Fénytechnika A szem, a látás és a színes látás Dr. Wenzel Klára egyetemi magántanár Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Budapest, 2013
Mi a szín? (MSz 9620) Fizika: a szín meghatározott hullámhosszúságú (380 nm-től 780 nm-ig terjedő) fény.( Inger ) Fiziológia: a szín a látás érzékszervében (a szemben) egy vagy több fénysugár által kiváltott ingerület.( Érzet ) Pszichológia: a szín a látószerv idegpályáin továbbított ingerületek által az agykérgi látóközpontban létrejött észlelet. ( Észlelet )
A szín inger, a szín érzet és a szín észlelet A színinger a fizikai világban alakul ki. Elemei: A fényforrás (spektrális emisszió) A színes felületek (spektrális reflexió) Színszűrő közegek (spektrális transzmisszió) A színérzet szemünkben, a retina érzékelő elemeiben (a receptorokban) alakul ki. A színészlelet az agyban, az idegrendszeri kiértékelés során alakul ki. Lépései: A receptorok ingerület-információinak feldolgozása Emlékek, asszociációk felidézése Tanulás
A színérzet kialakulása A színérzet szemünkben, a retina érzékelő elemeiben (a receptorokban) alakul ki. A receptorok: A csapok (nappali, fotopikus látás) kb 6.8 millió Vörös érzékeny (protos P, long wave sensitive L) Zöld érzékeny (deuteros D, middle wave sensitive M) Kék érzékeny (tritos T, short wave sensitive S) A pálcikák (esti, scotopikus látás) kb 106 millió Alkonyatkor szürkületi (mezopikus) látás
A szem felépítése
A szem sematikus felépítése
A szín érzékelő receptorok A retina centrális részének, a foveolának struktúrája (Walraven után)
A látótér
A retina elektronmikroszkópos képe
Pálcika és csap képe
Pálcika és csap szerkezete
A receptor sejtek eloszlása a retinán
Relative luminosity A fényhatásfok függvény, V( ) (relatív világossági vagy luminozitási függvény) 1,0 V'( ) V( ) 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0 300 400 500 600 700 800 Wavelength, nm V( ) a nappali (fotopikus) fényhatásfok függvény V ( ) az esti (szkotopikus) fényhatásfok függvény Az esti látás ~ 1000-szer érzékenyebb, mint a nappali látás
A csapok és pálcikák spektrális érzékenységi tartománya eltérő. A pálcikák kb 1000-szer érzékenyebbek.
A csapok spektrális érzékenysége Protos (L) Deuteros (M) Tritos (S)
Marks, Dobelle és MacNicol mikrospektrofotometriai mérési eredményei
A színészlelet kialakulása A színészlelet az agyban, az idegrendszeri kiértékelés során alakul ki. Lépései: Páronkénti összehasonlítás Ellentét-párok kialakulása Összegzések Tanulás Emlékek, asszociációk
A retina metszete
A 3 színérzetet az idegpályák 3 ellentét-párrá alakítják át (A Walraven-modell: a Joung-Helmholtz elmélet és a Hering-elmélet szintézise.) Az opponencia-elmélet
A színérzékelés második szintje Az opponencia elmélet: C RG = L M 0,2 0,15 0,1 C YB V( ) 0,05 C RG 0 C BY = S - (L + M) V( ) = 1,7*L + M -0,05-0,1-0,15 400 450 500 550 600 650 700 (nm) Relatív jelerősség a hullámhossz függvényében
A látóközpontok az agyban
Az adaptáció: a szem alkalmazkodása a változó fény-viszonyokhoz. A szem adaptációs mechanizmusai: A pupilla méretének változása (2 10 mm átmérő: kb 25-szörös fénymennyiség változás) A nappali receptorok (csapok) és az éjszakai receptorok (pálcikák) átváltása (kb 1000-szeres érzékenység változás) Fotopikus látás: csak a csapok működnek Scotopikus látás: csak a pálcikák működnek Mezopikus látás: a csapok és a pálcikák is működnek A pigmentek mennyiségének változása (egyensúlyi állapot a folytonos bomlás és termelődés során, mintegy 12 nagyságrendnyi érzékenység változás)
A Weber-Fechner törvény E E dl c L L c ln Lo DE az érzékenység küszöb értéke dl az éppen érzékelhető megvilágítás különbség L adott megvilágítási szint [asb] A törvény 200 10 000 asb között érvényes A törvény nemcsak a látásra, henem a hallásra és minden más emberi érzékelésre is érvényes
Az adaptáció tartománya
Az adaptáció dinamikai lefolyása Világos adaptáció - sötét adaptáció
A szín adaptáció Az adaptációs mechanizmus receptoronként is működik amelyik receptor több fényt nyel el, annak az érzékenysége jobban lecsökken. Von Kries törvénye: l( )* = k l l( ) m( )* = k m m( ) s( )* = k s s( ) Ahol l( ), m( ) és s( ) a receptorok spektrális érzékenysége k l, k m és k s a receptorokat megvilágító fény intenzitása l*( ), m*( ) és s*( ) a receptoroknak a fény hatására meváltozott érzékenysége
A színadaptáció-képesség határai Felső határ: vakítás A protos és a deuteros telítésbe megy: sárga színérzet (Bezold-Brücke jelenség: kék-sárga látás) Mindhárom receptor telítésbe megy: fehér színérzet Alsó határ: a protos-deuteros összegzés nem működik Nincs sárga színérzet, csak vörös és zöld (Bezold-Abney jelenség: vörös-zöld látás) A tritos nem működik: nincs kék színérzet Tovább csökkenő megvilágítás: mezopikus látás Purkinje-jelenség: a kék óra
A színek pszichofizikai jellemzői Érzetek: L, M, S ------------------------------------------------------------- Pszichofizikai jellemzők: Világosság (Lightness, brightness) Színezet (Hue) Színezetdússág (Saturation, telítettség)
A kontraszt definiciója
A kontraszt Élkontraszt és felületi kontraszt Világosság-, színezet- és színezetdússág kontraszt Szukcesszív és szimultán kontraszt
A szem kontraszt érzékenységi függvénye
Az él-kontraszt
Két kisérlet a szukcessziv kontraszt jelenség bemutatására
A színkeverés
Az additív színkeverés Az additív színkeverés pszichofizikai jelenség, a szemünkben jön létre. Az additív színkeverés alapszínei: Vörös: R Zöld: G Kék: B Az additív színkeverés törvényei (Grassmann törvényei): 1. Az additív színkeverék csak az alapszínek színétől (színösszetevőitől) függ, azok spektrális jellemzőitől nem. 2. Egy szín additív kikeveréséhez 3 független alapszín szükséges és elegendő. 3. Az additív színkeverés folytonos. Különböző megvalósítási lehetőségei: Időosztásos módszer, pl.: Maxwelltárcsa Felületosztásos módszer, pl.: Színes TV; színes fénykép Egymásra vetítés, pl: Színházi reflektorok
Az additív színkeverés lehetőségei
A szubtraktív színkeverés Fizikai jelenség, a fény és az anyag kölcsönhatásai révén jön létre A szubtraktív színkeverés alapszínei: Sárga: Y Lila: M Türkiz: C
Szubtraktív színkeverés
VÉGE