Farbwahrnehmung

In diesem Kapitel werden wir die diskutieren Farbwahrnehmung, ein grundlegendes Element, um die Vision im Menschen zu verstehen.

Es wurden verschiedene Theorien beschrieben und verschiedene Erklärungen vorgeschlagen, wie wir die Wahrnehmung von Farben im visuellen System verwenden. Obwohl wir viele Dinge gelernt haben, gibt es noch viele andere, die entschlüsselt werden müssen.

Hier werden wir die Wahrnehmungsmechanismen der Farbe sehen und über die psychophysischen Aspekte der Farbvision sprechen, ein Thema, das in den Abhandlungen der visuellen Wahrnehmung normalerweise nicht allzu viel berührt.

Was ist die Wahrnehmung von Farbe?

Farbe ist ein grundlegendes Element für das Leben. Neben der Verschönerung und der ästhetischen Funktion spielt sie eine wichtige Signalfunktion. Farbe erleichtert die Organisation der Wahrnehmung, insbesondere die Möglichkeit, Objekte in der Umgebung zu unterscheiden.

Je nachdem, wie das auf sie einfallende Licht reflektiert wird, werden die Objekte mit einer bestimmten Farbe angezeigt, wenn man bedenkt, dass das Licht selbst aus verschiedenen Wellenlängen besteht, die bestimmten Farben entsprechen. Basierend auf diesem Doppelbegriff ist die Farbe, die wir einem Objekt entsprechend sehen, sein Reflexionsgrad, dh, was wir in einer Grafik beschreiben könnten, in der der Prozentsatz des reflektierten Lichts als Funktion der Wellenlänge dargestellt wird. Wenn die reflektierte Wellenlänge eine Position im Spektrum nahe der 400-nm einnimmt, sehen wir das Objekt blau, aber wenn das reflektierte Licht um die 700-nm herum liegt, sehen wir es rot.

Farbforscher gehen davon aus, dass Rot, Gelb, Grün und Blau die Grundfarben sind, weil wir damit den Rest aller Farben beschreiben können, die wir wahrnehmen können.

Trichromatische Theorie der Farbwahrnehmung

Diese Theorie wurde im 19. Jahrhundert von Young und Helmholz als Ergebnis ihrer psychophysikalischen Forschung vorgeschlagen, die auf "Farbanpassung" beruhte und Licht mit bestimmten Wellenlängen kombinierte.

Eine der wichtigsten Schlussfolgerungen ist, dass drei Wellenlängen benötigt wurden, um die verschiedenen Farben des Spektrums zu bilden. Dies brachte sie zu der Annahme, dass es auf der Retinalebene für jede dieser drei Wellenlängen spezifische Rezeptoren geben sollte, d. H. Drei Arten von Photorezeptoren mit unterschiedlichen spektralen Empfindlichkeiten.

Das Licht, das das erreicht Retina es stimuliert alle Rezeptoren, aber entsprechend seiner Wellenlänge würde es eine größere Antwort in der Art von Rezeptoren bestimmen, die für diese Wellenlänge empfindlich sind.

Wie wir die Farben sehen

Es dauerte dreißig Jahre, bis Physiologen den Ursprung dieser unterschiedlichen spektralen Empfindlichkeit bei Photorezeptoren finden konnten. Dies ist auf das Vorhandensein eines unterschiedlichen Pigments in den Zapfen zurückzuführen, drei Arten von Pigmenten, die spezifisch auf kurze Wellenlängen (419 nm), Medium (531) und long (558 nm) reagieren und den Farben Blau entsprechen. grün bzw. rot.

Farbbildung in der Netzhaut

Wenn wir ein Licht von 430 nm projizieren, werden die kurzwelligen Kegel abgefeuert und wir sehen das blaue Licht. Wenn wir jetzt ein gelbes Licht von 580 nm projizieren, stimuliert es die mittel- und langwelligen Kegel gleichermaßen, also die Kombination von blauem und gelbem Licht Da es die drei Fotorezeptoren gleichermaßen stimuliert, stellt es fest, dass wir es als weißes Licht wahrnehmen. Diese Tatsache ist überraschend, weil wir daran gewöhnt sind, dass wenn wir eine blaue Farbe mit einer gelben kombinieren, wir sie grün und nicht weiß sehen.

Wir wissen, dass unsere Wahrnehmung von Farben vom Aktivitätsmuster der verschiedenen Fotorezeptortypen abhängt. Damit können wir das Phänomen der Farbanpassung erklären. Wir können einen Farbwahrnehmungsreiz erzeugen, der das Licht von 580 nm ergibt, das wir als weißliches Gelb wahrnehmen, wenn wir 530 nm-Lichter, grün mit einem anderen von 620 nm, rot, mischen. Dies stimuliert stark die Mittel- und Langwellenrezeptoren und sehr wenig die Kurzwellenrezeptoren und erzeugt ein gelbes Wahrnehmungsmuster wie das vorherige.

Obwohl die drei Photorezeptoren für eine angemessene Farbwahrnehmung erforderlich sind, würden tatsächlich nur zwei ausreichen, um eine fast normale Farbwahrnehmung zu haben, während nur einer zur Farbwahrnehmung unzureichend ist, da die Lichtabsorption davon abhängt Die Intensität, auf die wir es projizieren, in der Lage sein, denselben Fotoempfänger mit verschiedenen Wellenlängen zu stimulieren, indem Sie einfach die Intensität anpassen. Daher reicht es nicht aus, nur einen Fotoempfänger zu haben, um die Farbempfindung wie im normalen Leben zu haben.Prinzip der Univariate".

Warum haben wir eine Farbwahrnehmung?

Hering entdeckte, dass die trichromatische Theorie die meisten Farbphänomene erklärte, jedoch keine Antwort auf alle auftretenden Probleme gab. Daher schlug er eine neue Theorie vor, die die Wahrnehmung von Farben auf der Grundlage der entgegengesetzten Antworten von Blau-Gelb und Rot-Grün erklärte.

Hering folgerte daraus, indem er die Postbilder studierte, die durch das Betrachten farbiger Platten erzeugt wurden. Er beobachtete, dass die Vision von aampoder rot erzeugt ein grünes postimage und eine grüne karte, ein rotes postimage und auf dieselbe weise wie blau und gelb. Hering bot auf physiologischer Ebene eine Erklärung an, die die Auffassung von Farben verbesserte, und obwohl heute festgestellt wurde, dass dies überhaupt nicht der Fall war, konnte er einen Teil seiner psychophysischen Befunde bestätigen. 

Prozess der Farbwahrnehmung

Die aktuelle Erklärung für diese Theorie basiert auf den Befunden in der Netzhaut und im lateralen Genikularkern von Neuronen mit campGegner vom Typ der Mittelperipherie.

Es gibt vier Arten von Kombinationen: Az + Am-, V + R-, Am + Az-, R + V-. Zusammen mit diesen Befunden wurde das Vorhandensein der drei Arten von Photorezeptoren in der in der Trichromietheorie beschriebenen Netzhaut bestätigt. Das heißt, die Erklärung für die Vision der Farben vereinte beide Theorien, die trichromatische mit der vonampO Gegner.

Ein Beispiel für die Integration dieser beiden Systeme ist in der Abbildung dargestellt, in der der L-Kegel ein Signal an eine bipolare R + V- -Zelle sendet und gleichzeitig ein weiteres Anregungssignal an eine bipolare A-Zelle sendet, die die Aktivierung der Zelle hemmt. bipolar für Az + Am-. Az + Am- Zellen werden durch die Stimulation der kurzwelligen S-Kegel aktiviert, wodurch wir die blaue Farbe wahrnehmen. Wenn die M- und L-Kegel stimuliert werden, wird die Zelle vor dem Eintreffen eines grünen und roten Lichts aktiviert intermediäres bipolares A, das das bipolare Az + Am- und die gelbe Farbe hemmt, wird wahrgenommen, wie es bei den Erfahrungen der Probanden aufgetreten ist, wenn sie Lichter unterschiedlicher Wellenlängen bei der Farbanpassung kombinieren.

Damit sehen wir, dass die Farbsequenz mit den Photorezeptoren, den Zapfen für kurze, mittlere und lange Wellenlänge beginnt und mit einem Mechanismus der Konvergenz und Potenzierung fortfährt, der mit den Ganglienzellengegnern in der Netzhaut und erreicht wird in einem zweiten Stadium, im Nucleus Lateral Geniculate.

Wahrnehmung von Farbe und Gehirn

Was wir noch nicht genau wissen, ist, was im Gehirn passiert.

In den achtziger Jahren wurde mit einer bestimmten Region für die Farbe spekuliert, basierend auf den Fällen kortikaler Blindheit gegenüber der Farbe, jedoch nicht hinsichtlich des Sehens, was darauf hindeutete, dass die Farbe in einem bestimmten Bereich des Kortex verarbeitet wurde. 

Gegenwärtig wurde kortikale Aktivität im Zusammenhang mit Farbe in V1 und extra-gestreiften Bereichen wie V3 und V4 beobachtet, die an der ventralen Erkennung von Formen beteiligt sind, aber auch auf Reize in Schwarz und Weiß reagieren und daher mehr als nur eine bestimmte Region für die Farbe, würde diese in verschiedenen Regionen verarbeitet werden.

Retinex-Theorie

Es wurde ursprünglich von Land bei 1964 vorgeschlagen, die Frucht seines Experiments mit der Polaroid-Kamera.

Zuerst stelle ich fest, dass die Farbe konstant bleibt, obwohl sich die Umgebungsbeleuchtung nicht verändert. Das Gehirn würde die Farbe "mathematisch" basierend auf der Information des Gesamtfarbtons anpassen. Derzeit wird die neurophysiologische Basis dieses Prozesses diskutiert. 

Zeki zeigte in 1980, dass die Farbe einer Oberfläche in einer komplexen Szene nicht nur von der vorherrschenden Wellenlänge abhängt, sondern vom GehirnampAra mit den Längen, die von der Umgebung reflektiert werden.

Unterschiede in der Farbsicht

Die ersten Hinweise auf die Vision der Farben stammen von dem Physiker John Dalton, der an einer Sehstörung in Purpurtönen litt. In Erinnerung an diesen Physiker begann er, Anomalien in der Vision von Farben wie zu bezeichnen Sehschwäche.

Es gibt drei Hauptformen von Anomalien in der Vision von Farben:

• Monochromatismus
• Dikromatismus
• Abnormaler Trichromatismus.

Monochromatisch

El monocromatismo Das einfarbige Auge ist eine seltene Form einer Farbanomalie mit erblichem Ursprung. In der Regel haben diese Patienten keinen funktionsfähigen Kegel, so dass der Sehkraft nicht nur die Farbe fehlt, sondern, soweit dies durch die Wirkung der Stöcke möglich ist, die Sehschärfe Es ist sehr niedrig und sollte geschützt werden, da es sehr lichtempfindlich ist und unter Photophobie leidet.

Dikromatismus

El Dichromatismus oder die Patienten, die von Dichromatismus betroffen sind, sehen einige Farben und können entsprechend klassifiziert werden:

• Protanopsie.
• Deuteronopsie
• Tritanopsie

Die ersten beiden sind am häufigsten und hängen mit dem X-Chromosom zusammen, so dass sie bei Männern häufiger auftreten.

Die Protopnope Sie nehmen das Blau wahr und mit zunehmender Wellenlänge (492 nm) verschwindet der Blauton und es ist nur ein Graustich zu sehen.

Diejenigen, die leiden DeuteranopieSie haben eine ähnliche Klinik, aber der Blauton verlängert sich ein wenig bis zu einer Länge von 498, von der sie in einem grau-gelben Ton wahrgenommen wird.

El Tritanop sieht blau bis 570 nm und nimmt von hier nur die roten wahr.

Neben Farbanomalien aufgrund von Änderungen der Fotorezeptoren haben wir die zentrale Chromatographiedas heißt, die Blindheit zur Farbe, nicht weil die Wellenlängen der verschiedenen Farben nicht verarbeitet werden, sondern weil die Interpretation der Farbe auf kortikaler Ebene verändert wird.

Psychophysik der Farbwahrnehmung

Das Farbsehen fragt sich, welche Art von Informationen das macht visuelles System Mensch und welche Operationen führen Sie aus, um diese Informationen zu erhalten?

Wir verstehen Farbe normalerweise als ein Attribut der visuellen Wahrnehmung, das mit Objekten oder Licht verbunden ist. Wenn wir uns auf die Farbe eines Objekts beziehen, ist es erstens notwendig, dass das von diesem Objekt austretende Licht die Augen erreicht, und zweitens, dass folglich der Prozess von visuelle WahrnehmungDie Farbe wird also ein wahrnehmbares Attribut dieses Objekts sein, ebenso wie die Form, Textur oder Tiefe.

1970 übernahm die CIE (Internationale Kommission für Beleuchtung) die Definition der wahrgenommenen Farbe als: „Farbe ist der Aspekt der visuellen Wahrnehmung, anhand dessen ein Beobachter zwischen zwei c unterscheiden kannampSie haben aufgrund der Unterschiede in der spektralen Zusammensetzung der mit der Beobachtung verbundenen Strahlung die gleiche Größe, Form und Textur. “

Grundlegende Aspekte für die Farbwahrnehmung

Mit Bezug auf die oben erwähnte Definition der CIE können wichtige Attribute zugeordnet werden, um die Wahrnehmung von Farbe besser zu verstehen. Mit anderen Worten, was muss eine Farbe haben, damit wir sie sehen können?

Die grundlegenden Aspekte für uns, um die Farbe zu sehen, sind:

Pitch: Mit diesem Attribut können Sie eine Farbe als blau, grün usw. kennzeichnen.

Farbe: Es ist ein Attribut, durch das a campoder es scheint mehr oder weniger eine chromatische Farbe zu haben.

Chromatische Farbe: Die wahrgenommene Farbe, die Ton hat. Es wird eine unbunte Farbe sein, die wahrgenommene Farbe, die keinen Ton hat, wie Weiß und Grau.

Helligkeit: Attribut, mit dem a campoder es hat mehr oder weniger Licht.

Sättigung: Bunt von einem campoder im Verhältnis zu seiner Leuchtkraft bestimmt. Dies hängt davon ab, wie viel Grau mit der Grundfarbe gemischt wird. Je weniger Grau es enthält, desto reiner oder gesättigter.

Klarheit: Bezieht sich auf undurchsichtige oder transparente Objekte und ist die Leuchtkraft von aampoder im Verhältnis zur Helligkeit von a bestimmt campoder gleich beleuchtet, das als weiß oder vollkommen transparent wahrgenommen wird.

Chroma: Sie bezieht sich auch auf undurchsichtige oder transparente Objekte und wird definiert als die Farbe eines bestimmten Körpers im Verhältnis zur Helligkeit von aampoder gleich beleuchtet, das als weiß oder vollkommen transparent wahrgenommen wird.

Infolge dieser Attribute sagen wir, dass ein Objekt zum Beispiel eine blaue Farbe hat, lebendig und klar.

Die Farbstudie wird mit der Farbmetrik durchgeführt, die darauf abzielt, eine Farbmessmethode einzuführen, die es ermöglicht, jedem der wahrnehmungsbezogenen Attribute eine messbare Größe zuzuordnen und die Farbe auch anhand von Zahlen zu bestimmen, die eine Angabe in einem Raum von ermöglichen Vertretung

Wahrnehmung der psychophysischen Farbe

Nach den obigen Definitionen können wir in dem, was wir unter "psychophysischer Farbe" verstehen, Fortschritte erzielen. Laut der CIE ist es das Attribut der sichtbaren Beziehung, durch die ein Beobachter zwei c unterscheiden kannampvon gleicher Größe, Form und Textur, durch den Unterschied in der spektralen Zusammensetzung der Strahlung, die sich auf die Beobachtung bezieht.

Der visuelle Reiz der Farbe

In dieser Zeile definieren wir den Farbreiz als jene Strahlungsenergie einer gegebenen Intensität und Spektralkomposition, die beim Eintritt in das Auge das Farbempfinden erzeugt.

Die Komplexität der Wahrnehmung von Farben, ihre Psychophysik sehen wir in Beispielen wie dem "Bezold-Brücke-Effekt".

Wenn wir einen monochromatischen Lichtpinsel durch die Schüler In Richtung Netzhaut ändert sich der Ton des Lichtreizes, wenn sich der Einfallspunkt in der Pupille ändert. Dies ist der sogenannte „Stiles Crawford-Effekt der zweiten Art“.

Wir sehen alle die gleiche Farbe

In der Psychophysik der Vision von Farben ist die Tatsache, dass einem Objekt Farbe zugeordnet wird, interessant. In vereinfachter Weise könnten wir es als Ergebnis einer bestimmten Spektralanalyse (im Gehirn) des Lichts verstehen, das dieses Objekt reflektiert oder emittiert.

Diese Spektralanalyse ist jedoch nicht perfekt und wir sehen sie am Beispiel der Betrachtung eines Gemäldes. In der Landschaftsmalerei sehen wir alle Arten von Farben und Tönen, wie wir sie in den uns umgebenden natürlichen Objekten erkennen, den Rottönen eines Apfels oder dem gelblichen Grün des halbtrockenen Grases usw., und dies trotz der Tatsache, dass das physikalische Spektrum von Das von den Objekten des Gemäldes reflektierte Licht unterscheidet sich in vielen Fällen sehr stark von dem des entsprechenden dargestellten natürlichen Objekts.

Das Interessante ist, dass wir diese durch das Malen hervorgerufenen Wahrnehmungen als inhärent zu natürlichen Objekten akzeptieren (dies ist ein kognitiver Prozess) und dass die meisten Beobachter dieselbe Situation akzeptieren. Dies liegt daran, dass wir in den meisten Fällen eine sehr ähnliche Wahrnehmung von Farben haben, die aus früheren Erfahrungen mit dem Farbsehen in der realen Natur stammt. Dies ist wichtig, weil eine bestimmte Anzahl von Personen, in der Umgebung von 10% der Bevölkerung, eine andere, anomale Sichtweise der Farben aufweist, die jedoch oft unbemerkt bleibt, weil sie gelernt haben, die Farben anhand anderer Merkmale der Objekte zu unterscheiden im wirklichen Leben.

Das Auftreten von Farben

Die Theorie der Farb - Nerzmodelle beginnt mit der trichromatischen Theorie von Young und Helmholz, es stellte sich jedoch bald heraus, dass es nicht ausreichte, das zu erklären Aussehen der Farben, wie wir oben erklärt haben.

Die Theorie der Farbsichtmodelle machte beispielsweise nicht klar, warum die als Rot und Grün wahrgenommene Lichtmischung die Empfindung von Gelb hervorruft, eine qualitativ unterschiedliche Farbe beim Mischen oder warum diese gelbe Farbe eingemischt wird Das richtige Verhältnis zu Blau führt zum Gefühl von Weiß.

Das Problem war, dass es nicht möglich war zu erklären, wie die Reaktion der drei Zapfentypen ihre Leuchtkraft addieren und ihre Farbattribute aufheben kann, wenn sie gleichzeitig angeregt werden.

Wahrnehmung zusammengesetzter Farben

Hering untersuchte das Problem und stellte fest, dass das gleichzeitige Empfinden von Rot-Grün oder Gelb-Blau nicht erlebt werden kann. Daher schlug er die Existenz von drei entgegengesetzten Prozessen vor, die irgendwo im visuellen Pfad erzeugt wurden, einem Hell-Dunkel-Prozess, einem anderen Gelb. -blau und ein anderes, rot-grün.

Diese Hypothese stimmte mit den in der Klinik beobachteten Anomalien in Bezug auf Farbsehen, Rot-Grün-Blindheit überein, bei denen das Hell-Dunkel- und Gelb-Blau-Sehen anhält. gelb-blaue Blindheit, bei der der hell-dunkle und grün-rote Nerz bestehen bleibt, und totale Farbenblindheit, bei der nur die Schwarzweiss-Nerz Frucht der Handlung der Stöcke.

Die Theorie von Farben der Gegner Ein Teil der Probleme wurde gelöst, aber nicht alle, da es nicht möglich war, die Lichtleistungskurve zu erklären, die beispielsweise die Protanopie begleitet.

Derzeit wissen wir das Die trichromatische Theorie kann die Farbphänomene auf der Empfängerebene in der Netzhaut erklärenWährend Die entgegengesetzte Theorie ist effektiv, um zu erklären, was in der neuralen Phase passiert.

Die Farbe und die Zapfen in der Netzhaut

Das Modell von Boynton (1986) wird von Wissenschaftlern am meisten akzeptiert, und seine Originalität liegt in der Tatsache, dass es ein Farbdarstellungssystem einführt, in dem sich die Mechanismen des Farbsehens direkt manifestieren.

Der so erhaltene Raum ist bekannt alsKegelanregungsraum".

Die L- und M-Kegel sind für das gesamte sichtbare Spektrum empfindlich, mit einer maximalen Empfindlichkeit bei 565 bzw. 540 nm, und bei langen Wellenlängen ist die Empfindlichkeit des L-Kegels viel höher als die von M. 

Andererseits ist der Anregungsquotient der L- und M-Kegel bei 465 nm maximal, und für jede Wellenlänge, die kleiner als diese Zahl ist, gibt es eine andere größere, so dass, wenn die Luminanz eingestellt wird. Beide würden Stimuli entsprechen, die bei Menschen ohne S-Zapfen gleich aussehen würden, da Paare von Spektralstimuli auf beiden Seiten von 465 nm mit dem gleichen Wert von M (L + M) und L (L + M) gefunden werden können.

Das Wirkungsspektrum der S-Zapfen hat das Maximum bei 440 nm und fällt bei längeren Wellenlängen schnell ab, wobei es über die 520 nm hinaus unempfindlich ist.

Farbwahrnehmung in der Netzhaut

Um besser zu verstehen, was gesagt wurde, stellen wir uns vor, dass wir uns ein ansehenampoder monochromatisches Licht und wir variieren ihre Wellenlänge von lang nach kurz.

Betrachten Sie ein Wirkungsspektrum von Zapfen, bei dem die langen Wellenlängen L viel stärker als M anregen. Es sieht rot aus, typisch für diese L-Zapfen und fast kein Grün (M). Wenn wir jetzt die Wellenform auf 575 reduzieren, wird die Rot-Grün-Differenz kleiner und die L- und M-Signale sind ausgeglichen. Da die S-Kegel des Blaus noch nicht angeregt wurden, ist die visuelle Wahrnehmung weder rot noch grün, sondern eine Farbe Gelb. Wenn wir die Wellenlänge noch weiter verkürzen, dominiert das M über dem L und es erscheint grünlich, wodurch der gelbliche Ton verringert wird, bis 500 nm erreicht sind, wobei S gleich der Summe von L und M ist. Der gelbe Kanal ist ausgeglichen. blau und sieht ein einzigartiges grün aus. Wenn wir die Wellenlänge verringern, ersetzt Blau Grün, und wenn wir sie weiter verringern, bringt das hohe Anregungsniveau von Blau den rot-grünen Kanal in Richtung Rot aus dem Gleichgewicht und nimmt nun eine violette Farbe wahr.