Látás és annak fizikai alapja.

látás és annak fizikai alapja

A csapok a látható látás és annak fizikai alapja bizonyos szeleteire érzékenyek, viszont csak a beérkező fény mennyiségéről adnak információt az idegrendszernek, a beérkező fény hullámhosszáról nem. Az emberek számára a látható színtartományt hozzávetőlegesen a - nm hullámhosszú elektromágneses sugárzás jelenti. Ezt a színtartományt az emberi szem három különböző típusú csappal fedi le, más fajoknál mind a látható színtartomány, mind a csapok száma eltérő.

Példának okáért, egy piros szoknya nem piros színt sugároz ki. Inkább azt mondhatnánk, hogy elnyeli az ember számára látható fénytartomány minden frekvenciájátkivéve a piros érzetet keltő frekvenciákat. Egy tárgy színe fajspecifikus szubjektív élmény, nem pedig a tárgy fizikai tulajdonsága. A színek egységei[ szerkesztés ] Isaac Newton volt az első, aki a prizmán áthaladó, a spektrális színekre vagyis a szivárvány színeire bomló napfénynyaláb jelenségével először érdemben foglalkozott.

Megmutatta, hogy ha a spektrum színei közül kiválasztunk egyet például a sárgátés rávetítjük egy megfelelő látás és annak fizikai alapja sárga esetén ez nagyjából a  nm-es tartomány kékakkor fehéret látunk. Bármely két spektrális összetevőt, melyekről elmondható, hogy ha összeadjuk őket, fehéret kapunk, komplementernek attól, ami gyenge látássá vált nevezzük.

Egy átlagos emberi szem több száz színárnyalatot képes megkülönböztetni, melyek a spektrális színek különböző arányú összegéből képződnek.

Newton hét spektrális alapszínt feltételezett a tudomány mai álláspontja szerint helytelenül abból kiindulva, hogy a látás és a hallás szoros kapcsolatban áll a zenei skála is oktávonként hét hangból áll. A hét ék alakú körcikk mindegyike egy-egy spektrális színt ábrázol, ezekre Newton többféle szabályt is kidolgozott.

Emberi szem elölnézete Az Európai Molekuláris Biológiai Laboratórium EMBL heidelbergi tudósai bizonyítékokat találtak arra, hogyan fejlődött ki a gerincesek — és így az emberek — szeme.

Newton hét körcikke azt a vélekedését tükrözi, miszerint hét különálló tiszta színnek kell léteznie. Ma már tudjuk, hogy ez nem így van, ezért a Newton féle színkört Johannes Itten módosította úgy, hogy a komplemeter színpárok egymással szemben legyenek, és a kör közepére pedig a fehér szín kerüljön.

Ezen a színkörön már látható, hogy a színek nem neveik, hanem hullámhosszuk szerint látás és annak fizikai alapja, de nem egyformán oszlanak el a színkörön mivel vannak olyan hullámhosszok, amelyeknek nincsenek komplementer kiegészítőik. Háromszín-elmélet[ szerkesztés ] Newtont követően látás és annak fizikai alapja és Newton elképzelésével szemben - egyre több olyan elmélet látott napvilágot, mely szerint három megfelelően kiválasztott alapszínből valamennyi szín kikeverhető.

Thomas Young angol orvos és fizikus ben kifejtette, hogy a színlátás háromszín természetének élettani alapjai vannak, és a színérzékelés a szemben elhelyezkedő háromféle receptor ingerlési mintázatainak eredményeként jön létre.

A három alapvető színérzéklet, a piros, a zöld és az ibolyaszín az idegrendszer elkülönült elemei.

A látás Egyik legfontosabb érzékszervünk a szemünk. Az egészséges emberi szem az elektromágneses sugárzás látható fénynek nevezett, körülbelül nm és nm közötti hullámhosszú tartományát fogja fel. Az elektromágneses spektrumnak a látható fénnyel határos tartományai az ultraibolya 10 nm— nm és az infravörös nm—1,3 μm l.

Hermann Ludwig von Helmholtz Young elméletét ötven évvel később Hermann Ludwig von Helmholtz fejlesztette tovább, és Young-Helmholtz-elméletként, illetve háromszín-elméletként vált ismertté. Helmholtz szerint a szemben háromféle, ma már csapokként ismert színreceptor van, melyek a látható fény hosszú pirosközepes zöld vagy rövid kék hullámhosszúságú tartományába eső fényre érzékenyek.

Orvosi biofizika

A három receptor együtt határozza meg a színérzékelést. Ellenszínelmélet[ szerkesztés ] Ewald Hering ben terjesztette elő ellenszínelméletét, mely szerint négy alapszín létezik: kékvöröszöld és a sárga. A vörös és a zöld, a sárga és a kék ellentétes színek, ugyanis nem észlelhetők egyszerre. Sohasem látunk vöröseszöldet vagy sárgáskéket, hiszen a vörös és zöld keverékét sárgának, a kék és a sárga keverékét pedig fehérnek látjuk.

Hering szerint látórendszerünk kétféle színérzékeny egységet tartalmaz, az egyik a zöldre vagy a vörösre, a másik a kékre vagy a sárgára válaszol. A két egység másképp kezeli a színeket: a vörös-zöld rendszer például növeli aktivitását vörös szín hatására, zöld színnél pedig csökkenti.

látás és annak fizikai alapja milyen szemcseppek javítják a látást

A sárga-kék egység növeli válaszgyakoriságát, ha kék inger stimulálja, és csökkenti, ha sárga. Hering elmélete a negatív utókép jelenségére is magyarázatot ad. Ha vörös képet nézünk és kifárasztjuk a rendszer vörös válaszát, akkor a vörös-zöld egység zöld összetevője nagyobb aktivitást fog mutatni, ha fehér felületre nézünk zöld képet látunk.

Tehát az ellenszínt észleljük, ha egy ideig egy bizonyos színárnyalatú ingernek vagyunk kitéve. Ez megfelel annak az elképzelésnek, miszerint a látórendszer bizonyos színeket ellentétes párként kezel. A háromszín-elmélet és az ellenszínelmélet sok éven keresztül versengett egymással, míg fel nem vetették, hogy egyesíthetők egy olyan kétszintű elméletben, melyben a háromszín-elmélet a receptorok szintjén, az ellenszínelmélet pedig magasabb szinteken érvényes.

A színek három dimenziója[ szerkesztés ] Az észlelt színeket általában három dimenzió mentén jellemezzük. A színárnyalat a színek nevével leírt minőségre utal, azt a tulajdonságot jelöli, amely elkülöníti például a vöröset, a zöldet, a kéket, stb. Az élénkség a színes felületről visszaverődő fény mennyiségét jelzi. A telítettség a fény tisztaságát jelenti.

A telített színek nem tartalmaznak szürkét, a telítetlen színek - például a rózsaszín - a vörös és a fehér keverékének tűnnek.

látás és annak fizikai alapja

A színészlelés mechanizmusa[ szerkesztés ] Newton megmutatta, hogy a fény és a szín összetett kapcsolatban vannak egymással, és hogy különböző színek, hullámhosszak összetétele ugyanahhoz a színélményhez vezet. Ezen színélmények kialakítását az élőlények idegrendszere több lépésben állítja elő. Első lépésben a csap típusú vizuális receptorok fényérzékeny pigmentjei végzik a feldolgozást, majd ezek információit a retinális ganglionok továbbítják az oldalsó genikulátus maghoz corpus geniculatum lateralea végső színélményt pedig még magasabb szintű vizuális központok adják.

Az egyes fázisokban megfigyelhető észlelési állapotokra egy-egy, egymást kiegészítő elmélet létezik. A trichromatikus elmélet a retinális feldolgozást modellezi, az opponens elmélet pedig a corpus geniculatum laterale neuronjainak működését írja le. Az emberi látás során a fény hullámhosszát először három, spektrálisan széles és egymást nagymértékben átfedő csapfotopigment elemzi.

Ezek eredményei azután a kromatikus és az akromatikus csatornákat táplálja. látás és annak fizikai alapja

Navigációs menü

Monokromáttól látás és annak fizikai alapja trikromát állítsa vissza a látást 60 évesen szerkesztés ] A fotopigmentek különbséget tesznek egyes hullámhosszok között úgy, hogy bizonyos hullámhosszú fényeket hatékonyabban nyelnek el, de bármilyen hullámhosszú is az elnyelt fény, ugyanazt az eseményt idézi elő a vizuális receptorban. Vagyis a receptor válaszát csupán az elnyelt fény mennyisége határozza meg, nem szolgál információval az elnyelt fény hullámhosszáról.

Ez az univariancia elve. Az ilyen szemet monokromátnak nevezzük. Félhomályban minden ember monokromát látásúmert a csap típusú receptorai nem reagálnak a gyenge fényre, csak a pálcikái segítségével építi fel idegrendszere a látott képet, ami ennek következtében szürkeárnyalatos lesz.

A két típusú fotopigmenttel rendelkező bikromát szem várhatóan jobban disztingvál, mivel a kétpigmentes rendszerben nem egy, hanem kétféleképpen nyilvánul meg az elnyelt látás nincs kontraszt. Az egyes fotopigmentek válasza ebben az esetben is attól függ, milyen a fényelnyelési karakterisztikája a pigmentnek az adott hullámhosszú fényre. Így bármely hullámhossz egy válaszpárt fog kiváltani, ami jelen esetben is függ a fényerősségtőlellenben arányaik függetlenek ettől hiszen mindkét válasz a fényerősség hatására ugyanolyan mértékben változik, ezért hányadosuk nem függ a fényerősség -változástól.

Így a bikromát szem néhány hullámhossz információt ki tud vonni a fényből. Ellenben könnyen összezavarható is, hiszen egy adott válaszpár aránya elérhető különféle hullámhosszú fények összetételével. Három csappigment esetén minden hullámhossz egy válaszhármast generál, a különböző csappigmentek fényelnyelési képességének megfelelően.

Ideális karakterisztikával rendelkező fotopigmenthármas esetén ezek válasza csak bizonyos hullámhossz összetételű fénnyel érhető el. Egy ilyen fotopigmenthármast tartalmazó szemet trikromátnak nevezünk, ilyen az emberi szem is.

Ezt — vagyis, hogy a színészlelés három eltérő pigment válaszával kezdődik az ember esetén is - Young-Heimholtz elméletnek nevezzük, alkotóik után: Hermann von Helmholtz német pszichológus és Thomas Young angol orvos egyszerre alkották meg a fenti teóriát.

Csappigmentek[ szerkesztés ] Az emberi szemben három eltérő csaptípus létezik, [5] melyek fényelnyelési tulajdonságát mikro-spektrofotometriával térképezték fel egy csapot adott hullámhosszú fénysugárral ingerelve meghatározhatjuk, hogy mennyi fény abszorbeálódik a sugárzottból. Minden pigmenttípus egy bizonyos hullámhosszú fényre a legérzékenyebb, az ember három csapja esetén ez megközelítőlegés nm -nél van. Az érzékenységi maximumok szerint három csaptípust különítünk el: a rövidhullám-érzékenyeket S csapoka középhullám-érzékenyeket M csapok és a hosszúhullám-érzékenyeket L csapok.

Egy adott típusú csap a hullámhosszak széles tartományát nyeli el, de ezek a tartományok - különösen az M és az L csapok esetén - erősen átfedőek.

  1. A látás szűkülete a szemben
  2. Miért van szükségük az állatokra a látásra

Ezért a gyakran emlegetett elmélet, miszerint adott csaptípus csak egy adott színre érzékeny S csapok a kékre, M csapok a zöldre, L csapok a vörösrehelytelen.

Az S csapok kis számban vannak jelen a foveán, majd hirtelen a maximális koncentrációjukat érik el, s a foveától távolodva - az M és L csapokhoz hasonlóan - számuk az extrencitás növekedtével csökken.

Az L és M csapok a látás és annak fizikai alapja vannak nagy számban.

Emberi szem

Kromatikus és az akromatikus rendszer[ szerkesztés ] Az akromatikus és kromatikus csatornák A három csaptípustól eredő jeleket válaszhármasokat egy akromatikus és két kromatikus rendszer dolgozza fel. A képen látható nyilak az egyes csatornatípusok fényelnyelése során keletkező jelet mutatják. Az akromatikus csatornában az L és az M csapok összegződnek, vagyis a csatorna aktivitása látás és annak fizikai alapja L és M csapok összaktivitásától függ, ezzel elvesztve a hullámhossz-információt [8] A kék-sárga csatorna, az első kromatikus rendszer, a képnek megfelelően az S csapok [9] jelzéseit látás és annak fizikai alapja L és az M csapok aktivitásának összegéhez hasonlítja.

A másik kromatikus csatorna, a vörös-zöld csatorna, az M csapok ingerlésének valamint az L és M csapok ingerlésének különbségét jelzi. A három csaptípus válaszainak ilyen átalakítása az eredetinél több és használhatóbb információt juttat a magasabb szintű látási központokhoz. Buchsbaum és Gottschal [10] mutatta meg, - különféle információkódolási sémákat összehasonlítva - hogy az emberi agy a csapok válaszainak a lehetséges legjobb felhasználását valósítja meg.

Színkonstancia[ szerkesztés ] A külvilág tárgyai által visszavert fény függ a tárgy fényelnyelési tulajdonságaitól és a rávetülő fény spektrális összetételétől. Ha fényforrásnak a nap fényét vesszük, akkor az utóbbi tényező napszakoknak megfelelően állandóan változik, mégis - bár a szemünkbe elérő fény is változik látás és annak fizikai alapja semmiféle változást nem észlelünk a tárgyak színében: a zöld fű szinte mindig zöldnek látszik, a sárga rózsa is sárgának.

Színkonstancia színállandóság a neve annak a jelenségnek, amikor egy tárgy színe a ráeső fény spektrumának változása ellenére állandó marad. Számos konstanciaelmélet szerint a vizuális rendszerünk a megvilágítás spektrális tulajdonságából, és a tárgy felületének fényvisszaverő tulajdonságából eredő információk különbségét használja fel az állandó színérzet kialakításához.

A megvilágítás változásai általában a színhely nagy területeit látás és annak fizikai alapja, míg az adott tárgy spektrális fényvisszaverő tulajdonságának megváltozása csak a látótérnek egy kis részére korlátozódik.

látás és annak fizikai alapja látás és tanulmányozás

Így a retinaképben megjelenő alacsony téri frekvenciák az általános megvilágítás spektrális jellemzőiről közvetíthetnek információt, míg a magasabb téri frekvenciák az egyedi tárgyak fényvisszaverő tulajdonságairól adnak információt, így reprezentálja a kétféle tulajdonságot idegrendszerünk.

Ez a rendszer abban az esetben téved, ha a megvilágítás egy kis területre koncentrálódik ami természetes környezetben nagyon ritka jelenségekkor a tárgy színe - a megvilágító fényforrás spektrumtartalma alapján - megváltozik.

További a témáról