что современная наука еще не знает до конца, как именно мозг справляется со сложнейшей задачей преобразования электрических сигналов сетчатки в зрительную сцену в том виде, как мы ее воспринимаем - со всей сложностью форм, глубины, движения и цвета. Но изучение этого вопроса не стоит на месте, и, будем надеяться, наука в будущем разгадает все тайны зрительного анализатора и сможет использовать их на практике - в медицине, кибернетике и других областях.

Обучающий видеофильм:
Строение и работа зрительного анализатора

Экология жизни: Зафиксируйте взгляд на строчке текста и не двигайте глазами. При этом попытайтесь переключить внимание на строчку ниже. Потом еще на одну. И еще. Через полминуты вы почувствуете, что в глазах как будто помутнело: четко видно только несколько слов, на которых сфокусированы ваши глаза, а все остальное размыто. На самом деле именно так мы видим мир. Всегда. И при этом думаем, что видим все кристально четко.

Зафиксируйте взгляд на строчке текста и не двигайте глазами. При этом попытайтесь переключить внимание на строчку ниже. Потом еще на одну. И еще. Через полминуты вы почувствуете, что в глазах как будто помутнело: четко видно только несколько слов, на которых сфокусированы ваши глаза, а все остальное размыто. На самом деле именно так мы видим мир. Всегда. И при этом думаем, что видим все кристально четко.

У нас на сетчатке есть маленькая-маленькая точка, в которой чувствительных клеток - палочек и колбочек - достаточно, чтобы все было нормально видно. Эта точка называется «центральной ямкой». Центральная ямка обеспечивает угол обзора примерно в три градуса - на практике это соответствует величине ногтя большого пальца на вытянутой руке.

На всей остальной поверхности сетчатки чувствительных клеток гораздо меньше - достаточно, чтобы различить смутные очертания предметов, но не более. Есть в сетчатке дырка, которая не видит вообще ничего, - «слепое пятно», точка, где к глазу подсоединяется нерв. Ее вы, само собой, не замечаете. Если этого мало, то напомню, что вы еще и моргаете, то есть отключаете зрение раз в несколько секунд. На что тоже не обращаете внимания. Хотя теперь обращаете. И вам это мешает.

Как мы вообще что-то видим? Ответ вроде как очевидный: мы очень быстро двигаем глазами, в среднем от трёх до четырёх раз в секунду. Эти резкие синхронные движения глаз называются «саккадами». Их мы тоже, кстати, обычно не замечаем, и это хорошо: как вы уже догадались, во время саккады зрение не работает. Зато с помощью саккад мы постоянно меняем картинку в центральной ямке - и в итоге покрываем все поле зрения.

Мир через соломинку

Но если задуматься, то объяснение это никуда не годится. Возьмите в кулак коктейльную соломинку, приставьте к глазу и попробуйте так посмотреть фильм - я уж не говорю о том, чтобы выйти погулять. Как, нормально видно? Вот это и есть ваши три градуса обзора. Шевелите соломинкой сколько угодно - нормального зрения не получится.

В общем, вопрос нетривиальный. Как получается, что мы всё видим, если мы ничего не видим? Вариантов несколько. Первый: мы таки ничего не видим - у нас просто есть ощущение, что мы все видим. Чтобы проверить, не обманчиво ли это впечатление, мы сдвигаем глаза так, что центральная ямка оказывается направлена ровно на ту точку, которую мы проверяем.

И думаем: ну вот, все же видно! И слева (вжик глазами влево), и справа (вжик вправо). Это как с холодильником: если исходить из наших собственных ощущений, то там всегда горит свет.

Второй вариант: мы видим не поступающее с сетчатки изображение, а совсем другое - то, которое выстраивает за нас мозг. То есть мозг елозит соломинкой туда-сюда, прилежно составляет из этого единую картинку - и вот ее мы уже воспринимаем как окружающую реальность. Иными словами, мы видим не глазами, а корой головного мозга.

Оба варианта сходятся в одном: единственный способ что-то увидеть - сдвинуть глаза. Но есть одна проблема. Эксперименты показывают, что мы различаем объекты с феноменальной скоростью - быстрее, чем успевают среагировать глазодвигательные мышцы. Причем сами мы этого не понимаем. Нам кажется, что мы уже сдвинули глаза и увидели объект четко, - хотя на самом деле мы только собираемся это сделать. Выходит, мозг не просто анализирует картинку, принятую с помощью зрения, - он ее еще и предсказывает.

Невыносимо тёмные полоски

Немецкие психологи Арвид Хервиг и Вернер Шнайдер провели эксперимент: добровольцам фиксировали голову и специальными камерами записывали движения их глаз. Подопытные смотрели в пустой центр экрана. Сбоку - в боковом поле зрения - на экран выводился полосатый кружок, на который добровольцы тут же переводили взгляд.

Тут психологи проделывали хитрый трюк. Во время саккады зрение не работает - человек на несколько миллисекунд становится слепым. Камеры улавливали, что подопытный начал сдвигать глаза в сторону круга, и в этот момент компьютер подменял полосатый кружок другим, который отличался от первого количеством полосок. Участники эксперимента подмены не замечали.

Получалось следующее: в боковом зрении добровольцам показывали круг с тремя полосками, а в сфокусированном или центральном полосок оказывалось, например, четыре.

Таким образом добровольцев обучали ассоциировать смутный (боковой) образ одной фигуры с четким (центральным) образом другой фигуры. Операцию повторяли 240 раз в течение получаса.

После обучения начинался экзамен. Голову и взгляд снова фиксировали, в боковом поле зрения снова выводили полосатый кружок. Но теперь, как только доброволец начинал двигать глазами, кружок исчезал. Через секунду на экране появлялся новый кружок со случайным количеством полосок.

Участников эксперимента просили клавишами отрегулировать количество полосок так, чтобы получилась та фигура, которую они только что видели боковым зрением.

Добровольцы из контрольной группы, которым на стадии обучения показывали одни и те же фигуры в боковом и центральном зрении, определяли «степень полосатости» довольно точно. Но те, которых обучили неправильной ассоциации, видели фигуру иначе. Если при обучении количество полосок увеличивали, то на стадии экзамена подопытные распознавали трехполосные круги как четырехполосные. Если уменьшали - то круги им казались двухполосными.

Иллюзия зрения и иллюзия мира

Что это означает? Наш мозг, как выясняется, постоянно учится ассоциировать внешний вид объекта в боковом зрении с тем, как этот объект выглядит, когда мы переводим на него взгляд. И в дальнейшем использует эти ассоциации для предсказаний. Этим и объясняется феномен нашего зрительного восприятия: мы узнаем предметы еще до того, как, строго говоря, их разглядим, поскольку наш мозг анализирует размытую картинку и вспоминает на основании предыдущего опыта, как эта картинка выглядит после фокусировки. Делает он это настолько быстро, что у нас создается впечатление четкого зрения. Это ощущение - иллюзия.

Удивительно еще и то, насколько эффективно мозг учится делать такие предсказания: всего получаса рассогласованных картинок в боковом и центральном зрении хватило, чтобы добровольцы стали неправильно видеть. Учитывая, что в реальной жизни мы двигаем глазами сотни тысяч раз в день, представьте, какие терабайты видео с сетчатки мозг перелопачивает каждый раз, когда вы идете по улице или смотрите кино.

Дело даже не в зрении как таковом - просто это самая яркая иллюстрация того, как мы воспринимаем мир.

Нам кажется, что мы сидим в прозрачном скафандре и всасываем в себя окружающую реальность. На самом деле мы с ней вообще не взаимодействуем напрямую. То, что нам кажется отпечатком окружающего мира, на самом деле выстроенная мозгом виртуальная реальность, которая выдается сознанию за чистую монету.

Это Вам будет интересно:

На то, чтобы обработать информацию и выстроить из обработанного материала более-менее целостную картину, мозгу требуется около 80 миллисекунд. Эти 80 миллисекунд - задержка между реальностью и нашим восприятием этой реальности.

Мы всегда живём в прошлом - точнее в сказке о прошлом, рассказанной нам нервными клетками. Мы все уверены в правдивости этой сказки - это тоже свойство нашего мозга, и от него никуда не деться. Но если бы каждый из нас хотя бы изредка вспоминал об этих 80 миллисекундах самообмана, то мир, мне кажется, был бы чуть-чуть добрее. опубликовано