Лекция №3 Эстетика освещения

частоты при задании физической величины в виде функции не времени,

а координаты;
имеет размерность см-1.

Это понятие часто используется в оптике для оценки способности систем оптической информации передавать информацию об объекте.

Пространственная частота - это количество перепадов светлого и темного на единицу длины.
Доказано, что наш мозг, наша зрительная анализаторная система оперирует именно пространственными частотами.

изменения светимости на 1° зрительного угла: циклов/угл. град., что устраняет

необходимость оговаривать связь между величиной конкретных участков и расстоянием, с которого они воспринимаются.

Использование пространственной частоты удобно тем, что зрительное изображение любой сложности можно представить в виде матрицы светлых и темных зон.

позволяет преобразовывать пространственное распределение освещенности зрительной картины в повторяющиеся синусоидальные

волны ее простых компонентов.
Изображения, состоящие из большого числа мелких деталей, описываются высокими П.Ч., а более крупные, слабоструктурированные изображения – низкими.
Пространственно-частотный анализ находит широкое применение в теории распознавания образов и в нейрофизиологических исследованиях.

щели между досками становятся менее различимыми по мере отдаленности. Этот

эффект является основной проблемой для любого оптического изображения. На переднем плане, там, где доски и щели не сжаты перспективой, видна большая разница в яркости. Чем больше доски и щели сжимаются в перспективе с увеличением расстояния, тем меньше становится разница в яркостях.

координатной плоскости.
Разница яркостей по оси Y называется контрастом.

Кривая графика яркости похожа на гармонические колебания.
Так как яркость меняется не во времени, а пространственно – слева направо,
ось X будет называться пространственной частотой.

для расчета объективного контраста периодических сигналов предложил формулу, впоследствии названную

его именем:

М = (Lmax – Lmin) / (Lmax + Lmin),

где L – яркость стимулов, М – глубина модуляции.
А. Майкельсон использовал эту формулу для расчета глубины модуляции яркости в интерференционной картине с синусоидальным яркостным профилем, т.е. распределением яркости в зависимости от длины участка по синусоидальному закону.
Как известно, частота, амплитуда (контраст) и фаза полностью описывают синусоиду.
Поэтому произвольное изображение с помощью преобразования Фурье может быть разложено на спектр синусоидальных составляющих.

Измеряя только передачу контраста изображения, получают так называемую частотно-контрастную характеристику системы.

ч. строят функцию контрастной чувствительности органа зрения Sк=1/кпор в зависимости

от пространственной частоты. Эта зависимость является более информативной характеристикой глаза, чем традиционные измерения остроты зрения.

но разной частотой, который предъявляется наблюдателю. В зависимости от инструкций,

определяющихся выбранным методом исследования зависимости контрастной чувствительности от пространственной частоты, определяют эту самую зависимость.

особенностей порогового восприятия, так и принципов работы зрительной системы в

целом был сделан Эрнстом Махом.

горизонтально изменяющуюся яркость с
постоянным шагом. Хотя каждый шаг имеет

однородную яркость, мы
чувствуем неравномерную интенсивность в шаге, то есть более яркую
слева и более темную справа у границ на каждом шаге.


Каждый прямоугольник имеет одинаковую по площади яркость, поэтому
кривая яркости имеет ступенчатую форму (это можно проверить,
перекрыв листами бумаги соседние прямоугольники). Однако узкая
полоска слева от каждой границы кажется более светлой, а справа –
более темной. Это связано со сложным переплетением связей нейронов в
сетчатке, которые оказывают влияние на восприятие в соседних областях.

психофизики сыграло предложенное им объяснение данной иллюзии: Мах представил пространственно-частотную

трактовку данного явления, предположив, что эффект связан с работой фильтров высоких пространственных частот.

Можно утверждать, что именно Мах предложил принципиально новый, пространственно-частотный подход к исследованию зрения и нейрофизиологическое объяснение этого субъективного эффекта (намного опередив свое время), предположив, что этот эффект в сетчатке и в мозге вызывает состояние возбуждения и торможения в функциональных элементах зрительной системы, состоящих из возбудительной и тормозной зон, которые теперь называются рецептивными полями.

пространственная частота
(колебаний / градус угла обзора)

зависит и от яркости адаптации (фона): чем

выше Lад, тем выше значения пространственной частоты, соответствующие максимальным значениям
Sк=1/кпор , т.е. кривая сдвигается вправо.
И наоборот, при уменьшении яркости фона максимум кривой ПЧХ сдвигается в сторону меньших частот.
Но при увеличении яркости адаптации больше значений примерно 100 кд/м2 зависимость ПЧХ от яркости почти не меняется, что связано с эффектами ослепленности глаза и особенностями его оптики.

зависит и от цветности излучения адаптации, т.е. фона.

Развитие компьютерной

техники и программного обеспечения также создали возможность перехода к оценке восприятия не только по интегральным фотометрическим характеристикам яркости и освещенности,
но и с учетом пространственного распределения яркости и цветности в разнообразных светоцветовых средах.
В то же время проектирование светоцветовой среды, несогласованное с вопросами восприятия зрительной информации, может привести к непоправимым ошибкам по созданию условий жизнеобеспечения.

системы освещения, участвующей в программе «Марс-500»

пространственно-частотная характеристика органа зрения (ПЧХ ОЗ) снижается, фильтруя высокие частоты

и оставляя только ориентационную информацию.
Исследование ПЧХ ОЗ как в России, так и за рубежом позволило рассчитать пороговые характеристики зрительной работоспособности.
Опыты с космонавтами в лабораторных и стендовых условиях показали, что изменение ПЧХ ОЗ отличается для различных цветовых рецептивных полей, отвечающих за цветовую контрастную чувствительность органа зрения.

школьников позволило разработать методику восстановительного характера и психологической разгрузки для

лучшего усвоения учебного материала и снижения стрессовых ситуаций.
Данный подход может быть использован для регулирования освещения в детских учреждениях для сохранения и восстановления здоровья подрастающего поколения.

без измерений
контрастной чувствительности. Измерение контраста давно уже входит

в испытательные телевизионные таблицы и представлено в соответствующих учебниках по телевизионной технике.
Измерение частотно-контрастных характеристик позволяет оценивать четкость воспроизведения изображений.

между частотой мелькания экрана и частотой мелькания люминесцентных ламп общего

освещения помещений.
Поэтому массовое введение этих энергосберегающих источников света в помещениях с дисплейной техникой приводит к чрезмерным нагрузкам и неизбежным потерям в главном – в состоянии человека.

отношение к ПЧХ глаза:
− Чувствительность к контрасту. Высококонтрастные участки

изображения, перепады яркости обращают на себя значительное внимание.
− Чувствительность к размеру. Большие области изображения«заметнее» областей меньшего размера. Причем существует порог насыщения, когда дальнейшее увеличение размера не существенно.
− Чувствительность к форме. Длинные и тонкие объекты обращают на себя большее внимание, чем круглые и однородные.
− Чувствительность к цвету. Некоторые цвета, например красный, заметнее других. Этот эффект усиливается, если фон заднего плана отличен от цвета фигур на нем.
− Чувствительность к местоположению. Человек склонен в первую очередь рассматривать центр изображения. Люди обычно внимательнее к изображениям переднего плана, чем заднего. Если на изображении есть люди, в первую очередь человек обратит внимание на них. На фотографии человек обращает первоочередное внимание на лицо, глаза, руки, рот.
− Чувствительность к внешним раздражителям.
На чувствительность ЗС существенное влияние оказывает также пространственная частота, т.е. форма объекта .

на фотографии или рисунке: глаза будут всегда смотреть прямо на

нас независимо от угла, под которым мы на него смотрим . Однако, эта иллюзия создается лишь в том случае, если изображенный глядел прямо в объектив или прямо в глаза художника, когда тот рисовал портрет (действительно, ничего подобного не происходит, если позирующий смотрит чуть-чуть в сторону).
Эта иллюзия еще не получила полного объяснения: по-видимому, она связана с тем, что изображение глаз дается   лишь в двух измерениях. В самом деле, при восприятии скульптурных изображений такой иллюзии не возникает.
Итак, иллюзия характеризуется наличием сенсорных сообщений, неправильно расшифрованных одним человеком, а иногда и многими.

излучений, используемые для целей колориметрии.
3.

Особенности стандартного источника излучения типа «Д».
Как получить кривую цветностей излучений ЧТ при различных T на диаграмме цветности x, y? Как выглядит эта кривая?
К каким источникам излучений применяется понятие коррелированной цветовой температуры и почему?

цветового зрения, были получены с помощью
микроспектрофотометрических измерений одиночных колбочек, а

также посредством регистрации цветоспецифичных рецепторных потенциалов колбочек в сетчатках животных, обладающих цветовым зрением.
Удалось даже подобраться с измерительным прибором к колбочкам обезьяны, которая различает цвета почти так же, как человек. Связь чувствительности элементов с частотой электромагнитного излучения оказалась очень близкой к той, которая следовала из теории трехкомпонентного зрения.

экспериментально подтверждена Джорджем Уолдом и Полом Брауном из Гарварда и

Эдвардом Мак-Николом и Уильямом Марксом из Университета Джонса Гопкинса, которые обнаружили, что в сетчатке существует три типа колбочек, которые чувствительны к свету с длиной волны 430, 530 и 560 нм, т. е. к фиолетовому, зелёному и жёлто-зелёному цветам.

= 560 нм;

с разной длиной волны.

условность. С таким же успехом спектр мог бы быть мысленно

разделен и на 4, и на 14 отрезков.
Папуасы тангма, живущие в горах, называют только два цвета — мули (этим словом обозначают черный и зеленый) и мола (то есть белый, красный и желтый), а чтобы понять, о чем идет речь, добавляют уточняющее слово.

и бессчетное количество дополнительных, поясняющих оттенок, —  от слова «голубой»

образуется 42 производных обозначения синего, голубого и зеленого...

Семь цветов понадобились великому Ньютону, чтобы непременно привязать их к семи тонам хроматической музыкальной гаммы — тоже чистейшей условности.

Зато Леонардо да Винчи считал, что основных цветов — только пять.

— красный,
rO — красновато-оранжевый,
O — оранжевый,
YO —желто-оранжевый,
Y —

желтый,
YG — желто-зеленый,
yG — желтовато-зеленый,
G — зеленый,
bG — голубовато-зеленый,
BG — сине-зеленый,
gB — зеленовато-синий,
B — синий,
PB — сине-фиолетовый,
P — фиолетовый,
rP — красновато-фиолетовый, pR — фиолетово-красный,
pPk — фиолетово-розовый,
Pk — розовый,
OPk — оранжево-розовый,
W — белый

различает три вида таких цветов:

1) Пурпурные, которые отсутствуют в радуге,

но появляются при одновременной стимуляции красных и синих колбочек, т.е. при смешении, грубо говоря, красного и синего;
т.е. глаз умеет их различать за счет работы двух типов колбочек.

пурпурному – мы добавим надлежащее количество зеленого, то получим белый

цвет. Поэтому мы и говорим, что зеленый и пурпурный являются дополнительными.

Белый мы получаем при одновременной работе трех типов колбочек.

спектральный цвет доминирующей длины волны с точкой белого дальше, то

вторая точка, которая получится при соединении этой линии с линией чистых спектральных цветов покажет дополнительную длину волны данного цвета. Чтобы не путать обозначения доминирующей и дополнительной длины волны вторую часто указывают с отрицательным знаком, а первую - с положительным.

как, например,
имеющие длины волн
486 и 590 нм
(голубой

и оранжевый),
467 и 572 нм
(синий и желто-зеленый),
494 и 640 нм
(красный и зеленый),
и т.д.
Вместе с тем красный и зеленый
лучи могут дать великолепный
желтый тон, который, кстати, легко
составить также из оранжевого и
зеленовато-синего света

при освещении их дневным светом одинаковыми.
При воспроизведении этих образцов

на фотопленке, спектральная чувствительность которой отлична от спектральной чувствительности зрительного аппарата человека, либо при изменении освещения они меняют свой цвет и становятся разноокрашенными.

к любому цвету спектра или пурпурному.
Такое добавление «разбавляет» цвет,

делает его менее насыщенным.
Среди этого многообразия цветов можно подобрать два идентичных, если сделать их одинаковыми по цветовому тону и насыщенности (т.е. добавив нужное количество белого цвета), а потом еще уравнять их по интенсивности.

укладывается в объяснения при помощи простого сложения чувствительности разного типа

колбочек, - например, цвет «коричневый».

предлагает такой опыт:
Представим себе белый экран с отверстием. Через

отверстие виден лист, окрашенный в оранжевый цвет.
Предположим, его λ= 600нм; р=0,7.
Первоначально L экрана =10 кд/м2 и L оранж. = 10 кд/м2, т.е. L экрана = L оранж.
Теперь увеличим L экрана в 10 раз, т.е.
L экрана =100 кд/м2, а L оранж. = 10 кд/м2.

В этой ситуации сквозь отверстие в экране мы увидим изучаемый образец не оранжевым, а….. коричневым. При этом объективный цвет образца не изменился.

физическая величина, не зависящая от яркости и цвета окружающих предметов,

от уровня адаптации зрения воспринимающего цвет человека, от его индивидуальных свойств.
От индивидуальных свойств цвет перестал зависеть
с того момента, как были приняты «ординаты кривых сложения для стандартного колориметрического наблюдателя МКО 1931г.»

на основе физических закономерностей и лежащая в основе многих ее

технических применений.
Иное дело – восприятие цвета. Оно может сильно меняться для одного и того же человека. Изучение цветовых восприятий – область физиологии, психологии, эстетики».
Луизов А.В.

Эта самостоятельность и позволяет глазу приспосабливаться

к цвету окружающего освещения.

Лист бумаги, который выглядит белым при дневном освещении, останется белым и тогда, когда мы привыкнем к свету лампы накаливания в комнате, хотя синих лучей в таком свете гораздо меньше.

Как же удается глазу приспосабливаться к свету?

теория цветового зрения должна включать физиологические аспекты цветового зрения, т.е.

должна объяснять действие, производимое энергией излучения, которая поглощается рецепторами сетчатки (палочками и колбочками), и преобразуется в нервные импульсы.

фактами, относящимися к зрительному уравниванию цветов, т.е. к психофизическим аспектам

цветового зрения.
(Наиболее полно такие факты описывают в рамках трихроматического зрения законы Грассмана).


3. И, наконец, всякая теория цветового зрения должна принимать во внимание психологические аспекты цветового зрения, т.е. должна объяснять, как нервная активность в коре головного мозга приводит к цветовому восприятию.

Она ведет начало от речи «Слово о происхождении света, новую

теорию о цветах представляющее, в публичном собрании Императорской Академии Наук июля 1 дня 1756 года говоренное Михаилом Ломоносовым». Наш великий ученый сообщал слушателям:

догадками, а после доказательными опытами с довольною вероятностью утвердился, что

природа эфирных частиц имеет совмещение с тремя родами действующих первоначальных частиц, чувствительные тела составляющих...
От первого рода эфира происходит цвет красный, от второго — желтый, от третьего — голубой. Прочие цвета рождаются от смешения первых... Натура тем паче всего удивительна, что в простоте своей многохитростна, и от малого числа причин произносит неисчислимые образы свойств, перемен и явлений».

миром.




Лишь спустя полвека к ней обратился английский физик Томас

Юнг, который отметил, что идеи Ломоносова дали ему материал для размышлений.

практикующим врачом в Лондоне, вместе с тем, он сделал выдающиеся

открытия в различных областях науки:
- в механике ввел величину, которую называют модулем Юнга;
- в оптике, по существу, доказал волновую природу света своими опытами по дифракции;
- внес большой вклад в расшифровку египетских иероглифов;
- первым предложил теорию цветового зрения.

элемента сетчатки. Эти предположения детально развил Гельмгольц в своем «Справочнике

по психологической оптике», изданном в 1859—1866 гг. в Гейдельберге, где он читал физиологию студентам университета.

После этого трехкомпонентная теория
Юнга— Гельмгольца вполне утвердилась в науке о зрении.

различные краски.
Она подсказывает, каким способом можно «обмануть»

глаз и показать ему один и тот же цвет, смешивая пары совершенно различных лучей:
для этого нужно только соответствующим образом возбудить различные колбочки. (Метамерные цвета).

и не может объяснить все феномены цветоощущения, такие как

цветовой контраст,
цветовая память,
цветовые последовательные образы, константность цвета и др.,
а также некоторые нарушения цветового зрения, например, цветовую агнозию.

Геринг выдвинул в 1874 г. гипотезу, весьма расходившуюся с господствовавшей

тогда трехкомпонентной:
вместо сложения сигналов основой было вычитание.

Геринг высказал мнение, что в чувствительных элементах глаза находятся три вещества, из которых одно распадается под действием красных лучей и восстанавливается от зеленых, другое претерпевает такие же изменения благодаря синим и желтым лучам, а третье чувствительно к черным и белым.
Это казалось многим нелепостью: вы когда-нибудь видели черный свет?

удалось, а авторитет Гельмгольца, и вполне заслуженно, был высок.
Словом,

о гипотезе Геринга вспоминали в учебниках как об историческом факте, чуть ли не курьезе. Но судьба почему-то любит неудачников с острым умом.
Девяносто лет спустя после публикации работы Геринга вышла из печати статья Роберта Де Валуа и Джорджа Джекобса:
ганглиозные клетки сетчатки глаза лягушки работают «по Герингу»!

и синий –
и что они попарно связаны с помощью

двух антагонистических механизмов –
красно-зеленого (к-з) механизма и
желто-синего (ж-с) механизма.
Постулировался также третий оппонентный механизм для ахроматически дополнительных цветов - белого и черного (б-ч).

– 6 цветов: красный, желтый, зеленый и синий, белый и

черный
Из-за полярного характера восприятия этих цветов Геринг назвал эти цветовые пары “оппонентными цветами”.

уровни насыщенности, но и такие цвета, как коричневый и оливково-зеленый,

которые отсутствуют в радуге и даже не могут быть воспроизведены ни в одной из классических психофизических процедур смешения цветов, в которых обычно с помощью диапроектора отбрасываются световые пятна на экран.
Коричневый цвет можно получить, только изолировав его от других цветов и, смешивая оранжевый с черным в условиях пространственного контраста, т.е. уменьшая яркость оранжевого, по сравнению с более светлым фоном. По теории Геринга, при этом работают, по меньшей мере, две системы: - б-ч и ж-с.

жаркие споры. Однако сейчас эти теории можно считать взаимно дополняющими

интерпретациями цветового зрения.
В зонной теории Крисса, предложенной 80 лет назад, была сделана попытка синтетического объединения этих двух
конкурирующих теорий.
Она показывает, что трехкомпонентная теория пригодна для описания функционирования уровня рецепторов, а оппонентная теория - для описания нейронных систем более высокого уровня зрительной системы.

представления Юнга- Гельмгольца окажутся верными только для рецепторного уровня, а

идеи Геринга об оппонентных процессах – для последующих уровней зрительной системы.

(1887- 1961) предложил разграничить две существенно различные области цветоведения.

же метрика цвета, несомненно, связана с нашими ощущениями, нашим восприятием

цвета.