В функционировании зрительной системы человека

Рассмотрим рис. 4. Левая верхняя решетка (рис. 4, А) имеет сравнительно низ­кую пространственную частоту (широкие полосы), а нижняя — высокую (узкие полосы). Пространственные частоты (ширина полос) решеток на рис. 4, В идеи-

Шиффман X. Анализ пространственной частоты

Рис. 4. Паттерны, рассматриваемые испытуемым, А и тес­товые паттерны Б, используемые для доказательства нали­чия в зрительной системе специализированных каналов, предназначенных для восприятия пространственной часто­ты. Методика проведения эксперимента описана в тексте¹

тичны и занимают промежуточное положение между пространственными часто­тами решеток, представленных на рис. 4, А. Прикройте решетки на В и не менее 60 с внимательно рассматривайте решетки на А, переводя взгляд слева направо и обратно вдоль горизонтальной линии фиксации, разделяющей два паттерна. Пос­ле завершения периода адаптации переведите взгляд на точку фиксации между двумя решетками (средняя пространственная частота) на Б. Пространственные частоты теперь уже не будут казаться идентичными: пространственная частота верхнего паттерна будет казаться выше пространственной частоты нижнего.

Иными словами, снижение чувствительности к определенной пространственной частоте (или нескольким определенным пространствен­ным частотам) вследствие их избирательного воздействия подтверждает наличие в зрительной системе отдельных каналов, воспринимающих раз­ные пространственные частоты.

Большинство объектов, воспринимаемых зрительной системой, мо­жет быть проанализировано с точки зрения их пространственной часто­ты. Описанный ниже анализ пространственной частоты сложных форм — еще одно подтверждение роли анализа Фурье в обработке зрительной ин­формации.

¹ См.: Blakemore С, Sutton P. Size adaptation: A New Aftereffect // Science. 1969. 166. P. 245.

Тема 17. Экспериментальные исследования восприятия

Обработка зрительной информации: блок-портреты

Пример, иллюстрирующий роль анализа пространственной частоты в восприятии формы, представлен на рис. 5, А.

Фотография, так называемый блок-портрет, президента США пред­ставляет собой результат специальной компьютерной обработки традици­онного портрета. Исходный портрет после обработки на компьютере был поделен на маленькие квадраты, или блоки, причем каждый из этих блоков был так воспроизведен типографским способом, что соответству­ющие участки исходного портрета сохранили присущую им среднюю интенсивность света и тени. Иными словами, светимость каждого блока одинакова (однородна) на всей его площади, т.е. она была поэлементно усреднена, или оцифрована¹. Таким образом исходный портрет был пре­вращен в набор примыкающих друг к другу светлых и темных блоков. При этом портрет лишился многих деталей и первоначальной четкости, поскольку вследствие поэлементного усреднения светимости всех блоков

Рис. 5. А — блок-портрет, полученный на компьютере; В — тот же самый портрет после удаления высокочастотного шума

¹ См.: Harmon L.D. The recognition of faces // Scientific American. 1973. 229. P. 70-82; Harmon L.D., Julesz B. Masking in visual recognition: Effects of two-dimensional filtered noise // Science. 1973. 180. P. 1194-1197.

Шиффман X. Анализ пространственной частоты

оригинала были удалены высокие пространственные частоты. Одно­временно с этим резкие границы между блоками стали причиной возник­новения своего рода высокочастотного шума — нежелательного послед­ствия процесса усреднения светимостей блоков. Этот шум тоже маскиру­ет многие информативные низкочастотные компоненты, оставшиеся от оригинального портрета.

В результате при прямом и пристальном взгляде на портрет на нем не сразу разглядишь легкоузнаваемое лицо. Узнавание значительно об­легчается, если портрет оказывается не в фокусе, т.е. если смотреть на него с некоторого расстояния или сбоку. Очевидное объяснение этого явления заключается в том, что при искусственной «расфокусировке» блок-портрета избирательно отфильтровывается большая часть высокоча­стотного шума, образовавшегося в процессе создания блок-портрета, и общий уровень шума понижается. В результате появляется возможность воспринимать многие из оставшихся низких частот. Иными словами, при тех условиях, при которых портрет оказывается не в фокусе, уменьша­ется видимость искусственных резких границ между однородными квад­ратами, или блоками, которые образовались в результате оцифровки пос­ледних. Устранение привнесенных оцифровкой высокочастотных деталей делает видимыми низкочастотные информативные детали, что и облег­чает узнавание лица. Графически это представлено на рис. 5, Б.

Пространственная частота и острота зрения

Анализ функционирования зрительной системы, учитывающий ее чувствительность к светлотному контрасту, является основой для выра­ботки более информативного и полного критерия оценки остроты зре­ния, например остроты разрешающей способности глаза, <...> оцененной исключительно при одной пространственной частоте и при одном уров­не светового контраста. Например, у человека может быть средняя чув­ствительность к одним пространственным частотам и чувствительность ниже средней — к другим. Известно, что возраст по-разному влияет на контрастную чувствительность к разным пространственным частотам: чувствительность к высоким частотам значительно снижается, а чувствительность к низким остается практически неизменной¹. Следова­тельно, в результате старения утрачивается способность различать мел­кие детали.

¹ См.: Owsley С, Sekuler R., Slemsen D. Contrast sensitivity throughput adulthood // Vision Research. 1983. 23. P. 689-699; Crassini В., Brown В., Bowman K. Age-related changes in contrast sensitivity in central and peripheral retina // Perception. 1988. 17. P. 315-332.

Тема 17. Экспериментальные исследования восприятия

Аналогично возрасту действует на контрастную чувствительность к высоким пространственным частотам и движение — оно ее понижает. Иными словами, при стимулировании движущимся раздражителем, об­разованным высокими пространственными "частотами, восприятие мел­ких деталей ухудшается¹. Обсудим практические последствия этого яв­ления для такого вида деятельности, как управление транспортным средством. Хотя способность видеть другие легковые автомобили и гру­зовики (низкие пространственные частоты) при движении в потоке ма­шин остается неизменной, способность различать надписи на дорожных указателях, а также растущие вдоль дороги деревья и кусты (высокие пространственные частоты) понижается. Как правило, подобные измене­ния остроты зрения не фиксируются ни с помощью <...> таблицы Снеллена, <...> ни с помощью таблицы, которая помогла установить, что у детей способность к распознаванию большинства пространственных час­тот выражена слабее, чем у взрослых².

Исследования, выполненные Гинсбургом, показывают, что острота зрения людей, чья профессия предъявляет к ней повышенные требова­ния, например острота зрения летчиков, измеренная традиционными методами, вполне может оказаться нормальной или средней, однако если оценить ее, учитывая и контрастную чувствительность, обнаруживают­ся весьма существенные индивидуальные различия³. Автор нашел, что некоторые летчики демонстрируют большую контрастную чувствитель­ность в случае низких пространственных частот, чем их коллеги, остро­та зрения которых по итогам теста Снеллена, в ходе которого предъ­является высокочастотный стимул ьный материал, была признана более высокой⁴. Подобная ярко выраженная избирательная чувствительность может проявляться в улучшении восприятия объектов при плохой види­мости, например в тумане, или объектов, находящихся на большом рас-

¹ См.: Long G.M., Homolka J.L. Contrast sensitivity during horizontal visual pursuit:
dynamic sensitivity functions // Perception. 1992. 21. P. 753-764; Long G.M., Kearns D.F.
Visibility of text and icon highway signs under dynamic viewing conditions // Human Factors.
1996. 38. P. 690-701.

² См.: Dobson V., Teller D.Y. Visual acuity in human infants: A review and comparison of
behavioral and electrpohysical studies // Vision Research 1978. 18. P. 1469-1483; GwiazdaJ.,
Brill S., Held R. New metods for testing infant vision // The Sigbtsaving Review. 1979. 49.
P. 61-69; Norcia A.M., Tyier C.W, Spatial frequency sweep VEP: Visual acuity during the
first year of life // Vision Eesearch. 1985. 25. P. 1399-1408.

³ См.: Oinsburg A.P. Spatial filtering and vision: Implications for normal and abnormal vision // Ь.Ргоеша, J.Enoch, A.Jampolski (Eds.). Clinical applications of psychophysics. N. Y.: Cambridge University Press, 1981; Ginsburg A.P. Spatial filtering and visual form perception // K.R.Boff, L.Kaufman, J.P.Thomas (Eds.). Handbook of perception and human performance. Vol. II: Cognitive processes and performance. N. Y.: John Wiley, 1986.

⁴ См.: Ginsburg A.P, Spatial filtering and vision: Implications for normal and abnormal vision // L. Proenza, J. Enoch, A. Jampolski (Eds.). Clinical applications of psychophysics. N. Y.: Cambridge University Press, 1981.

Шиффман X. Анализ пространственной частоты

стоянии. На основании результатов тестирования по Снеллену Гинсбург предположил, что от 10 до 15% населения имеет хорошую остроту зре­ния, но плохую чувствительность к низким и средним пространственным

частотам¹.

Роль анализа пространственной частоты

в зрительном восприятии

Какую роль в изучении зрительного восприятия играет анализ про­странственной частоты? Прежде всего он является простым и надежным способом описания и обобщения структурных деталей различных визуаль­ных объектов, а именно: высокие пространственные частоты кодируют информацию о деталях, обладающих наиболее тонкой текстурой, а низкие пространственные частоты — информацию о структурах, образованных паттернами крупных элементов. С его помощью можно также описать и общие принципы работы визуальной системы, связанной с анализом, сопо­ставлением и интеграцией активности огромного количества рецепторов и соотнесением этой активности со специфическим признаком физического раздражителя. Кроме того, мы убедились, что описание визуального раздражителя в терминах его пространственных частот полезно для оцен­ки остроты зрения и более информативно, чем оценка последней с помо­щью традиционной таблицы Снеллена. Анализ пространственной частоты не просто выявляет, какие именно количественные и дескриптивные ха­рактеристики может использовать зрительная система для кодирования сложной визуальной информации, подлежащей дальнейшей обработке, но играет в зрении более существенную роль.

¹ См.: GimburgA.P. Spatial filtering and visual form perception // K.R.Boff, L.Kaufman, J.P.Thomas(Eds.). Handbook of perception and human performance. Vol. II: Cognitive processes and performance. N. Y.: John Wiley, 1986; Ginsburg A.P., Cannon M.W., Evans D.W., Owsley C, Mulvaney P. Large sample norms for contrast sesitivity // American Journal of Optometry and Physiological Optics. 1984. 61. P. 80-84.

А.Д. Логвиненко

ПЕРЕДАТОЧНАЯ ФУНКЦИЯ ВСЕЙ ЗРИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ В ЦЕЛОМ¹

Основное внимание <...> мы уделим анализу методов и результа­тов эмпирического построения полной передаточной функции, посколь­ку это составляет центральную задачу данной главы.

Многообразие методов идентификации линейных систем² обуслови­ло и многообразие психофизических методов идентификации полной пе­редаточной функции. В силу ряда причин в психофизике зрения наиболь­шее распространение получили частотные методы, в частности, один из вариантов метода гармонического стимула, заключающегося с точки зре­ния психолога в построении изоконтрастных кривых. Это связано с тем, что для идентификации линейной и инвариантной системы методом гар­монического стимула, вообще говоря, не обязательно иметь функцию светлоты тестового гармонического стимула. <...> Для такой системы образ гармонического стимула также будет гармоническим и для иден­тификации системы достаточно знать его амплитуду и фазу. Принимая во внимание необычайную трудоемкость процедуры построения функции светлоты для трехмерного стимула l{х', х², t), легко понять не только привлекательность метода гармонического стимула для психологов, но и то, почему идентификации подвергалась не вся трехмерная передаточная функция зрительной системы в целом: H(f, f, w), а лишь ее одномерные или двумерные сечения.

Первые попытки эмпирического построения передаточной функции зрительной системы человека были предприняты более полувека назад (кстати сказать, задолго до появления математической теории иденти­фикации систем как таковой). С помощью порогового варианта метода

¹ Фурье-анализ зрительного восприятия / Под ред. А.Д.Логвиненко. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1982. С. 33-38.

- См.: Эйкхофф П. Основы идентификации систем управления. М., 1975.

Логвиненко А,Д. Передаточная функция всей зрительной системы в целом 109

изоконтрастных кривых определялась временная передаточная функция Н (0,0,w)¹. Четверть века назад этим же методом была построена одно­мерная пространственная — Н (f¹, 0, 0) передаточная функция². Прост­ранственно-временную — Н (f¹, 0, w) передаточную функцию впервые по­строил также этим методом Дональд Келли³.

Метод изоконтрастных кривых

Простоты ради и следуя сложившейся традиции изложение этого метода будем вести для одномерного случая, например, для идентифика­ции пространственной передаточной функции Н (f, 0, 0). Не изменяю­щиеся аргументы в дальнейшем будем, как правило, опускать, т.е. пи­сать H(f) вместо H(f, 0, 0) или l(х) вместо l(x') l(x²) l(i) u l(x,t) вместо l (х¹, t) 1 (х^х).

Важной характеристикой любого метода идентификации является выбор тестовых стимулов. Для метода изоконтрастных кривых такими стимулами являются вертикальные синусоидальные решетки, яркостные функции которых имеют следующий вид (рис. 1):

Синусоидальная решетка (1) вполне определяется тремя числами: ее средней яркостью (lо), контрастом (т) и пространственной частотой (f). Контраст решетки, так называемый контраст Майкельсона, связан с наиболее (l_тах) и наименее (l_min) яркими участками решетки следующим соотношением:

Пространственная частота есть величина, обратная периоду D (рис.1) решетки, т.е. f = D~'. Поскольку для проксимального стимула пространственные координаты измеряются в угловых единицах (градусах или минутах), то размерность пространственной частоты, следовательно, угл. град.^-1 или угл. мин.^-1.(Отметим попутно, что временные частоты из­меряются в герцах — Гц). <...>

¹ См.: Ives H.E. A theory of intermittent vision // J. Opt. Soo. Am. and Rev. Sci. Instr.
1922. 6. P.343-361; De Lange. Experiments on flicker and some calculations on an electrical
analogue of the foveal systems // Physics. 1952. 18. P. 935-950.

² См.: Schade O.H. Optical and photoelectric analog of the eye //' J. Opt. Soc. Am. 1956.
46. P. 721-739.

³ См.: Kelly D.H. Frequency doubling in visual responses // J. Opt. Soc. Am. 1966. 56.
P. 1628-1633.

110 Тема 17. Экспериментальные исследования восприятия

Рис. 1. Яркостная функция для синусоидальной решетки

В основе метода изоконтрастных кривых лежат следующие рассуж­дения. Передаточная функция зрительной системы показывает, насколь­ко система изменяет контраст синусоидальной решетки. Поэтому ее оп­ределение сводится к вычислению отношения субъективного контраста решетки к контрасту физической решетки как функции пространствен­ной частоты. При этом можно поступать двояким способом. Либо зафик­сировать контраст физической решетки (т.е., предъявлять синусоидаль­ные решетки с разной пространственной частотой, имеющие одинаковый контраст) и измерять субъективный контраст как функцию простран­ственной частоты; либо, задавшись некоторым определенным уровнем субъективного контраста, экспериментально определить для каждой про­странственной частоты тот физический контраст, при котором решетка имеет заданную величину субъективного контраста. Полученная в резуль­тате кривая, показывающая, какую величину физического контраста на той или иной пространственной частоте необходимо взять для того, что­бы субъективный контраст был одним и тем же на любой пространствен­ной частоте, называется изоконтрастной кривой. Изоконтрастная кривая есть функция, обратная к передаточной функции (с некоторым коэффи­циентом пропорциональности).

Непременным условием применимости метода изоконтрастных кри­вых для построения передаточной функции зрительной системы являет­ся следующее соотношение;

т (f₃) – т₀ (f₃)-m(f)- m₀ (f), (3)

где т (f₃) — фиксированный контраст эталонной решетки с постоянной пространственной частотой f₃; m (f) — контраст решетки с переменной пространственной частотой /, подобранный таким образом, что субъектив­ные контрасты обеих решеток равны; m₀ (f₃), m₀ (f) — пороговые кон­трасты эталонной и переменной решеток соответственно.

Это равенство означает, что любая изоконтрастная кривая должна получаться из пороговой кривой сдвигом вдоль оси ординат на величи-

Логвиненко А.Д. Передаточная функция всей зрительной системы в целом 111

ну, пропорциональную контрасту стандартной решетки. Именно такое соотношение между пороговыми и изоконтрастными кривыми было по­лучено экспериментально¹. Однако этот автор помимо эталонной решетки с частотой 5 угл. град, использовал всего лишь две переменные решетки 1,67 и 15 угл. град.^-1.Ясно, что три точки слишком мало для того, что­бы судить о выполнении условия (3). Более того, ряд исследователей указывают на то, что форма изоконтрастнойкривой изменяется с измене­нием контраста эталонной решетки². Так, по данным некоторых авторов, изоконтрастные кривые становятся практически горизонтальными лини­ями для эталонных решеток с контрастом, близким к единице³. Поэтому изоконтрастные кривые могут служить средством построения передаточ­ной функции зрительной системы лишь при условии малости контраста эталонной решетки. Только в этом случае можно надеяться на выполне­ние равенства (3).

Наименьший доступный испытуемому контраст эталонной решет­ки — это ее пороговый контраст. В некотором смысле кривую порого­вых контрастов можно рассматривать как разновидность изоконтрастной кривой. Действительно, согласно существующим ныне представлениям о механизме обнаружения <...> испытуемый в пороговой ситуации отве­чает реакцией «да», если субъективный контраст решетки превышает некоторый фиксированный уровень , называемый критерием испытуе­мого. Существуют некоторые косвенные свидетельства в пользу того, что критерий е не зависит от частоты решетки⁴. Если это так, то кривая по­роговых контрастов — это изоконтрастная кривая, соответствующая субъективному контрасту, равному критерию испытуемого.

Величина, обратная пороговому контрасту, называется контрастной чувствительностью. Зависимость контрастной чувствительности от про­странственной частоты синусоидальной решетки будем называть функци­ей контрастной чувствительности. Таким образом, мы приходим к выво­ду, что функция контрастной чувствительности совпадает с передаточной функцией зрительной системы с точностью до некоторого постоянного множителя. В дальнейшем разновидность метода, связанного с построе­нием функции контрастной чувствительности, будем называть пороговым методом идентификации передаточной функции.

¹ См.: Kulikowshi J.J. Effective contrast constancy linearity of contrast sensation //
Vision Research. 1976. 16. P. 1419-1431.

² См.: Watanabe A., Mori Т., Nagata S., Hiwatashi K. Spatial sine-wave responses of the
human visual system // Vision Research. 1968. 8. P, 1245-1264; Blakemore C„ Campbell F.W,
On the existence of neurones in the human visual system selectively sesitive to the orientation
and size of retinal images /'/ J. Physiol. 1969. 205. P. 237-260.

³ См.: Georgeson MA., Sullivan G.D. Contrast constancy: deblurring in human vision by spatial frequence channels // J. Physiol. 1975. 252. P. 627-656.

⁴ См.: Sachs M., Nachmias J., Robson J.G. Spatial-frequency channels in human vision // J. Opt. Soc. Am. 1971. 61. P. 1176-1186.

Тема 17. Экспериментальные исследования восприятия

Метод изоконтрастных кривых для идентификации передаточной функции зрительной системы, как правило, применяют в его пороговом варианте. Одним из немногих авторов, которые использовали непорого­вый вариант этого метода, является О. Врингдал¹. Он определял отноше­ние контрастов (субъективного к физическому) при различных величи­нах физического контраста для пространственных частот в диапазоне 0,5—9,0 угл.град.^-1 со средней яркостью 0,25:20 нит методом подравни­вания. Испытуемого просили подравнять яркость однородного поля к максимальной яркости, которую имеют светлые полосы синусоидальной решетки. Затем испытуемый должен был установить яркость однородно­го поля таким образом, чтобы его светлота равнялась наиболее темному участку на синусоидальной решетке. Отношение этих величин прини­малось им за величину субъективного контраста. Построенные этим ав­тором кривые, показывающие зависимость отношения субъективного к объективному контрасту от пространственной частоты примечательны в двух отношениях. Во-первых, все они имеют максимум на частоте 5—7 угл.град.^-1. Во-вторых, отношение контрастов превышает единицу для всех пространственных частот исследовавшегося диапазона, т.е. зри­тельная система в этом диапазоне усиливает контраст. Явление усиления контраста хорошо известно в психологии зрительного восприятия². Од­нако, как правило, это явление связывается с более сложными процесса­ми обработки зрительной информации, нежели обсуждаемые здесь. Пред­ставляется необходимым подвергнуть явление усиления контраста сину­соидальной решетки дополнительному исследованию с применением более тонких психофизических методов.

¹ См.: Bryngdahl О. Characteristics of the visual system: psychophysical measurements
of the responce to spatial sine-wave stimuli in the mesopic region // J. Opt. Soc. Am. 1964.
54. P. 1152-1160; Bryngdahl O. Regular occurence of simultaneous brightness contrast in
the mesopic region // Kybernetik. 1965. 2. P. 227-236.

² См.: Heineman E.G. Simultaneous brightness induction /7 D.Jameson, L.M.Hurvich
(Eds.). Handbook of Sensory Physiology. N. Y., 1972. Vol. VII/4. Visual Psychophysics.

Часть 2. Факты, закономерности и результаты

Исследований восприятия

1. Восприятие цвета. Основные субъективные харак­теристики цвета и их объективные корреляты. Адаптация. Явление Пуркинье. Виды контрастов. Законы смешения цветов. Цветовой круг и тре­угольник. Цветовое тело. Теории цветового зрения

Б.М. Величковский,

В. П. Зинченко,

А.Р. Лурия

ВОСПРИЯТИЕ ЦВЕТА¹

Зрительная система человека чувствительна к электромагнитным колебаниям, длина волны которых лежит в диапазоне от 380 до 720 нм (миллионных долей миллиметра). Эта область электромагнитных колеба­ний называется видимой частью спектра.

Рецепция падающего на сетчатку света представляет собой только первую ступень в сложной цепи процессов, приводящих к зрительному отражению окружающего нас мира. Структура процесса восприятия цвета меняется в зависимости от оптических свойств поверхностей предметов, которые должны быть восприняты наблюдателем. Эти поверхности мо­гут светиться, излучая больше света, чем на них падает; блестеть, отра­жая весь падающий на них свет; отражать лишь часть падающего света и, наконец, быть прозрачными, т.е. не оказывать свету существенных препятствий.

Значительное большинство окружающих нас предметов относится к группе тел, частично поглощающих и частично отражающих падающий на них от искусственных или естественных источников свет. Цвет этих предметов объективно характеризуется их отражательной способностью. Поэтому для восприятия цвета предметов зрительная система должна учитывать не только свет, отраженный поверхностью предмета, но так­же характеристики освещающего эту поверхность света.

Однако в том случае, когда поверхность светится или специально исключены признаки ее принадлежности какому-либо предмету, воспри­ятие цвета может основываться лишь на анализе непосредственно излу­чаемого поверхностью света. Эта ситуация имеет место, если участок

¹ Величковский Б.М., Зинченко В.П., ЛурияА.Р. Психология восприятия. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1973. С. 81, 83, 109-126.

Тема 17. Экспериментальные исследования восприятия

поверхности рассматривается через отверстие в большом темном или се­ром экране. Благодаря экрану скрадывается расстояние до поверхности и воспринимается диффузный цвет, относительно равномерно заполня­ющий отверстие. Такие цвета называются апертурными. Благодаря от­носительной простоте процессов восприятия апертурных цветов, они изу­чены в настоящее время более полно, чем восприятие цвета предметов. Кроме того, исследование восприятия апертурных цветов имеет важное практическое значение, так как именно с ними приходится иметь дело операторам, работающим с современными индикаторами. Широкое ис­пользование цвета для кодирования информации связано с относитель­ной легкостью различения апертурных цветов.

Цветовые ощущения, возникающие при восприятии апертурных цветов, полностью описываются тремя характеристиками или качества­ми. К ним относятся светлота, цветовой тон и насыщенность.

Первая из этих характеристик — светлота — иногда также назы­вается видилюй яркостью. Светлота определяется прежде всего физичес­кой яркостью света. Как показали психофизические исследования, зри­тельная система способна реагировать на очень незначительные изменения яркости света: дифференциальный порог яркости равен всего лишь 0,01.

Измеряемые с помощью психофизических методов количественные отношения между интенсивностью раздражителя и величиной ощущения не остаются постоянными. В зависимости от условий, в которых осуще­ствляется восприятие, происходит изменение как абсолютной, так и раз­ностной чувствительности.

Важнейшим фактором, определяющим уровень чувствительности, является интенсивность действующих на организм раздражителей. На­пример, изменение освещенности предметов в течение суток настолько значительно, что будь чувствительность глаза неизменной, человек либо оказывался слепым на ярком солнечном свете, либо был совершенно не­способен к восприятию в сумерках. Этого не происходит потому, что в условиях недостаточной освещенности абсолютная зрительная чувстви­тельность обостряется, а на ярком свету — снижается. Подобное приспо­собительное изменение чувствительности в зависимости от условий сре­ды называется адаптацией.

<...>

Анализ динамики световой чувствительности при адаптации к тем­ноте позволяет установить момент перехода от колбочкового к палочко­вому зрению. Для этого адаптированного к дневному свету наблюдателя помещают в полную темноту и периодически измеряют нижний абсолют­ный порог яркости. Результаты измерений показывают, что вначале по­рог быстро падает, стабилизируясь на постоянном уровне через 8— 10 мин, а затем наступает вторичное резкое снижение порога, которое прекращается лишь через 30—40 мин после начала адаптации (рис. 1).

Величковский Б.М., Зинченко В.П., Лурия А.Р. Восприятие цвета 115

Рис. 1. Изменение нижнего абсолютного порога яркости

в ходе зрительной темновой адаптации:

I — тестирование белым светом; II — тестирование красным светом

Такой «двухступенчатый» вид кривая темновой адаптации имеет только тогда, когда пороги тестируются белым светом. Если использует­ся красный свет, к которому палочки нечувствительны, кривая адапта­ции состоит только из своей первой ветви. Это доказывает, что точка перелома на кривой темновой адаптации соответствует моменту перехо­да от колбочкового к палочковому зрению.

Процесс световой адаптации продолжается обычно всего лишь доли секунды.

Видимая яркость меняется также в зависимости от длины волны раздражителя.

При дневном освещении более яркими кажутся тона, сдвинутые к длинноволновой, красной части спектра. В сумерках же кривая спект­ральной чувствительности сдвигается в сторону коротковолнового конца видимого спектра (рис. 2). В этом случае наблюдается потемнение крас-

Д

Рис. 2. Кривые спектральной чувствительности глаза в темноте (а) и на свету (б).

Тема 17, Экспериментальные исследования восприятия

Рис. 3. Яркостный контраст

ного и высветление синего тонов. Это явление носит имя открывшего его чешского физиолога Яна Пуркинье.

Большой интерес представляют явления зрительного контраста. Од­новременный или пространственный яркостный контраст заключается в подчеркивании зрительной системой различий яркости между соседни­ми участками зрительного поля. Так, серый квадрат на черном фоне ка­жется светлее, чем такой же квадрат на светлом фоне (рис. 3).

Американские исследователи Х.К.Хартлайн и Ф.Ратлиф при помо­щи электрофизиологических методов обнаружили наличие тормозных взаимодействий между рецепторными элементами глаза пресноводного рачка limulus. Тормозное влияние, оказываемое рецептором А на рецеп­тор Б, оказалось пропорциональным освещению А и пространственной близости обоих элементов. Это явление получило название латерального торможения.

В результате латерального торможения, оказываемого соседними ярко освещенными элементами, расположенный на краю слабоосвещенной области рецептор будет разряжаться с меньшей частотой, чем эле­менты, освещенные столь же слабо, но расположенные дальше от грани­цы двух областей. Напротив, рецептор, лежащий на краю ярко-освещен­ной области, будет разряжаться с большей частотой, чем рецепторы, расположенные в глубине этой области. Таким образом, благодаря лате­ральному торможению, картина возбуждений элементов сетчатки подчер­кивает границы между областями различной яркости.

Тормозные взаимодействия были обнаружены в зрительных систе­мах высокоорганизованных животных, включая обезьян. В то же время существуют данные о значительно более сложном, центральном проис­хождении явления контраста.

Так, например, на контраст влияет сознательная установка наблю­дателя. Если знак, изображенный на рис. 4, воспринимать как две ла-

Величковский Б.М., Зинченко В,П., Лурия А.Р. Восприятие цвета 117

Рис. 4. Влияние установки наблюдателя на яркостный контраст (по: Коффка К., 1935)

тинские буквы V, то наблюдается выраженный яркостный контраст: ле­вая буква кажется более светлой, чем правая. Если же воспринимать этот знак как одну букву W, то контраст исчезает,

Наряду с только что рассмотренным одновременным контрастом известен также последовательный яркостный контраст. Он выступает в виде последовательных образов — зрительных ощущений света, продол­жающихся некоторое время после окончания действия раздражителя.

Различают отрицательные и положительные последовательные об­разы. Первые возникают, если при нормальном освещении в течение примерно 30 с рассматривать ярко освещенный объект, а затем быстро заменить его равномерным полем нейтрального цвета с более низкой яркостью. В этом случае испытуемый некоторое время видит перед со­бой темное пятно, по форме отдаленно напоминающее объект. Если же объект освещается в темноте вспышкой света, то возникает положитель­ный последовательный образ. Как правило, он исчезает значительно бы­стрее, чем отрицательный. <...>

Второй характеристикой апертуарных цветов является цветовой тон. Монохроматические, т.е. вызванные светом с одной длиной волны, красный, зеленый, желтый и другие цвета одинаковой видимости ярко­сти различаются как раз по своему цветовому тону. Это качество цвето­вых ощущений связано прежде всего с длиной волны раздражителя.

При переходе от коротковолновых к длинноволновым электромаг­нитным колебаниям цветовой тон меняется следующим образом: раздра­жители с короткими длинами волн воспринимаются фиолетовыми, затем следует узкий участок чистого синего цвета, который кончается сине-зелеными тонами, далее находится узкая полоска чистого зеленого цве­та, за которым следуют желто-зеленые тона, потом появляется чистый желтый цвет и, наконец, в длинноволновой области — желто-красные цветовые тона.

Таким образом, монохроматические цветовые тона переходят друг в друга, образуя непрерывный ряд. Этот ряд можно превратить в замк-

Тема 17. Экспериментальные исследования восприятия

нутый цветовой круг, если добавить к нему пурпурные (фиолетово-крас­ные) цветовые тона, не являющиеся монохроматическими (рис. 5).

Зрительная система способна различать очень тонкие оттенки цвето­вого тона. Общее число различных оттенков монохроматических тонов до­стигает 150—200. Минимальные разностные пороги, равные 1 нм, найде­ны в сине-зеленой (485 нм) и зеленовато-желтой (575 нм) частях спектра.

Если длина волны однозначно определяет цветовой тон, то обрат­ное утверждение неверно. Одному и тому же цветовому тону соответству­ет бесчисленное множество различных комбинаций монохроматических раздражителей. Законы смешения цветов были открыты И.Ньютоном не позже 1692 г. Однако полностью их справедливость была доказана толь­ко в прошлом веке. Известны три таких закона.

1. Для каждого цветового тона существует дополнительный цвето­вой тон, смешение с которым в определенной пропорции дает ощущение одного из оттенков серого (нейтрального) цвета. Следующие пары цветов являются дополнительными:

красный (660 нм) — сине-зеленый (497 нм)

оранжевый (610 нм) — зелено-синий (494 нм)

желтый (585 нм) — синий (485 нм)

желто-зеленый (570 нм) — фиолетовый (430 нм).

Легко видеть, что дополнительные цветовые тона расположены примерно на противоположных концах диаметров цветового круга.

Величковский Б.М., ЗинченкоВ.П., Лурия А.Р. Восприятие цвета 119

Рис. 6. Пропорции красного (650 нм), зеленого (530 нм) и синего (460 нм) цветов, необходимые для получения всех цветовых тонов спектра

2. При смешении двух цветов, лежащих на цветовом круге ближе, чем дополнительные, цветовой тон смеси расположен между смешивае­мыми цветами на соединяющей их прямой,

3. Одинаково выглядящие цвета, независимо от своего спектраль­ного состава, дают при смешении одинаковые по цветовому тону смеси.

Наиболее важное следствие из законов смешения цветов заключается в том, что с помощью любых трех цветов, не являющихся дополнительны­ми, можно получить любой цветовой тон. Тройки цветов, отвечающие это­му требованию, называются основными цветами. К ним относятся, напри­мер, красный, синий и зеленый цвет. На рис. 6 показано, в каких пропор­циях нужно брать монохроматические красный, зеленый и синий тона, чтобы получить все остальные цветовые тона видимого спектра.

Степень отличия некоторого цветового тона от нейтрального тона, равного с ним по светлоте, определяет третью и последнюю характерис­тику цветовых тонов — их насыщенность. Физическим коррелятом на­сыщенности является «зашумленность» спектрального состава света элек­тромагнитными колебаниями с другими длинами волн.

Насыщенность зависит также от яркости стимулов. Она максимальна для средних уровней освещенности и падает как при увеличении, так и при уменьшении яркости, вплоть до полного обесцвечивания раздражителей. Синие, красные и п