Часть III / Лекция 22. Психофизиологические аспекты восприятия цвета и света

Построение реалистических изображений включает как физические, так и психологические процессы. Свет, то есть электромагнитная энергия, после взаимодействия с окружающей средой попадает в глаз, где в результате физических и химических реакций вырабатываются импульсы, воспринимаемые мозгом. Восприятие — это приобретаемое свойство.

Человеческий глаз представляет собой сложную систему. Он имеет почти сферическую форму с диаметром около 20 мм. Воспринимаемый свет с помощью гибкого хрусталика фокусируется на сетчатке глаза, в которой есть два типа рецепторов: колбочки и палочки. В центре задней полусферы глаза собрано 6-7 млн. колбочек, чувствительных только к сравнительно высоким уровням освещенности, причем каждая из них присоединена к отдельному нерву. Колбочки позволяют различать мелкие детали. В сетчатке также находится 75-150 млн. палочек, чувствительных к очень низким уровням освещенности. К одному нерву присоединено сразу несколько палочек, поэтому они не способны различать мелкие детали. Интересно, что цвет воспринимается только колбочками, то есть при низкой освещенности, когда колбочки теряют свою чувствительность, предметы кажутся серыми.

Свойства глаза

Из опытов известно, что чувствительность глаза к яркости света изменяется по логарифмическому закону. Пределы чувствительности к яркости чрезвычайно широки — порядка 10¹⁰, — однако глаз не в состоянии одновременно воспринять весь этот диапазон. Глаз реагирует на гораздо меньший диапазон значений относительно яркости, распределенный вокруг уровня адаптации к освещенности. Чувствительность к относительной яркости имеет порядок 100-150 (2.2 логарифмической единицы). Скорость адаптации к яркости неодинакова для различных частей сетчатки, но тем не менее очень высока. Экстремумы диапазона относительной яркости воспринимаются соответственно как черный и белый. Таким образом, глаз приспосабливается к средней яркости обозреваемой сцены, поэтому область с постоянной яркостью (интенсивностью) на темном фоне кажется ярче или светлее, чем на светлом фоне. Это явление называется «одновременным контрастом». Обратимся к рисунку 22.2.

На рис. 22.2, слева яркость центрального квадрата по шкале от 0 до 1 равна 0.5, а охватывающего — 0.2. На рис. 22.2, справа яркость центрального квадрата также равна 0.5, а охватывающего — 0.8. Малый квадрат слева кажется ярче, светлее, чем точно такой же квадрат справа. То же самое происходит при наблюдении уличного фонаря днем и ночью: если смотреть на фонарь днем, то средняя освещенность сцены выше, чем ночью. Поэтому уровень контраста ниже, и кажется, что интенсивность (яркость) фонаря меньше. Похожее на одновременный контраст явление существует и для цветов.

Вся световая энергия может пропускаться предметом, отражаться от него, поглощаться им. Доля пропущенного, отраженного и поглощенного света зависит от длины волны l.

• Световая энергия падает на поверхность
  • пропускается через предмет
  • поглощается с выделением тепла, количество которого зависит от длины волны l
  • отражается
    • зеркально
    • диффузно

При отражении существена конфигурация (строение) источника (точечный источник, распределенный источник [лампа], рассеянный источник [солнечный свет]), а также ориентация и свойства поверхности.