معلومة

الكاميرا والعين (تصفية المعلومات)

الكاميرا والعين (تصفية المعلومات)



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

كيف تعيد الكاميرا إنشاء حافز إدراكي مشابه جدًا (من خلال الصورة) حتى نتمكن من رؤيته مقارنةً بالشخص الذي يشاهد الشيء الذي يثير اهتمامه مباشرةً بأعينه؟

تنبع أسئلتي مما تعلمته بالفعل عن النظام البصري:

1) تستقبل شبكية العين المعلومات من العالم الخارجي ، ولكن ليس 100٪ من الفوتونات (شكل هذه المعلومات).

2) يتم بعد ذلك تمرير هذه المعلومات إلى الأكيمة العلوية حيث يحدث مزيد من التصفية ، وتحدث تغييرات على هذه المعلومات.

3) يتم تمريره بعد ذلك إلى المهاد ثم ينقله إلى الفص القذالي الذي يفسر هذه المعلومات (عملية ترشيح أخرى) مما يجعلنا ندرك العالم الخارجي بطريقة معينة.

هل هي أن الكاميرا تلتقط المعلومات الضوئية على الفيلم والتي كانت ستتواصل مع شبكية العين؟ وبعد ذلك ، عند رؤية الصورة ، نفس المعلومات (أو ما شابه ذلك لأن الكاميرا لن تلتقطها بالضبط ، ولكن يكفي لنا أن نلاحظ أننا نرى ما توقعنا رؤيته) أخيرًا تتواصل مع شبكية العين ثم تحدث العملية الموصوفة في النقاط أعلاه؟

إذا كان الأمر كذلك ، فكيف تفعل الكاميرا ذلك !؟ لأنني اعتقدت أن الكاميرا ستكون انتقائية أيضًا في الضوء الذي تستخدمه لإعادة إنشاء هذه الصور. وأنا أشك بشكل لا يصدق في أن الكاميرا تحاكي عمليات الترشيح للدماغ البشري. علاوة على ذلك ، ليس من المنطقي أن ندرك الصورة المتوقعة في الصورة إذا كانت تستند بالفعل إلى المعلومات التي تمت تصفيتها.

أنا فضولي جدا ومربك جدا. :)


تتيح الكاميرا الفريدة للباحثين رؤية العالم كما تفعل الطيور

باستخدام كاميرا مصممة خصيصًا ، نجح باحثون في جامعة لوند في السويد لأول مرة في إعادة تكوين كيف ترى الطيور الألوان في محيطها. كشفت الدراسة أن الطيور ترى حقيقة مختلفة جدًا مقارنة بما نراه.

تعتمد رؤية الألوان البشرية على ثلاثة ألوان أساسية: الأحمر والأخضر والأزرق. تعتمد رؤية ألوان الطيور على نفس الألوان الثلاثة - ولكن أيضًا فوق البنفسجي. أظهر علماء الأحياء في Lund الآن أن اللون الأساسي الرابع للطيور ، فوق البنفسجي ، يعني أنهم يرون العالم بطريقة مختلفة تمامًا. من بين أمور أخرى ، ترى الطيور تناقضات في أوراق الشجر الحرجية الكثيفة ، بينما يرى الناس جدارًا أخضر فقط.

يقول دان إريك نيلسون ، الأستاذ في قسم علم الأحياء بجامعة لوند: "ما يبدو أنه فوضى خضراء للإنسان هو أوراق يمكن تمييزها بوضوح للطيور. لم يعرف أحد عن هذا حتى هذه الدراسة".

بالنسبة للطيور ، تبدو الجوانب العلوية للأوراق أفتح كثيرًا في الأشعة فوق البنفسجية. من الأسفل ، الأوراق مظلمة للغاية. بهذه الطريقة يكون الهيكل ثلاثي الأبعاد لأوراق الشجر الكثيفة واضحًا للطيور. وهذا بدوره يسهل عليهم التنقل والعثور على الطعام والتنقل. من ناحية أخرى ، لا يرى الناس الأشعة فوق البنفسجية ، ويرون أوراق الشجر باللون الأخضر اللون الأساسي حيث يكون التباين هو الأسوأ.

أسس Dan-Eric Nilsson مجموعة Lund Vision Group الرائدة عالميًا في جامعة Lund. الدراسة المعنية هي تعاون مع سينثيا تيدور وأجريت خلال فترة عملها كباحثة ما بعد الدكتوراة في لوند. تعمل الآن في جامعة هامبورغ.

إنها المرة الأولى التي ينجح فيها الباحثون في محاكاة رؤية ألوان الطيور بدرجة عالية من الدقة. تم تحقيق ذلك بمساعدة كاميرا فريدة وحسابات متقدمة. تم تصميم الكاميرا ضمن مجموعة Lund Vision Group ومجهزة بعجلات فلتر دوارة وفلاتر مُصنَّعة خصيصًا ، مما يجعل من الممكن إظهار ما تراه الحيوانات المختلفة بوضوح. في هذه الحالة ، تقلد الكاميرا بدرجة عالية من الدقة حساسية الألوان للأنواع الأربعة المختلفة من الأقماع في شبكية عين الطيور.

يقول دان إريك نيلسون: "لقد اكتشفنا شيئًا ربما يكون مهمًا جدًا للطيور ، وما زلنا نكشف كيف يظهر الواقع أيضًا للحيوانات الأخرى" ، تابع:

"قد يكون لدينا فكرة أن ما نراه هو الواقع ، لكنه واقع إنساني للغاية. تعيش الحيوانات الأخرى في حقائق أخرى ، ويمكننا الآن أن نرى بأعينها ونكشف الكثير من الأسرار. الواقع في عين الناظر ، "يخلص.


تطور العين

لقد ظهروا في طرفة عين تطورية وغيروا قواعد الحياة إلى الأبد. أمام أعيننا ، كانت الحياة ألطف وأكثر رقة ، تهيمن عليها كائنات رخوة بطيئة الأجساد تتسكع في البحر. أدى اختراع العين إلى عالم أكثر وحشية وتنافسية. جعلت الرؤية من الممكن للحيوانات أن تصبح صيادين نشطين ، وأثارت سباق تسلح تطوريًا غير الكوكب.

متى تطورت العيون؟

ظهرت العيون الأولى منذ حوالي 541 مليون سنة - في بداية العصر الكمبري عندما انطلقت بالفعل الحياة المعقدة متعددة الخلايا - في مجموعة من الحيوانات المنقرضة الآن تسمى ثلاثية الفصوص والتي بدت مثل قمل الخشب البحري الكبير. كانت عيونهم مركبة ، مثل عيون الحشرات الحديثة. وظهورهم في سجل الحفريات كان مفاجئًا بشكل لافت للنظر. أسلاف ثلاثية الفصوص من 544 مليون سنة ليس لديهم عيون. إذن ماذا حدث في ذلك المليون سنة السحرية؟ من المؤكد أن العيون ، بتجميعها المترابط من شبكية العين والعدسة والتلميذ والعصب البصري ، معقدة للغاية بحيث لا تظهر فجأة؟

كيف تطورت العيون؟

الإعلانات

لطالما كان تعقيد العين ساحة معركة تطورية. منذ أن توصل ويليام بالي إلى تشبيه صانع الساعات في عام 1802 - والذي ادعى أن شيئًا معقدًا مثل الساعة يجب أن يكون له صانع - استخدمه الخلقيون لصنع & # 8220 وسيطة من التصميم & # 8221. يقولون إن العيون معقدة للغاية لدرجة أنها تزيد من المصداقية للإشارة إلى أنها تطورت من خلال انتقاء الطفرات العشوائية وتراكمها.

كان تشارلز داروين مدركًا جيدًا لهذه الحجة. في حول أصل الأنواع اعترف بأن العيون كانت معقدة للغاية لدرجة أن تطورها بدا & # 8220 عبثي إلى أعلى درجة & # 8221. لكنه ذهب إلى القول بشكل مقنع بأن الأمر بدا سخيفًا فقط. يمكن أن تكون العيون المعقدة قد تطورت من العيون البسيطة جدًا عن طريق الانتقاء الطبيعي طالما أن كل تدرج كان مفيدًا. قال داروين إن مفتاح اللغز هو العثور على أعين ذات تعقيد متوسط ​​في مملكة الحيوان من شأنها إظهار مسار محتمل من البسيط إلى المعقد.

تم الآن العثور على تلك الأشكال الوسيطة. وفقًا لعلماء الأحياء التطورية ، كان الأمر سيستغرق أقل من نصف مليون عام حتى تتطور العين الأكثر بدائية إلى عين معقدة & # 8220camera & # 8221 مثل عيننا.

الخطوة الأولى هي تطوير خلايا حساسة للضوء. يبدو أن هذه مسألة تافهة. تحتوي العديد من الكائنات الحية وحيدة الخلية على بقع عيون مصنوعة من أصباغ حساسة للضوء. يمكن للبعض أن يسبح باتجاه الضوء أو بعيدًا عنه. تمنح قدرات استشعار الضوء البدائية هذه ميزة بقاء واضحة.

كانت الخطوة التالية هي أن تقوم الكائنات متعددة الخلايا بتركيز خلاياها الحساسة للضوء في مكان واحد. ربما كانت بقع الخلايا الحساسة للضوء شائعة قبل فترة طويلة من العصر الكمبري ، مما سمح للحيوانات المبكرة باكتشاف الضوء واستشعار الاتجاه الذي أتى منه. لا تزال قناديل البحر والديدان المفلطحة والمجموعات البدائية الأخرى تستخدم مثل هذه الأعضاء المرئية البدائية ، ومن الواضح أنها أفضل من لا شيء.

العيون الأولى في الطبيعة

أبسط الكائنات الحية ذات البقع الحساسة للضوء هي هيدرا - مخلوقات المياه العذبة المرتبطة بقنديل البحر. ليس لديهم عيون ولكنهم سينقبضون في كرة عند تعرضهم للضوء الساطع. تعتبر الهيدرا مثيرة للاهتمام من منظور تطوري لأن معداتها الأساسية لاستشعار الضوء تشبه إلى حد بعيد تلك التي شوهدت في سلالات تطورية أخرى ، بما في ذلك الثدييات. يعتمد على نوعين من البروتين: opsins ، التي تغير شكلها عندما يضربها الضوء ، والقنوات الأيونية ، التي تستجيب لتغيير الشكل عن طريق توليد إشارة كهربائية. تشير الأبحاث الجينية إلى أن جميع أنظمة قنوات الأوبسين / الأيونات تطورت من سلف مشترك مشابه للهيدرا ، مما يشير إلى أصل تطوري واحد لجميع الأنظمة المرئية.

الخطوة التالية هي تطوير اكتئاب صغير يحتوي على خلايا حساسة للضوء. هذا يجعل من السهل تمييز الاتجاه الذي يأتي منه الضوء وبالتالي الشعور بالحركة. كلما كانت الحفرة أعمق ، كان التمييز أكثر حدة.

يمكن بعد ذلك إجراء مزيد من التحسينات عن طريق تضييق فتحة الحفرة بحيث يدخل الضوء من خلال فتحة صغيرة ، مثل الكاميرا ذات الثقب. باستخدام هذا النوع من المعدات ، يصبح من الممكن لشبكية العين حل الصور - وهو تحسن كبير في النماذج السابقة. تم العثور على عيون الكاميرا ذات الثقب ، التي تفتقر إلى العدسة والقرنية ، في نوتيلوس اليوم.

التغيير الكبير الأخير هو تطوير العدسة. ربما بدأ هذا كطبقة واقية من الجلد نمت فوق الفتحة. لكنها تطورت إلى أداة بصرية قادرة على تركيز الضوء على شبكية العين. بمجرد حدوث ذلك ، انتقلت فعالية العين كنظام تصوير عبر السقف ، من حوالي 1 في المائة إلى 100 في المائة.

لا تزال العيون من هذا النوع موجودة في الكوبوزوان ، وهي حيوانات مفترسة بحرية شديدة الحركة وسامة تشبه قنديل البحر. لديهم 24 عينًا مرتبة في أربع مجموعات 16 هي مجرد حفر حساسة للضوء ، لكن زوجًا واحدًا في كل مجموعة معقد ، مع عدسة متطورة وشبكية وقزحية وقرنية.

سارت ثلاثية الفصوص في مسار مختلف قليلاً ، حيث طورت عيونًا مركبة ذات عدسات متعددة. لكن التسلسل الأساسي للأحداث كان هو نفسه.

لم تكن ثلاثية الفصوص الحيوانات الوحيدة التي تعثرت عبر هذا الاختراع ، على الرغم من أنها كانت الأولى. يعتقد علماء الأحياء أن العيون تطورت بشكل مستقل في العديد من المناسبات ، وربما المئات.

وما الفرق الذي أحدثته. في عالم بلا رؤية في أوائل العصر الكمبري ، كانت الرؤية بمثابة قوة عظمى. أصبحت ثلاثية الفصوص أول مفترسات نشطة ، قادرة على البحث عن الفريسة ومطاردتها بشكل لم يسبق له مثيل من قبل. مما لا يثير الدهشة ، أن ضحاياهم تطوروا بشكل معاكس. بعد بضعة ملايين من السنين فقط ، كانت العيون في كل مكان والحيوانات أكثر نشاطًا وتعج بالدروع. هذا الاندفاع من الابتكار التطوري هو ما نعرفه الآن بالانفجار الكمبري.

ومع ذلك ، فإن البصر ليس عالميا. من بين 37 فصيلة من الحيوانات متعددة الخلايا ، طورها ستة فقط. لكن هؤلاء الستة - بما في ذلك الشعبة الخاصة بنا ، والحبليات ، بالإضافة إلى المفصليات والرخويات - هي الحيوانات الأكثر وفرة وانتشارًا ونجاحًا على هذا الكوكب.


كيف نرى؟

رسم تخطيطي مفصل للعين وأجزائها. انقر للحصول على مزيد من التفاصيل.

انظر حولك. ماذا ترى؟ قد ترى جهاز كمبيوتر أو هاتفًا بشاشة ملونة ساطعة. قد تكون قطعة من الورق تحت يدك اليسرى وقلم رصاص حاد في يدك اليمنى. بينما تنظر إلى هذه الأشياء بعينيك ، فإن عقلك هو ما يتعرف عليها. كثير من الناس يعتبرون البصر أمرًا مفروغًا منه ، ولكن كيف يمكنك رؤية الأشياء وتسجيلها؟

ربما تعلم بالفعل أن جسمك لديه خمس حواس تساعدك على تجربة العالم من حولك. هذه الحواس هي اللمس والتذوق والسمع والشم والبصر. على الرغم من أهمية جميع حواسك ، يعتقد الكثير من الناس أن البصر سيكون أصعب من تعيش بدونه.

إذا كنت لا تستطيع أن ترى ، كيف ستشاهد التلفاز ، تطبخ الطعام ولا تحرق نفسك ، أو تمشي عبر الشارع دون أن تصدمك سيارة؟ كثير من الناس يقومون بجميع أنواع الأنشطة دون أن يكونوا قادرين على الرؤية. دعنا نتعلم المزيد عن كيفية عمل الرؤية.

مقارنة بين الكاميرا والعين. انقر للحصول على مزيد من التفاصيل.

تسمى المعلومات التي تتلقاها بعض الحيوانات من خلال عيونهم "المعلومات المرئية" أو "الرؤية". في الوقت الحالي ، لنفكر في العين كنوع من الكاميرا.


يحل الباحثون لغز أسماك أعماق البحار بعيون أنبوبية ورأس شفاف

العين البرميلية (ورم مكروبينا Macropinna microstoma) لها عيون حساسة للغاية للضوء يمكن أن تدور داخل درع شفاف مملوء بالسوائل على رأسها. عين السمكة # 8217 الأنبوبية مغطاة بعدسات خضراء زاهية. تشير العيون إلى أعلى (كما هو موضح هنا) عندما تبحث الأسماك عن الطعام في الأعلى. يشيرون إلى الأمام عندما تتغذى الأسماك. النقطتان فوق فم السمكة هي أعضاء شمية تسمى nares ، وهي مماثلة لخياشيم الإنسان. الصورة: © 2004 MBARI

حل الباحثون في معهد أبحاث الأحياء المائية بخليج مونتيري مؤخرًا لغزًا عمره نصف قرن يتعلق بسمكة ذات عيون أنبوبية ورأس شفاف. منذ & # 8220barreleye & # 8221 سمكة ورم ماكروبينا الميكروستوما تم وصفه لأول مرة في عام 1939 ، وقد عرف علماء الأحياء البحرية أن العيون الأنبوبية جيدة جدًا في جمع الضوء. ومع ذلك ، كان يُعتقد أن العيون مثبتة في مكانها ويبدو أنها توفر رؤية & # 8220tunnel-vision & # 8221 لكل ما هو فوق رأس السمكة مباشرة. تظهر ورقة جديدة من إعداد Bruce Robison و Kim Reisenbichler أن هذه العيون غير العادية يمكن أن تدور داخل درع شفاف يغطي رأس السمكة # 8217s. هذا يسمح للباراميل بالتحديق في الفريسة المحتملة أو التركيز للأمام لمعرفة ما يأكله.

تكيفت أسماك أعماق البحار مع بيئتها شديدة السواد بعدة طرق مذهلة. تسمى العديد من أنواع أسماك المياه العميقة في عائلة Opisthoproctidae & # 8220barreleyes & # 8221 لأن عيونهم أنبوبي الشكل. تعيش البراميل عادة بالقرب من العمق حيث يتلاشى ضوء الشمس من السطح ليكتمل السواد. يستخدمون عيونهم الأنبوبية فائقة الحساسية للبحث عن الصور الظلية الباهتة للفريسة في الأعلى.

في هذه الصورة ، يمكنك أن ترى أنه على الرغم من أن العين البرميلية تتجه لأسفل ، إلا أن عيناها ما زالتا تنظران بشكل مستقيم إلى الأعلى. تُظهر هذه اللقطة المقربة & # 8220frame grab & # 8221 من الفيديو عينًا برميلية يبلغ طولها حوالي 140 ملم (ست بوصات). الصورة: © 2004 MBARI

على الرغم من أن هذه العيون الأنبوبية جيدة جدًا في جمع الضوء ، إلا أنها تتمتع بمجال رؤية ضيق للغاية. علاوة على ذلك ، حتى الآن ، يعتقد معظم علماء الأحياء البحرية أن عيون البرميل & # 8217s كانت مثبتة في رؤوسهم ، مما يسمح لهم بالنظر إلى الأعلى فقط. هذا سيجعل من المستحيل على الأسماك أن ترى ما كان أمامها مباشرة ، ويصعب عليها جدًا التقاط الفريسة بأفواهها الصغيرة المدببة.

استخدم Robison and Reisenbichler مقطع فيديو من مركبات MBARI & # 8217s التي تعمل عن بعد (ROVs) لدراسة الأنفاق في المياه العميقة قبالة شاطئ وسط كاليفورنيا. على عمق 600 إلى 800 متر (2000 إلى 2600 قدم) تحت السطح ، أظهرت كاميرات ROV عادةً هذه الأسماك معلقة في الماء بلا حراك ، وأعينها تتوهج باللون الأخضر الزاهي في الأضواء الساطعة ROV & # 8217s. كشف فيديو ROV أيضًا عن ميزة غير موصوفة سابقًا لهذه السمكة & # 8211its عيون محاطة بدرع شفاف مملوء بالسوائل يغطي الجزء العلوي من رأس السمكة # 8217s.

يُظهر هذا المنظر المواجه للعيون البرميلية الدرع الشفاف # 8217s مضاءً بأضواء مركبة MBARI & # 8217s تيبورون التي يتم تشغيلها عن بُعد. كما هو الحال في الصور الأخرى ، فإن النقطتين فوق فم السمكة هي أعضاء شمية تسمى nares ، وهي مماثلة لخياشيم الإنسان. الصورة: © 2006 MBARI

لا تُظهر معظم الأوصاف والرسوم التوضيحية الموجودة لهذه السمكة درعها المملوء بالسوائل ، ربما بسبب تدمير هذا الهيكل الهش عندما تم تربية الأسماك من الأعماق في الشباك. ومع ذلك ، كان Robison و Reisenbichler محظوظين للغاية & # 8211 ، فقد تمكنا من إحضار البرميل الصافي الذي تم صيده إلى السطح على قيد الحياة ، حيث نجا لعدة ساعات في حوض مائي على متن السفينة. ضمن هذه البيئة الخاضعة للرقابة ، تمكن الباحثون من تأكيد ما رأوه في فيديو ROV & # 8211 ، قامت السمكة بتدوير عينيها الأنبوبيتين أثناء تحويل جسمها من الوضع الأفقي إلى الوضع الرأسي.

بالإضافة إلى عتادهم المذهلة & # 8220headgear & # 8221 ، فإن مجموعة متنوعة من التكيفات الأخرى المثيرة للاهتمام لحياة أعماق البحار. تسمح لها زعانفها الكبيرة والمسطحة بالبقاء بلا حراك تقريبًا في الماء ، والمناورة بدقة شديدة (تشبه إلى حد كبير مركبات ROVs MBARI & # 8217s). تشير أفواههم الصغيرة إلى أنهم يمكن أن يكونوا دقيقين للغاية وانتقائيين في القبض على فريسة صغيرة. من ناحية أخرى ، فإن أجهزتهم الهضمية كبيرة جدًا ، مما يشير إلى أنه يمكنهم تناول مجموعة متنوعة من الحيوانات الصغيرة المنجرفة وكذلك الجيلي. في الواقع ، احتوت معدة السمكتين اللتين تم صيدهما بالشبكة على شظايا من الجيلي.

بعد توثيق ودراسة التعديلات الفريدة للعين البرميل & # 8217s ، طور Robison و Reisenbichler فرضية عمل حول كيفية كسب هذا الحيوان لقمة العيش. في معظم الأحيان ، تعلق السمكة بلا حراك في الماء ، وجسمها في وضع أفقي وعيناها تنظران إلى الأعلى. قد ترشح الأصباغ الخضراء في عينيه ضوء الشمس القادم مباشرة من سطح البحر ، مما يساعد البرميل على اكتشاف التوهج الحيوي للهلام أو الحيوانات الأخرى مباشرة. عندما تكتشف الفريسة (مثل الهلام المنجرف) ، تدير السمكة عينها للأمام وتسبح لأعلى في وضع التغذية.

يتكهن باحثو MBARI بأن ورم Macropinna microstoma قد يأكل الحيوانات التي تم التقاطها في مخالب الجيلي ، مثل هذا السيفونوفور في جنس Apolemia. يسحب & # 8220head & # 8221 من siphonophore (على اليمين) الحيوان عبر الماء ، حيث تتدفق مخالبه اللاذعة مثل شبكة الانجراف الحية. الصورة: © 2001 MBARI

تشترك Barreleyes في بيئة أعماق البحار مع العديد من أنواع الجيلي المختلفة. بعض أكثرها شيوعًا هي السيفونوفورس (الهلام الاستعماري) في الجنس أبوليميا. تنمو هذه السيفونوفورات إلى أكثر من 10 أمتار (33 قدمًا). مثل الشباك العائمة الحية ، تتعقب آلاف المجسات اللاذعة ، التي تلتقط مجدافيات الأرجل والحيوانات الصغيرة الأخرى. يتكهن الباحثون بأن العيون البرميلية قد تناور بحذر بين مخالب السيفونوفور & # 8217s ، لالتقاط الكائنات الحية التي تم التقاطها. ستدور عيون الأسماك & # 8217s لمساعدة الأسماك في الحفاظ على & # 8220eyes على الجائزة ، & # 8221 بينما يحمي درعها الشفاف عيون السمكة من خلايا اللدغة siphonophore & # 8217s.

يأمل Robison و Reisenbichler في إجراء مزيد من البحث لمعرفة ما إذا كانت اكتشافاتهما متعلقة ورم ماكروبينا الميكروستوما تنطبق أيضًا على أسماك أعماق البحار الأخرى ذات العيون الأنبوبية. لقد حيرت التكيفات الفسيولوجية الغريبة للعيون البرميلية علماء المحيطات لأجيال. فقط مع ظهور الروبوتات الحديثة تحت الماء تمكن العلماء من مراقبة مثل هذه الحيوانات في بيئتها الأصلية ، وبالتالي فهم كيف تساعدهم هذه التكيفات الجسدية على البقاء على قيد الحياة.

فيديو البرميل رواه بروس روبيسون:

B. H. Robison و K.R Reisenbichler.ورم macropinna microstoma ومفارقة عيونه الأنبوبية. كوبيا. 2008 ، العدد 4 ، 18 ديسمبر 2008.


رؤية الألوان

المسافة بين القمم في دورة واحدة للموجة الكهرومغناطيسية هي لها الطول الموجي (رمز & لامدا)، تقاس نانومتر (المليار من المتر). عدد قمم الموجة ضمن مسافة قياسية هو الموجة، معكوس الطول الموجي (1 / لامدا) ، والتي يجب ضربها في 10 ملايين للحصول على موجات لكل سنتيمتر. وبالتالي ، فإن الطول الموجي 500 & # 160 نانومتر يساوي عدد الموجات 1/500 * 10 7 أو 20000 موجة لكل سنتيمتر.

زيادة موجات الضوء تردد (عدد الدورات في الثانية) مثل الإشعاع الزيادات في الطاقة الطول الموجي "القصير" ، الضوء عالي التردد له ضعف طاقة الطول الموجي "الطويل" ، ضوء التردد المنخفض.

التردد هو خاصية ثابتة للضوء عند طاقة معينة. عندما يمر الضوء من خلال أ يحيل (شفافة أو شفافة) المواد سرعة الضوء وما يقابلها الطول الموجي يتم تقليل الضوء إلى حد ما ، على الرغم من أن تردد الضوء يظل دون تغيير. هذا ينتج الخاصية الانكسار أو "ثني" الضوء حيث تعبر موجات الضوء الحدود بين الوسائط المختلفة ، مثل الهواء والماء أو الهواء والزجاج.

النسبة بين سرعة الضوء في الهواء وسرعته عبر وسيط الإرسال & # 151 التي تحدد مقدار الانحناء الناتج في شعاع الضوء & # 151 هو معامل الانكسار من الوسط. عادةً ما يتم قياس الطول الموجي الأساسي وسرعة الضوء في الهواء على سطح الأرض.

وصف الضوء & # 038 اللون. ضوء هل الإشعاع الكهرومغناطيسي الذي يحفز العين. يعتمد هذا التحفيز على كل من الطاقة (التردد ، معبراً عنها بطول الموجة) وكمية الضوء (عدد الفوتونات).

الطيف الكهرومغناطيسي المرئي

ألوان الطيف كما ينتجها محزوز الحيود (IR = الأشعة تحت الحمراء ، الأشعة فوق البنفسجية = الأشعة فوق البنفسجية) لمناقشة إعادة إنتاج الألوان الطيفية على شاشة الكمبيوتر ، راجع تقديم الأطياف صفحة أندرو يونغ

يوضح الشكل الطيف المرئي على مقياس الطول الموجي ، كما يظهر تقريبًا في ضوء الشمس المنعكس من محزوز الحيود (مثل قرص مضغوط) ، مما ينتج عنه مسافات متساوية من أطوال موجات الضوء. (ينتج قوس قزح أو المنشور الزجاجي مسافات متساوية من الأعداد الموجية الذي يضغط النهاية "الزرقاء" للطيف.) خارج النطاق المرئي ، يسمى الإشعاع الكهرومغناطيسي عند طاقات أعلى (أطوال موجية أقصر من 380 نانومتر) فوق بنفسجي وتشمل الأشعة السينية وأشعة جاما. يطلق على إشعاع الطاقة المنخفض (بأطوال موجية أطول من حوالي 800 & # 160 نانومتر) الأشعة تحت الحمراء أو الحرارة عند الترددات المنخفضة (أطوال موجية أطول) هي الموجات الدقيقة وموجات التلفزيون وموجات الراديو.

لاحظ الانخفاض التدريجي للغاية في اللمعان عند نهاية الأشعة تحت الحمراء القريبة (IR) من الطيف ، والانخفاض الحاد نسبيًا تجاه الأشعة فوق البنفسجية (UV). على سطح الأرض ، فإن آثار امتصاص من طبقة الأوزون والغلاف الجوي السفلي ترشح بشكل كبير الإشعاع القصير الطول الموجي تحت 450 & # 160 نانومتر ويمنع جميع الإشعاعات التي تقل عن 320 & # 160 نانومتر. بالإضافة إلى ذلك ، يتم حظر معظم الأطوال الموجية التي تقل عن 500 & # 160 نانومتر من الوصول إلى شبكية العين بواسطة أصفر شفاف صبغة في عدسة البالغين وطبقة واقية من الصبغة الصفراء على الشبكية. ولكن في وقت الظهيرة يوجد قدر من الطاقة في إشعاع الطول الموجي الطويل (الحرارة) كما هو الحال في الضوء ، لذا فإن الانخفاض التدريجي في الضوء "الأحمر" المحسوس يرجع إلى ضعف حساسية بصرية بأطوال موجية أطول.

وبالتالي ، فإن نطاق أطوال موجات الضوء عشوائي إلى حد ما. المعايير الضوئية للأطوال الموجية المرئية عند مستويات الإضاءة في ضوء النهار من 360 & # 160 نانومتر عند نهاية الأشعة فوق البنفسجية القريبة إلى 830 & # 160 نانومتر في الأشعة تحت الحمراء القريبة. ولكن في ظل ظروف المشاهدة العادية ، يكون فعالاً تتراوح الحدود المرئية بين 400 & # 160nm إلى 700 & # 160nm، كما هو موضح في معظم الرسوم البيانية على هذا الموقع. ومع ذلك ، من الممكن رؤية أطوال موجية تصل إلى 380 & # 160 نانومتر أو تصل إلى 900 & # 160 نانومتر إذا كان الضوء ساطعًا بدرجة كافية أو شوهد في الظلام القريب.

ضمن الطيف ، الأشكال الطيفية ليس لها حدود واضحة ، ولكن يبدو أنها تظلل بشكل مستمر من درجة لون إلى أخرى عبر نطاقات اللون ذات العرض غير المتكافئ. من الأسهل تحديد مركز فئات الألوان هذه بدلاً من تحديد موقع الطول الموجي التقريبي لفئات الألوان الأساسية (بما في ذلك ازرق سماوي أو أخضر أزرق) في الشكل (أعلاه). لاحظ التحولات الحادة إلى حد ما من "أزرق" إلى "سماوي" ومن "أخضر" إلى "أصفر" ، والمدى الضيق بين "سماوي" و "أصفر" (والذي يمكن أن يظهر باللون الأبيض في قوس قزح).

أستخدم علامات الاقتباس للإشارة إلى الألوان الطيفية لأن الضوء نفسه ليس له لون. اللون هو في الأساس أ حكم معقد من ذوي الخبرة كإحساس. إنها ليست سمة موضوعية للعالم المادي & # 151 ولكنها ليست وهمًا أيضًا. طول موجي واحد من الطيف أو ضوء أحادي اللون، يُنظر إليه على أنه ضوء ساطع منعزل في محيط مظلم ، فإنه يخلق تصورًا لدرجات لون يمكن التعرف عليها ولكن نفس الطول الموجي للضوء يمكن أن يتغير لونه إذا تم عرضه في سياق مختلف. على سبيل المثال ، يمكن أن يظهر الطول الموجي الطويل أو الضوء "الأحمر" ، في الإعداد الصحيح ، باللون الأحمر أو القرمزي أو القرمزي أو الوردي أو العنابي أو البني أو الرمادي أو حتى الأسود! وبالمثل ، في جميع المخططات أو الرسوم التوضيحية لرؤية الألوان (بما في ذلك مخطط اللونية), ألوان الطيف هي رموز فقط للأطوال الموجية المختلفة للضوء.

على الرغم من كل ذلك ، فإن أرقام الأطوال الموجية المجردة يمكن تفسيرها بسهولة من خلال استخدام فئات التدرج القياسية. لقد لخصت أدناه المصطلحات المستخدمة في هذا الموقع. يستخدم الفئات الست الأساسية الأحمر والبرتقالي والأصفر والأخضر والأزرق و البنفسجي، مع التوليفات المشار إليها بأسماء مركبة يكون فيها الصبغة الأولى صبغة أو تحيزًا في الدرجة الثانية: بنفسجي مزرق يشير إلى البنفسجي الذي يميل نحو اللون الأزرق.

ملحوظة: تم تقريب حدود Hue إلى أقرب 10 & # 160nm. تعد حدود الصبغة الطيفية عشوائية ، نظرًا للمزج التدريجي لدرج واحد إلى اللون التالي ، والتحولات في حدود تدرج اللون الناتجة عن تغييرات النصوع ، والاختلافات الفردية في إدراك اللون ، وتغير اللغة في عدد وفئات التدرج. "ج"تعني" مكمل "[الطول الموجي] للأشكال خارج الأطياف (مزيج من الضوء" البرتقالي الأحمر "و" البنفسجي الأزرق ").
مصادر: الأشكال التكميلية من Wyszecki & # 038 Stiles (1982) حدود تدرج الألوان من مقياس تدرج الألوان الطيفي CIECAM الخاص بي لأصباغ الألوان المائية ، وفئات ألوان Munsell والأطوال الموجية الطيفية.

هذه الملصقات هي إرشادات فقط. بالإضافة إلى عوامل السياق المذكورة أعلاه ، فإن حدود تدرج اللون يبدو أن التحول كلما زاد سطوع (سطوع) الطيف الفروقات الفردية في إدراك اللون يخلق اختلافًا جوهريًا في موقع حدود اللون ، أو موقع الألوان "النقية" مثل ألوان فريدة (الأحمر والأصفر والأخضر والأزرق) وسيتغير موقع الحدود مع عدد فئات هوى المستخدمة والمعنى المخصص لها (خاصة عبر اللغات أو الثقافات المختلفة).

الاختلافات في الضوء الطبيعي. يمكن وصف الإشعاع الصادر من الشمس والذي يمر عبر الغلاف الجوي ويكون مرئيًا لأعيننا بثلاث طرق:

• ضوء الشمس هو ضوء قادم مباشرة من الشمس & # 151 صورة قرص الشمس أو عمود من ضوء الشمس في غرفة مظلمة. يتغير اللون الشمسي بشكل كبير على مدار اليوم ويعتمد على زاوية الشمس فوق الأفق ، وارتفاع العارض فوق مستوى سطح البحر ، والموسم ، والموقع الجغرافي وكمية بخار الماء والغبار والدخان في الهواء. الشمس نفسها لامعة لدرجة أنها تطغى على رؤية الألوان ، مما يجعل أحكام اللون غير موثوقة ، ولكن إذا كانت شمس الظهيرة خافتة بدرجة كافية ، فإن لونها سيبدو أصفر باهتًا مخضرًا (وليس الأصفر الغامق لرسومات الفصل الدراسي). يظهر هذا اللون في صورة إيجابية انعكاس ضوء الشمس عن الزجاج الأمامي للسيارة.

• كوة يشير إلى الضوء الأزرق للسماء كما يُرى من موقع في الظل الكامل ، على سبيل المثال الضوء الذي يدخل من خلال نافذة مواجهة للشمال. ينتج عن تشتت الضوء ذي الطول الموجي القصير بواسطة جزيئات الهواء. هذا التشتت أقوى قليلاً من السماء الشمالية ، مقابل الأصل الجنوبي لأشعة الشمس. إن مساهمة الإضاءة في المنور مهمة: على الرغم من أنها أضعف بكثير من قرص الشمس ، فإن المنطقة المرئية من السماء أكبر بحوالي 100000 مرة ، وهذا هو السبب في أن ظلال النهار مضاءة بوضوح ويمكننا قراءة رواية صيفية في الظل العميق.

• ضوء النهار هو ضوء الشمس والسماء معًا ، على سبيل المثال ينعكس من ورقة بيضاء غير مظللة مضاءة في الهواء الطلق. تحدث تغيرات كبيرة في اللون في ضوء النهار ، اعتمادًا على الجغرافيا والموسم والوقت من اليوم ، لكنها لا تتغير بسبب السحب المتناثرة أو الملبدة بالغيوم: فهي تخفت الضوء وتنشره فقط.

الطريقة الأكثر دقة لوصف هذه يتغير اللون في الضوء الطبيعي عن طريق أ توزيع الطاقة الطيفية (SPD). هذا قياس إشراق أو القدرة المشعة (الطاقة في الثانية) للضوء ضمن فاصل زمني صغير من الطيف (مثل 570-575 & # 160 نانومتر للأطوال الموجية). عادةً ما يتم عرض القدرة داخل كل طول موجي أو فاصل رقم موجي كنسبة من الطول الموجي القياسي أو القدرة القصوى ، بالنظر إلى قيمة عشوائية قدرها 100 ، مما يؤدي إلى إنشاء نسبي SPD.

تم نشر العديد من SPDs النسبية على أنها إضاءات قياسية، وهي قوالب طيفية تستخدم لنمذجة خصائص الضوء الطبيعي ولوصف مصادر الضوء الاصطناعي ومرشحات الضوء. اثنان من هؤلاء ، الظهيرة القياسية ضوء النهار (D65) وظهر مضيئ ضوء الشمس (D55) أدناه ، جنبًا إلى جنب مع SPD للضوء الشمالي وضوء الغروب. (تشير الأرقام المرتبطة بالإضاءة إلى أقرب تطابق درجة حرارة اللون المرتبطة من الضوء.)

الاختلافات الطيفية في الضوء الطبيعي

توزيعات طاقة طيفية نسبية معيارية لمراحل ضوء النهار عبر الطيف المرئي ، مقيسة إلى طاقة متساوية عند 560 & # 160 نانومتر ، مع درجة حرارة اللون المرتبطة (CCT) لكل ملف تعريف (Wyszecki & Stiles ، 1982)

أكثر هذه القوالب إثارة للاهتمام هو D65، مضيئة ظهر النهار. هذا SPD مفيد في أبحاث رؤية الألوان لأنه يُنظر إليه على أنه إضاءة "بيضاء" متوازنة عبر مجموعة واسعة من مستويات الإضاءة & # 151 مطر أو لمعان ، ونحن ندرك ضوء النهار على أنه ضوء "أبيض" ، بشرط ألا تكون الشمس قريبة من الأفق . هذه هي أولى الحقائق العديدة التي تؤكد أن رؤيتنا للألوان ليست مستشعرًا تجريديًا وحياديًا للألوان ، ولكنها نظام حي يتوقع نطاق ألوان السطح الطبيعية كما تظهر تحت إضاءة طبيعية.

على النقيض من ذلك ، تميل المنارة الشمالية للناور في الظهيرة بشدة نحو الأطوال الموجية "الزرقاء" ، وتظهر هذه الإضاءة "في الظل" باللون الأزرق الواضح للعين. ضوء الشمس في الظهيرة (D55) له توزيع مسطح تقريبًا ويبدو أنه مصفر أو أبيض وردي عندما تتكيف العين مع ضوء النهار.

عندما تكون الشمس منخفضة في السماء عند شروق الشمس أو غروبها ، يجب أن يمر ضوء الشمس بشكل جانبي عبر جزء أطول وأكثر كثافة بكثير من الغلاف الجوي للأرض ، والذي ينثر معظم الأطوال الموجية "الزرقاء" و "الخضراء" لإنتاج لون أصفر أو أحمر واضح . (يتحول ضوء الشمس أيضًا إلى اللون الأحمر بسبب العواصف الترابية أو الرماد الناجم عن الانفجارات البركانية أو الدخان الناجم عن الحرائق الكبيرة). وهذا يضفي على ضوء الصباح أو في وقت متأخر بعد الظهر انحيازًا أصفر أو أحمر قويًا ، ويبلغ ذروته في اللون البرتقالي الغامق لشروق الشمس أو غروبها. ضوء الصباح له لون أكثر نعومة ووردًا ، ويرجع ذلك جزئيًا إلى أن هواء الليل الأكثر برودة يحتوي على رطوبة نسبية أعلى ينتج عنها طول موجي طويل لتصفية الضباب أو الضباب الصباحي ، وجزئيًا لأن الانخفاض في درجة الحرارة يخفف الرياح النهارية وتيارات الحمل الحراري ، مما يسمح للغبار والدخان لتستقر خارج الغلاف الجوي.

وبالتالي ، فإن الإضاءة التي تكشف عن عالمنا ليست ثابتة ولكنها تختلف عبر أ رقعة واسعة من الصبغات من البلوز البارد إلى الأصفر الدافئ والأحمر. يتم تكييف العين لتقليل تأثير التشويه الذي تحدثه تغيرات الألوان هذه في الضوء على مظهر لون الكائنات.

أخيرًا ، تتكيف العين لتعمل عبر مستويات الإضاءة من 0.001 لوكس (ليلة مرصعة بالنجوم) إلى أكثر من 100000 لوكس (ظهرًا في ضوء النهار) ، مما يجعلنا نعمل ليلًا أو نهارًا. ضوء القمر له نفس توزيع الطاقة الطيفية مثل ضوء النهار ، على الرغم من انخفاض شدته كثيرًا ، لذا فإن D65 يرمز المصباح إلى ضوء النهار والليل المتطرف لتجربة الضوء الطبيعي. ومع ذلك ، فإن تجربتنا اللونية للضوء والأشياء تتغير بشكل كبير ضمن نطاق الإضاءة هذا ، حيث تتغير العين من ثلاثية الألوان رؤية ضوئية أحادي اللون رؤية scotopic.

تصميم العين

العين هي أعجوبة التكيف البيولوجي مع وظيفة معينة. هذا التكيف ناجح إلى حد كبير لأنه يقسم المهام البصرية إلى أربعة مستويات من التركيب: العين البصرية ، وشبكية العين ، وخلايا المستقبلات الضوئية ، وجزيئات الصبغ الضوئي.

الضوء "الأحمر" له طول موجي أطول (تردد أقل) من الضوء "الأزرق"

العين البصرية. على نطاق واسع ، فإن عين هي في الأساس كاميرا (رسم تخطيطي في اليمين ، أعلى) ، مزودة بعدسة لتركيز الضوء على سطح حساس للضوء في الداخل المظلم ، بنفس الطريقة التي تركز بها الكاميرا الضوء على الفيلم.

ينطبق تشبيه الكاميرا بشكل أساسي على الواجهة الأمامية للعين. العدسة وغطائها الشفاف القرنية، بمثابة عدسة مركبة لتركيز الصورة. يتم الحفاظ على الشكل البصري للقرنية عن طريق الضغط الداخلي اللطيف من النكتة المائية بين القرنية والعدسة. تقوم القرنية بمعظم العمل في تركيز الضوء ، كما نكتشف عندما نسبح تحت الماء بدون قناع للوجه. (ينكسر الضوء أو يركز بواسطة تغير في الكثافة بين الهواء والسائل المملوءة بالقرنية التي تغمر العين في الماء يزيل هذا الاختلاف في انحناء الضوء.) ولأنه ضروري للرؤية ، فإن القرنية محمية بواسطة الحاجب العظمي والأنف والخدود القريبة ، وحساسية العين الشديدة للمس.

ال عدسة هو جسم مرن وشفاف ، ذو شكل دائري طبيعي يمتد على طول سطحه الأمامي ، مثل قماش الترامبولين في إطاره ، من خلال التوتر المستمر لـ ألياف المنطقة حول محيطه. يعمل هذا التوتر على تسطيح العدسة للرؤية المتوسطة والبعيدة. للتركيز على الأشياء القريبة (أقرب من 5 أمتار) ، فإن العضلات الهدبية تطويق عقد العدسة لإغلاق الفتحة الممتدة بواسطة ألياف المنطقة ، مما يؤدي إلى إبطاء التوتر حول العدسة ويسمح لها باستئناف شكلها المستدير ، مما يؤدي إلى تقصير الطول البؤري. مع تقدم الناس في السن ، تتصلب العدسة ولا تعود إلى شكلها المستدير عندما تنقبض العضلات الهدبية ، مما ينتج عنه طول النظر المرتبط بالعمر والذي يسمى طول النظر الشيخوخي.

الفتحة في العين أو التلميذ مهدب بحساسية الضوء قزحية، موزعة على مقدمة العدسة ، والتي تعمل كحاجز لضبط حدقة العين من قطر لا يقل عن 2 مم إلى حد أقصى يبلغ 5 مم (عند كبار السن) إلى 8 مم (في البالغين). ينتج عن هذا تغيير في مساحة التلميذ من حوالي 3.5 مم 2 إلى 20 إلى 35 مم 2 ، مما يوفر انخفاضًا بنسبة 87 ٪ إلى 95 ٪ في كمية الضوء التي تدخل العين. ومع ذلك ، فإن هذا يمثل جزءًا صغيرًا من النطاق الإجمالي للإضاءة التي يمكن للعين التعامل معها. تغييرات إضافية في التكيف مع الإنارة تحدث في شبكية العين والدماغ عبر مدى عدة دقائق ، تقوم القزحية بإجراء تعديلات فورية ولحظية للتغيرات في شدة الضوء داخل نفس بيئة الإضاءة.

يتم التحكم في منعكس الحدقة بواسطة الخلايا العقدية الشبكية الحساسة للضوء جوهريا (ipRGCق) التي تحتوي على صبغ ضوئي لافقاري (ميلانوبسين). تستجيب هذه الخلايا للضوء ببطء ، وتكون أقل حساسية للتغيرات في الضوء (على الرغم من أنها تتكيف مع الضوء) ، وتتصل مباشرة بالمراكز البصرية المهادية وجذع الدماغ. فهي لا تساهم في الصورة المرئية ولكنها تنظم انعكاسات الضوء المهمة & # 151 إيقاع الساعة البيولوجية ، وتقلص القزحية ، وقمع الميلاتونين.

يتم تغليف باقي العين بطبقة خارجية صلبة من اللون الأبيض الشفاف الصلبة العينية، والتي تعلق بواسطة الأوتار على العضلات التي تقوم بتدوير العين داخل تجويف العين العظمي المجوف. يتم الحفاظ على الشكل المستدير عن طريق الضغط الداخلي من مادة شفافة تشبه الهلام النكتة الزجاجية. (يمكن أن يسبب ضغط العين المفرط الزرق أو تلف العصب البصري.) السطح الداخلي للقزحية والصلبة مغطاة بغشاء أسود مصطبغ ( المشيمية) أن (1) يمنع الضوء غير المركز من السطوع عبر جوانب العين ، و (2) يمنع الضوء الذي يدخل الحدقة من الانعكاس داخل العين. تفتقر هذه الصبغة إلى المصابين بالمهق ، مما يتسبب في انعكاس الضوء الذي يشوب اللون الأحمر للأوعية الدموية في شبكية العين للخارج من خلال التلميذ.

ثلاثة مستويات من البنية في العين

التصفية قبل المستقبل. تعمل عدة أجزاء من العين كمرشحات لمنع الضوء البنفسجي ذي الطول الموجي القصير من الوصول إلى شبكية العين. أهمها القرنية والعدسة والصبغة البقعية (يمين).

تكون القرنية شبه شفافة للضوء إلا عند أطوال موجية قصيرة جدًا ، حيث تقوم بتصفية ما يصل إلى 40٪ من الضوء الساقط.

العدسة هي المصدر الرئيسي لتصفية ما قبل المستقبل. عديمة اللون عند الولادة ، فإنها تتحول تدريجياً إلى اللون الأصفر والظلام مع تقدم العمر: تقوم عدسة شخص يبلغ من العمر 80 عامًا بترشيح ما يقرب من ضعف الضوء ذي الطول الموجي القصير مثل عدسة الشخص البالغ من العمر 20 عامًا. في حالة البالغين ، تحجب العدسة ما لا يقل عن 25٪ من الضوء الوارد بأطوال موجية أقل من 450 & # 160 نانومتر و 50٪ أو أكثر بأطوال موجية أقل من 430 & # 160 نانومتر. تؤدي إزالة العدسة في عملية الساد إلى زيادة ملحوظة في حساسية الضوء أقل من 400 و 160 نانومتر ، وهو ما يسمى رؤية غير دقيقة.

أخيرًا ، النقرة محجبة بقطعة صغيرة من اللون الأصفر الصباغ البقعي، والذي يظهر على شكل سواد طفيف في أنسجة الشبكية الصحية. تقوم الصبغة البقعية بتصفية 25٪ أو أكثر من الضوء بين 430 & # 160nm إلى 500 & # 160nm.

في البالغين العاديين ، تقوم شاشة الوسائط العينية المدمجة بإخراج نصف أو أكثر من الضوء الساقط بأطوال موجية أقل من 490 & # 160 نانومتر وكل الضوء تقريبًا أقل من 400 & # 160 نانومتر. ومع ذلك ، فإن التصفية السابقة للمستقبل تختلف اختلافًا كبيرًا عبر الفئات العمرية أو العرقية وعبر الأفراد داخل أي مجموعة. له أكبر تأثير تحت الضوء الشديد (حجم بؤبؤ العين صغير وعالي التبييض الضوئي).

التصفية السابقة للمستقبلات مهمة لأنها تقلل انحراف لوني في الصورة النقية ، ويحمي خلايا الشبكية الحساسة من التأثيرات الضارة للغاية للأشعة فوق البنفسجية القريبة & # 151 ، نفس الأطوال الموجية التي تسبب حروق الشمس للجلد وتتلاشى الأحبار أو الدهانات.

شبكية العين. تخدم بصريات العين غرضًا واحدًا: تركيز الصورة على الضوء الحساس شبكية العين، طبقة رقيقة من الأنسجة العصبية تغطي معظم السطح الداخلي للعين (الرسم التخطيطي الأوسط على اليمين ، فوق). مع مساحة سطحية بحجم الدولار الفضي ، وحجم إجمالي لا يزيد عن حبة البازلاء ، فإن شبكية العين ليست مثل فيلم التصوير الفوتوغرافي. إنه في الواقع جهاز كمبيوتر قوي ومضغوط بشكل لا يصدق ، شبكة كثيفة من حوالي 200 مليون خلية عصبية ذات طبقات عالية التخصص. حوالي نصف هؤلاء خلايا مستقبلات الضوء التي تلتقط معلومات الضوء ، والنصف الآخر عبارة عن خلايا ثانوية تدمج وتعيد ترميز مخرجات المستقبلات الضوئية قبل إرسالها إلى الدماغ. يتم نسج شبكية العين أيضًا بأوعية دموية صغيرة تغذي أنسجة الشبكية النشطة باستمرار وتعطيها اللون الأحمر الذي نراه أحيانًا وهو يحدق بنا في صور فلاش.

ترشيح ما قبل المستقبل في عين بالغ

مقتبس من Packer & # 038 Willams (2003)

يتميز المركز البصري للعين بانخفاض طفيف في شبكية العين بعرض أقل من 2 مم النقرة المركزية (اللاتينية نقرة تعني "حفرة صغيرة"). تتخصص النقرة في إدراك الحواف المتباينة عند مستوى عالٍ للغاية من التفاصيل داخل مجال مرئي يبلغ عرضه 1.5 درجة تقريبًا & # 151 عرض ثلاثة أقمار كاملة أو ربع أمريكي ممسوح من العين بمقدار 34 بوصة. يتم إزاحة النقرة قليلاً عن المحور البصري (النقطة المحورية خلف العدسة) بعيدًا عن الجانب الأنفي لكل عين ، والذي يحدد موقع النقرة أسفل صورة الأجسام القريبة نسبيًا والمثبتة مركزيًا.

يتم إنشاء الحفرة النقرة عن طريق ترقق وانتشار الأجسام المشبكية والخلايا الثانوية وخلايا دعم الشبكية (الأعصاب والأوعية الدموية) التي تشكل غطاء من الأنسجة فوق المستقبلات الضوئية. يعمل هذا على تحسين وضوح الصورة ويحمي النقرة جزئيًا من الضوء المنتشر داخل العين.

تتفاعل المستقبلات الضوئية المجاورة في جميع أنحاء الشبكية ، وخاصة في النقرة ، مع بعضها البعض لتفسير اللون والتباين في الصورة البصرية ، عبر الخلايا الثانوية بأسماء "ملونة" مثل العقدة القزمة و خلية شمسية. تجمع خلايا الموصل هذه المخاريط والقضبان في المركز / المجالات المستقبلة المحيطة الذي - التي شحذ الحواف والتباين بناءً على النسب النسبية للتحفيز الذي تتلقاه جميع الخلايا في المجموعة. أخيرًا ، تحول الخلايا الثانوية النواتج من الفئات الثلاث للمخروط إلى تباين قنوات الخصم من معلومات اللون والإضاءة. تحدث خطوات المعالجة هذه في الشبكية ، وليس في الدماغ ، لأن إشارات الخصم المحولة يمكن أن تنتقل عبر العصب البصري مع "ضوضاء" أو خطأ أقل بكثير من المخرجات الفردية المخروطية.

تنتقل الإشارات من الخلايا الثانوية عبر المسالك العصبية الفردية التي يتم تجميعها معًا باسم العصب البصري، والذي يخرج من العين (مع الأوعية الدموية الداخلية) من خلال ثقب في الشبكية والصلبة. هذا يخلق القرص البصري أو نقطة عمياء، نقطة في المجال البصري حيث لا توجد مستقبلات ضوئية.

التعرف على النقطة العمياء

تغطية الخاص بك العين اليسرى بيد واحدة ، ثم حرك رأسك باتجاه شاشة الكمبيوتر وبعيدًا عنها ، على مسافة حوالي 12 إلى 14 بوصة ، أثناء التحديق في "X" على اليسار ، ستؤدي النقطة العمياء إلى اختفاء النقطة السوداء على اليمين من الرؤية

النقطة العمياء تحدث في المجال البصري المحيطي، حيث تكون حدة البصر ضعيفة للغاية. لا يمكن ملاحظته عادة لأن العقل يملأ ويكمل الأشكال التي نلمحها في الرؤية المحيطية ، وفي هذه العملية تملأ المنطقة الشاغرة: خارج مجال النقرة ، الرؤية هي بناء معرفي أكثر من كونها تقريرًا بصريًا.

خلايا مستقبلات الضوء. تبدأ الرؤية من المستوى الثالث من المقياس ، وهو خلايا مستقبلات الضوء. هذه المستقبلات الضوئية هي بسهولة أكثر الخلايا الحسية تعقيدًا لدينا. هناك نوعان أساسيان (موضحان فوق): ما يقرب من 100 مليون قضبان تتكيف مع الضوء الخافت والرؤية الليلية ، و 6 ملايين أو نحو ذلك المخاريط التي تدرك سطوع ضوء النهار والتباين واللون. تأتي الأقماع بدورها في ثلاثة أنواع أو الطبقات الطيفية ، مشروح بالاسفل.

الأسماء عصا و مخروط نشأت في الدراسات التشريحية المبكرة ، عندما لوحظ أن الأجزاء الخارجية لأنواع الخلايا تميل إلى أن يكون لها شكل أسطواني أو مخروطي. في الواقع ، يصعب تصنيف معظم المستقبلات الضوئية من خلال المظهر وحده ويتغير شكلها اعتمادًا على موقعها في شبكية العين.

كلا النوعين من الخلايا لهما نفس البنية بشكل أساسي. ال جسم الخلية يحتوي على وظائف النواة والتمثيل الغذائي ، والتي تدعم الجزء الخارجي تحتوي على حوالي 1000 طبقة منفصلة من جزيئات الدهون (تتكون على شكل أقراص منفصلة في القضبان أو كطيات لغشاء واحد في المخاريط) مدمجة في كل طبقة تصل إلى 10000 حساس للضوء جزيئات الصبغ الضوئي. ان الجزء الداخلي بين جسم الخلية والجزء الخارجي ينتج باستمرار جزيئات ضوئية جديدة ويمررها إلى طبقات مكونة حديثًا من الجزء الخارجي. تهاجر الطبقات ببطء من التقاطع مع الجزء الداخلي إلى طرف الجزء الخارجي: تنمو المستقبلات الضوئية باستمرار ، مثل الشعر. في الطرف المقابل للخلية ، يتم إرسال النبضات الكهربائية التي يتم إنشاؤها عندما يسقط الضوء على الأضواء الضوئية من جسم متشابك إلى الشبكة العصبية لشبكية العين.

يتم ترتيب جميع الخلايا المستقبلة للضوء مع أطراف الأجزاء الخارجية الحساسة للضوء ترتكز على رقيقة ظهارة الصباغ تغطي السطح الداخلي لل المشيمية. تمنع الصبغة السوداء الكثيفة للمشيمية الضوء من الانعكاس مرة أخرى في المستقبلات الضوئية ، ويسمح سطحه الأملس بمحاذاة أطراف المستقبلات حيث يمكن تركيز الصورة بدقة. تقوم خلايا الظهارة الصباغية أيضًا بتكسير أقدم طبقات الجزء الخارجي حيث تنمو داخلها.

للحفاظ على المحاذاة ضد جدار العين ، يتم وضع الطبقات غير المنتظمة والسميكة نسبيًا لأجسام الخلايا المستقبلة للضوء والخلايا الثانوية والوصلات العصبية والأوعية الدموية في شبكية العين على المخاريط وليس تحتها. لا نرى الظلال التي تلقيها هذه الطبقة النسيجية لأنها لا تتحرك أبدًا ، و محفزات ثابتة يتم تصفيتها بالكامل من الصور بواسطة الدماغ. (السبب في رؤيتنا للجراثيم في أعيننا هو أنها تطفو في الجسم الزجاجي).

رأي طبيب العيون في مؤخرة العين (قاع العين)

يختلف توزيع الخلايا المستقبلة للضوء بشكل كبير من مركز الشبكية إلى حافة شبكية العين ويختلف بالنسبة للمخاريط والقضبان (الرسم التخطيطي على اليمين). النقرة المركزية تتكون من فوفولا، تقريبًا 0.35 & deg زاوية بصرية (0.1 ملليمتر) ، تحتوي على أ الباقة المركزية من فئتين فقط من الأقماع (إل& # 160 و م, هو موضح أدناه) ، يظهر على شكل ارتفاع أحمر في الرسم التخطيطي تقريبًا نصف الكل إل& # 160 و م& # 160cones في شبكية العين معبأة في منطقة النقرة.

بالمقارنة مع المخاريط الموجودة في الشبكية الطرفية ، فإن المخاريط النقية رفيعة للغاية وممدودة & # 151 قد يُطلق عليها اسم "القش" أكثر من الأقماع (الرسم التخطيطي على اليمين). تجعل النحافة من الممكن تعبئة أقماع كثيفة للغاية ، سداسية الشكل تقريبًا (جنبًا إلى جنب) ، وتقلل إلى حد ما من الحاجة إلى التركيز الدقيق في العمق (من الأمام إلى الخلف). يوجد في أي مكان من 160.000 إلى 250.000 مخروط لكل مليمتر مربع في النقرة المركزية & # 151 ، متوسط ​​تباعد الخلايا من 2.5 إلى 2 ميكرون ، وهو ما يعادل أقصى دقة بصرية ممكنة للعين. تتقلص هذه الكثافة بسرعة إلى حوالي 50000 مخروط لكل مليمتر مربع عند الحدود النقية (تقريبًا زاوية بصرية 1 درجة أو 0.3 مم من المركز) ، ثم تنخفض بثبات إلى حوالي 5000 مخروط لكل مليمتر مربع في محيط الشبكية.

يتم محاذاة الطول الأسطواني للجزء الخارجي للمخروط النقري تمامًا بالتوازي مع اتجاه الضوء الوارد من مركز العدسة ، مما يزيد من احتمال أن يصطدم أحد هذه الفوتونات بواحد من 10 ملايين جزيء ضوئي أو نحو ذلك يحتوي كل مستقبل ضوئي. ونتيجة لذلك ، تكون المستقبلات الضوئية النقية أكثر حساسية للضوء القادم من مركز فتحة التلميذ بأربع مرات أكثر من الحساسية غير المباشرة من الحافة الخارجية ( تأثير ستايلز كروفورد). يعمل هذا على كتم تأثير تشتت الضوء العشوائي داخل العين أو بين الأقماع ، ويقلل إلى حد ما الانحراف اللوني "الأزرق" الجانبي في الصورة. بالإضافة إلى ذلك ، يبدو أن جدران الخلايا المستقبلة للضوء بمثابة الدليل الموجي، وتوجيه موجات الضوء على طول الخلية.

الفئة الثالثة من مستقبلات ضوء النهار ، و س& # 160cones ، غائبة تمامًا عن النقرة المركزية ولكنها تزداد بسرعة نحو الحدود النقية ، حتى تصل إلى ذروة كثافة تزيد عن 2000 مخروط لكل مليمتر مربع بزاوية بصرية 1 درجة تقريبًا (0.3 مم) من مركز النقرة. ثم كثافة س& # 160cones ينخفض ​​إلى حوالي 500 لكل مليمتر مربع في شبكية العين الطرفية.

تصبح جميع الأقماع الطرفية أكثر بدانة وأقل كثافة ، ويزداد التباعد بينها على طول جوانب العين. يقلل هذا من الدقة البصرية وحساسية الضوء حيث يجعل السطح المنحني لشبكية العين من المستحيل على العدسة توفير صورة مركزة بدقة. تستجيب الخلايا بدلاً من ذلك للحركة وللإضاءة أو تباين الألوان عقلنا يوفر مظهر الأشكال المحيطية في الفضاء.

يتم استبعاد القضبان الحساسة للضوء الخافت من النقرة (إلى حوالي 1 درجة زاوية بصرية من المركز) ، مما يتسبب في بقعة عمياء مركزية عريضة بمقدار 2 درجة تقريبًا تحت مستويات الإضاءة المنخفضة جدًا. (يمكن ملاحظة ذلك إذا حاولت قراءة عنوان إحدى الصحف تحت ضوء القمر.) ومع ذلك ، فإن القضبان معبأة بشكل وثيق بين الأقماع الخارجية ، وتصل هذه التعبئة إلى ذروة كثافة تصل إلى 150000 قضيب لكل مليمتر مربع في حلقة عند حوالي 5 مم (17 درجة زاوية بصرية) من مركز النقرة. (يمكن ملاحظة ذلك في الليل من خلال النظر إلى جانب واحد من نجم أو سديم خافت للغاية ، يصبح الجسم أكثر سطوعًا بشكل ملحوظ.) ثم تنخفض كثافة القضبان بثبات إلى حوالي 80000 لكل مليمتر مربع في الطرف الأقصى. كثافة كل من العصي والمخاريط أعلى قليلاً في الجانب الأنفي من الشبكية ، لتوفير رؤية محيطية محسنة. يوضح الرسم التخطيطي أيضًا موقع ملف نقطة عمياء حيث تغيب كل من العصي والأقماع.

جزيئات الصباغ الضوئي. في الجزء الخارجي من الخلايا المستقبلة للضوء ، يوجد المستوى الرابع والأصغر من المقياس ، وهو جزيئات الصبغ الضوئي. هذه هي المحولات الفعلية للضوء ، الآلية التي تترجم الطاقة الضوئية إلى استجابة بيولوجية.

يولد كل مستقبل ضوئي إشارة أساسية من خلال النقل المستمر لأيونات الصوديوم (Na +) خارج الجزء الداخلي للخلية واستيراد أيونات البوتاسيوم (K +) من الخارج. في الوقت نفسه ، يمكن أن تدخل أيونات الصوديوم إلى الجزء الخارجي عبر مسام صغيرة. ينتج عن عدم التوازن الأيوني الناتج تيارًا كهربائيًا صغيرًا ثابتًا يبلغ حوالي & # 15040 مللي فولت عبر جسم الخلية عندما لا تتعرض للضوء. نتيجة لذلك ، قضبان وأقماع تنتج إشارة مستمرة (ال الظلام الحالي) حتى عندما لا يتم تحفيزها. لخلق نبضة عصبية ضوء يقلل تيار المستقبلات الضوئية الأساسي هذا.

توزيع وحجم
المستقبلات الضوئية في شبكية العين

تظهر العين اليسرى (العلوية) كثافة المخروط والقضيب بالزاوية المحيطية من المحور البصري (السفلي) الأبعاد النسبية للمخاريط والقضبان
(من Wyszecki & # 038 Stiles ، 1982)

يتكون كل جزيء ضوئي من جزأين: قصير كروموفور (حساس للضوء) جزيء مشتق من فيتامين & # 160 أ (شبكية العين) وعصابة العمود الفقري للبروتين (أوبسين) تتكون من سبعة هياكل حلزونية مرتبطة كسلسلة طويلة. يتم طي الحلزونات في طبقة دهنية واحدة من الجزء الخارجي ، مما يشكل فجوة يستطيع حامل اللون أن يتلاءم مع هذه الفتحة ويرتبط بها لأنه يفترض شكلاً جزيئيًا محددًا (11-رابطة الدول المستقلة شبكية العين). يسمى هذا المركب من جزيئات الشبكية والأوبسين بشكل عام رودوبسين (حق).

عندما يضرب chromophore بفوتون من اليمين طاقة الكم أو الطول الموجي ، فإنه يغير شكله على الفور (أ أزمرة ضوئية إلى جميع الشبكية العابرة) الذي يفصله عن العمود الفقري. نتيجة لذلك ، يغير جزيء opsin أيضًا شكله ويعمل في شكله الجديد كمحفز للأنزيمات الأخرى في الجزء الخارجي ، والتي تغلق لفترة وجيزة مسام أيون الصوديوم (Na +) القريبة من الغشاء الخارجي للمخروط. يغير هذا التيار الكهربائي الأساسي عبر جسم الخلية ، مما يغير تركيز ناقل عصبي (الغلوتامات) بين الجسم المخروطي المتشابك والخلايا الثانوية للشبكية. مع زيادة عدد الفوتونات الممتصة ، ينخفض ​​إفراز الناقل العصبي.

تمتص رودوبسين الضوء بقوة ، مما يمنحها لونًا غامقًا معتمًا مميزًا يسمى الأرجواني البصري. يتسبب التشابه الضوئي في حدوث أ تبيض من اللون الأرجواني إلى الأصفر الشفاف ، مما يسمح للضوء بالمرور بشكل أعمق في الجزء الخارجي ويضرب جزيئات الصبغة الضوئية أدناه. بعد أزمرة ضوئية ، يكون الصباغ مجدد أو إعادة تجميعها من المكونات المبيضة. يتم تجديد أقل من 1٪ من إجمالي كمية الصبغة الضوئية المبيضة في مخروط كل ثانية ولكن حتى أثناء النهار ، يتم تبييض حوالي 50٪ فقط من الصبغة الضوئية في أي وقت.

هذا ال عملية التنبيغ من خلالها تقوم شبكية العين بترجمة الطاقة الضوئية إلى نبضات عصبية: يضرب الضوء حامل اللون ، الذي ينفصل عن الصبغ الضوئي ، الذي يحول العمود الفقري ، مما يتسبب في سلسلة كيميائية إنزيمية ، مما يغير نفاذية الأيونات في جدران الخلية ، مما يغير الشحنة الكهربائية لـ الخلية ، مما يغير نشاطها التشابكي الأساسي ، والذي يغير نمط النشاط بين الخلايا الثانوية في شبكية العين. يكتمل التسلسل بأكمله ، من امتصاص الفوتون إلى إخراج العصب ، في غضون 50 ميكروثانية (جزء من المليون من الثانية).

عند النقرة ، تعمل الرؤية البشرية بالقرب من الحدود النظرية للنظام البصري. يمكن لأي شخص لديه بصر عادي تحت إضاءة ضوء النهار أن يميز الخطوط المنفصلة في شبكة من الخطوط السوداء والبيضاء بعرض 1 مم من مسافة 7 أمتار. لا يمكن لأفضل كاميرا ذات فتحة عدسة مماثلة وبُعد بؤري أن تفعل أي شيء أفضل.

خارج النقرة ، تمر العين بالبصريات الخام والأصفر ، منحرفة لونيًا وصورة مركزة بشكل سيء. يتم تعويض هذه العيوب من خلال الهيكل المعقد لـ المجال البصري، عن طريق الاستكشافية المستمرة حركات العين، وعلى نطاق واسع تحسين الصورة و التفسير المعرفي (بما في ذلك الذاكرة) المطبقة لتدفق الصور من العين. تتطلب الرؤية عينين وثلثي دماغنا لتعمل بفعالية كما تفعل.

يعتمد هذا القسم بشكل خاص على فصل "الضوء ، وصورة الشبكية ، والمستقبلات الضوئية" لأورين باكر وديفيد ويليامز في علم اللون (الطبعة الثانية) حرره ستيفن شيفيل (الجمعية البصرية الأمريكية ، 2003).

ثلاثة زائد واحد مستقبلات الضوء

الآن دعونا نفحص الخصائص الفريدة للفئات الثلاث من المستقبلات الضوئية الملونة لضوء النهار ، والمخاريط ، ومستقبلات الضوء الخافت ، والقضبان.

أربعة أنواع من الصبغ الضوئي. تحتوي كل فئة من المستقبلات الضوئية على نوع معين من رودوبسين ، والذي يحدد كيفية استجابة المستقبلات الضوئية للضوء. في البشر (والعديد من الفقاريات) يكون جزيء الكروموفور شبكية العين، وبالتالي تنشأ جميع الاختلافات الضوئية في العمود الفقري opsin. يحدد هذا العمود الفقري قدرة الصبغة الضوئية وخلية المستقبلات الضوئية التي تحتويها على الاستجابة للضوء.

تطورت جميع الملصقات الضوئية الحيوانية من سلف opsin المشترك وهي متشابهة كيميائيًا جدًا. لكن أنواع مختلفة، و أفراد مختلفون ضمن الأنواع ، تحمل جينات مختلفة تسلسل الأحماض الأمينية داخل العمود الفقري الأساسي opsin. تغير بدائل الأحماض الأمينية حساسية الصبغة الضوئية للضوء.

ثلاثة أنواع من جزيئات opsin البشرية

تظهر الدوائر الملونة اختلافات الأحماض الأمينية في التركيب الجزيئي عن الجزيء السابق (S & # 160 مقارنةً بالرودوبسين [غير موضح] ، م& # 160 إلى س، و إل& # 160 إلى م)

تظهر الاختلافات الأحماض الأمينية في العمود الفقري opsin الشائع للصقور الضوئية البشرية أعلاه. يحددون أربع فئات طيفية من المستقبلات الضوئية البشرية:

نموذج ثلاثي الأبعاد من رودوبسين

بعد Pogozheva و Lomize & # 038 Mosberg (1997) و Saji (2003)

• scotopic أو قضبان تتكيف مع الضوء الخافت (يُشار إليها بواسطة الخامس' وتحتوي على الصباغ الضوئي رودوبسين) ، الأكثر حساسية للأطوال الموجية "الخضراء" عند حوالي 505 & # 160 نانومتر

• الطول الموجي القصير أو س& # 160cones، تحتوي على سيانولاب والأكثر حساسية لأطوال موجات "البنفسجي الأزرق" عند حوالي 445 & # 160 نانومتر.

• متوسط ​​الطول الموجي أو م& # 160cones، تحتوي على كلورولاب والأكثر حساسية للأطوال الموجية "الخضراء" عند حوالي 540 & # 160 نانومتر

• الطول الموجي الطويل أو إل& # 160cones ، تحتوي على الصباغ الضوئي إرثرولاب والأكثر حساسية للأطوال الموجية "الصفراء المخضرة" عند حوالي 565 & # 160 نانومتر

كما يوضح الشكل ، هناك عدد كبير من الاختلافات بين رودوبسين (يؤخذ كخط أساس) و س& # 160 صورة فوتوغرافية ، وعدد كبير مماثل من الاختلافات بين س& # 160 و م& # 160 صورة فوتوغرافية. في المقابل ، فإن م& # 160 و إل& # 160 الصور الفوتوغرافية متطابقة تقريبًا.

لا تلتقط الصبغات الضوئية جزيئات الضوء بالطريقة التي يمسك بها الدلو المطر. حتى لو اصطدم الفوتون بجزيء الصبغة الضوئية ، فإن احتمالية أن الصباغ المرئي سوف تتشابه ضوئيًا يعتمد على الطول الموجي (الطاقة) للضوء. كل صبغ ضوئي هو على الأرجح للرد على الضوء عنده الطول الموجي لحساسية الذروة. تؤدي الأطوال الموجية (أو الترددات) الأخرى أيضًا إلى تفاعل الصبغ الضوئي ، ولكن هذا هو الحال أقل احتمالا يحدث وبالتالي يتطلب في المتوسط ​​حدوث عدد أكبر من الفوتونات (شدة ضوء أكبر).

قياس حساسية مستقبلات الضوء. العلاقة بين كيمياء الصبغة الضوئية وحساسية الضوء كانت متوقعة من قبل الباحثين البصريين في القرن التاسع عشر ، وقد تم توضيحها عندما كان الصبغ الضوئي للقضيب (الذي كان يسمى آنذاك) الأرجواني البصري) من شبكية العين التي تم تشريحها وتبين أنها مبيضة بسهولة في الضوء.

بعد أكثر من قرن من الزمان ، تم تطوير طرق لقياس التبييض للتصوير الضوئي للمخروط والقضيب لأطوال موجية ضوئية محددة ، مما ينتج منحنى الحساسية النسبية عبر الطيف لكل نوع من أنواع التصبغ الضوئي أو المخروط. مع ارتفاع المنحنى ، يزداد احتمال تبييض الصبغة الضوئية (وستستجيب خلية مستقبلة الضوء) عند هذا الطول الموجي.

ال منحنيات امتصاص الصباغ الضوئي الموضح أدناه تم قياسه في حوالي 150 مخروطًا سليمًا من عيون بشرية تمت إزالتها جراحيًا ، ومثبتة في أنبوب زجاجي صغير ومضاءة من الجانب بواسطة شعاع رفيع من الضوء أحادي اللون (الطول الموجي الفردي) (تقنية تسمى قياس الطيف الضوئي). إنها تشبه إلى حد بعيد تسجيلات المخاريط المفردة في شبكية عين القرد ومنحنيات الامتصاص لجزيئات الصبغ الضوئي المصنعة وراثيًا. كانت هذه المنحنيات تطبيع & # 151 يتم التعبير عن الحساسية عند كل طول موجي كنسبة من الحساسية القصوى ، والتي يتم تعيينها بقيمة 1.0.

منحنيات امتصاص الصبغ الضوئي البشري

تم تطبيع المنحنيات لامتصاص الذروة المتساوية (1.0) على طول موجة مقياس عمودي خطي لامتصاص الذروة بخط مائل ، وعدد المستقبلات الضوئية المقاسة لكل منحنى في قاعدة بيانات المنحنى من Dartnall، Bowmaker & Mollon (1983)

تم الحصول على أربعة أنواع من الأطياف بأربعة قمم امتصاص مميزة عند 420 و 495 و 530 و 560 & # 160 نانومتر. كما هو متوقع من الصبغ الضوئي التركيب الجزيئي، ال إل& # 160 و م& # 160pigments لها نفس الذروة والامتداد داخل الطيف ، وكلاهما يختلف اختلافًا كبيرًا عن موقع سمنحنى & # 160cone. الرابع (قضيب) photopigment ، رودوبسينيناسب بينهما.

يجب أن تصف منحنيات الأزمرة الضوئية رؤية اللون إذا كان كل نوع من المخروط يحتوي على نوع واحد فقط من الصبغة الضوئية وإذا كانت شدة استجابة المستقبل الضوئي متناسبة مع كمية الصبغة المتزامنة ضوئيًا. في الواقع ، لا تتوافق هذه المنحنيات مع استجابات مطابقة الألوان البشرية ، خاصةً بالنسبة لـ L & # 160cones. لذلك علينا أن نحول الانتباه إلى المخاريط لأنها تستجيب في شبكية العين (الحية) السليمة.

من غير العملي قياس الاستجابات المخروطية في شبكية العين البشرية الحية ، لذلك تم ابتكار طرق منذ أواخر القرن التاسع عشر لقياسها بطرق غير مباشرة. في غضون العقود القليلة الماضية ، تم تحديد الهوية الجينية لـ أنواع محددة من opsin تم التعبير عنها في صورة ضوئية فردية قد أنتجت صورة دقيقة بشكل متزايد.

البيانات الأكثر موثوقية حول منحنيات الحساسية المخروطية أو أساسيات المخروط في الواقع تأتي من طريقة تجريبية مختلفة ، استخدمت أيضًا لأول مرة في القرن التاسع عشر: تجارب مطابقة الألوان. في هذا النهج ، يطابق المشاهدون لون الطول الموجي الاختباري بمزيج من ثلاثة أضواء "أولية". يتم إجراء هذه التطابقات بواسطة ثلاثي الألوان العادي ويتم فحصها بعناية ثنائي اللون (مواضيع "عمى الألوان") الذين يفتقرون إلى أحد إل, م& # 160 أو س& # 160 صورة فوتوغرافية بالكامل أو حملها إل و م photopigments التي هي مشابه جدا. تسمح الاختلافات بين ثنائيات اللون بقياس أي منهما إل أو م استجابة خفيفة دون أي مساهمة من النوع الآخر من المخروط. ثم يتم استخدام هذه القياسات لتحويل وظائف مطابقة الألوان من الأشخاص العاديين إلى أساسيات مخروطية تتطابق مع المنحنيات المنفصلة الموجودة في ثنائيات اللون. يجب أيضًا إجراء تعديلات للتعويض عن تصفية ما قبل المستقبل من الضوء ذو الطول الموجي القصير بالعدسة والصبغة البقعية. تم استخدام تقنيات بديلة ، بما في ذلك قياس الإشارات العصبية من المخاريط البشرية الفردية أو مخاريط القرد ريسوس ، لتأكيد وتوضيح بيانات مطابقة الألوان.

لأن الأقماع موزعة بشكل غير متساو عبر شبكية العين ، هذا مهم كيف كبيرة (زاوية بصرية) و أين (مركزيًا أو محيطيًا) يظهر التحفيز اللوني في المجال البصري & # 151 عروض مختلفة من محفزات اللون ستنتج وظائف مطابقة ألوان مختلفة. البدائل القياسية هي عرض 2 درجة (نقري) أو 10 درجة (مجال واسع) لمناطق اللون المتمركزة في مجال الرؤية. بالمقارنة مع المنحنيات 2 & deg ، فإن 10 & deg إل& # 160 و م& # 160 تم رفع منحنى بنسبة 10٪ إلى 40٪ في الأطوال الموجية من "الأخضر" إلى "البنفسجي". لأسباب وأوضح هنا، يتم استخدام منحنيات 10 & deg في جميع أنحاء هذا الموقع.

يبدو أن أساسيات المخروط تشير إلى أن الحساسيات المخروطية ثابتة ، مثل سرعة فيلم فوتوغرافي. هم ليسوا: تعتمد حساسية المخروط على شدة الضوء، والمنحنيات أدناه تصف متوسط ​​الاستجابة تحت مستويات معتدلة من إضاءة الشبكية. يتغير المستوى المطلق لجميع الحساسيات كجزء من التكيف مع الضوء، والحساسيات النسبية تتغير أثناء التكيف اللوني.

خمس آراء لأساسيات المخروط. دعونا الآن نلقي نظرة على خمسة أنواع من العروض التقديمية باستخدام تقديرات حديثة لـ 10 درجات ، وأساسيات المخروط الكمي بواسطة Andrew Stockman و Lindsay Sharpe (2000).

1. أساسيات المخروط الطبيعي الخطي. هذا هو العرض الأكثر شيوعًا في الكتب المدرسية لحساسيات الاستجابة المخروطية. تظهر الاستجابة عند كل طول موجي كنسبة من استجابة الذروة ، والتي تساوي 1.0 على مقياس رأسي خطي. ينتج عن هذا المنحنيات الثلاثة المتشابهة (ولكن غير المتطابقة) الموضحة أدناه.

وظائف حساسية مخروطية طبيعية

The Stockman & # 038 Sharpe (2000) 10 & deg أساسيات المخروط الكمي ، تم تطبيعها لقيم ذروة متساوية 1.0 على مقياس عمودي خطي

هذا العرض مضلل من بعض النواحي ، لأنه يشوه العلاقات الوظيفية بين الطول الموجي للضوء (الطاقة) ، وحساسية المخروط وإدراك اللون. ومع ذلك ، مقارنة مع منحنيات امتصاص الصباغ الضوئي يحدد أعلاه ثلاثة اختلافات واضحة بين الشكل وحساسية الذروة لأساسيات الصبغة الضوئية والمخروط:

& # 149 & # 160 إل& # 160cone له منحنى أوسع أو أوسع بشكل ملحوظ من س& # 160 و م& # 160 مكبرات الصوت س& # 160cone لها ملف تعريف استجابة أضيق من أي منهما م& # 160 أو إل& # 160 مكبرات.

& # 149 & # 160 بالمقارنة مع الصبغات الضوئية ، كانت حساسية الذروة المخروطية تحولت نحو أطوال موجية طويلة، بواسطة 5 & # 160 نانومتر (إل& # 160cone) إلى 25 & # 160 نانومتر (س& # 160cone).

& # 149 & # 160 تم تخفيض "ذيول" الطول الموجي القصير لمنحنيات الصبغة الضوئية بحيث تنخفض الاستجابة الأقل من 500 & # 160 نانومتر نحو الصفر. نظرًا لإزالة آثار التصفية السابقة للمستقبل ، فإن هذا يعني زيادة س& # 160 النواتج على عكس المخرجات L و M.: عند الأطوال الموجية القصيرة ، فإن س& # 160cone يقمع إل& # 160 و م& # 160 حساسية العظام.

بشكل عام ، تنقسم حساسية الإنسان الطيفية إلى جزئين: حساسية ذروتها قصيرة الطول الموجي تتمحور حول "البنفسجي الأزرق" (445 & # 160 نانومتر) ، وحساسية واسعة بطول الموجة الطويلة تتمحور حول "أخضر أصفر" (

560 & # 160nm) ، مع أدنى حد من الحساسية في "الأزرق الأوسط" (475 إلى 485 & # 160 نانومتر).

2. سجل أساسيات المخروط الطبيعي. تتمثل مشكلة أساسيات المخروط المعياري الخطي في أنها تؤكد على شكل "الذروة" العام للمنحنيات ، ونتيجة لذلك فهي لا تعرض بشكل كافٍ "ذيول" أو قيم منخفضة للغاية. الحل هو تقديم المنحنيات المقيسة على مقياس عمودي لوغاريتمي ، كما هو موضح أدناه. كل وحدة من مقياس حساسية اللوغاريتمات أصغر 10 مرات من الوحدة السابقة ، والتي "تكبر" على الحساسيات المنخفضة للغاية. (غالبًا ما يتم جدولة الأساسيات المخروطية في شكل سجل قياسي ، حيث يسهل تحويل هذه المنحنيات إلى أي تنسيق آخر.)

سجل وظائف حساسية مخروط طبيعية

The Stockman & # 038 Sharpe (2000) 10 & deg أساسيات المخروط الكمي ، تم تطبيعها لقيم ذروة متساوية 1.0 على مقياس عمودي لوغاريتمي

توفر هذه المنحنيات ثلاث رؤى إضافية:

• يستجيب كل نوع من المخروط لمجموعة واسعة من أطوال موجات الضوء في الواقع ، الحساسية القابلة للقياس لـ إل& # 160 و م& # 160cones يمتد على كامل الطيف المرئي ، على الرغم من حساسية م& # 160cone منخفض جدًا في الأشعة تحت الحمراء القريبة.

& # 149 & # 160 تتداخل منحنيات الاستجابة L & # 160 و M & # 160 إلى حد كبير & # 151 وهذا التداخل بشكل كبير يحد من أقصى قدر من التشبع تدرجات في الأطوال الموجية "الصفراء" من خلال "الأخضر".

& # 149 & # 160 يستجيب S & # 160cone لنصف الطيف فقط، من التصور "الأصفر الأخضر" إلى "البنفسجي" للألوان أحادية اللون "الأصفر والأخضر" إلى "الأحمر" يعتمد كليًا على التوازن بين إل& # 160 و م& # 160 المخرجات.

3. أساسيات سجل المخروط المرجح للسكان. يشير التنسيقان السابقان إلى أن الأشكال المختلفة للضوء أو الطبقات الطيفية المخروطية يتم تمثيلها في شبكية العين بأعداد متساوية. هذا ليس صحيحًا ، مما يشير إلى أن أساسيات المخروط يجب أن تكون كذلك موزون (تحولت لأعلى أو لأسفل فيما يتعلق ببعضها البعض) لتمثيل مساهمتها النسبية بشكل أكثر دقة في رؤية الألوان.

يتم تعيين قيم الذروة لكل مخروط مساوية لنسبة هذا المخروط في العدد الإجمالي للأقماع في شبكية العين. يتم ترجيح احتمال استجابة المخروط باحتمال أن يضرب الفوتون ذلك النوع المخروطي. ال النسب السكانية المستخدمة هنا هي تقريبًا تلك الخاصة بتشريح الشبكية 10 & deg: 63٪ إل& # 160 مكبرات ، 31٪ م& # 160 قطعة ، و 6٪ س& # 160 مكبرات. (هناك أدلة موثوقة على أن هذه النسب تختلف اختلافًا كبيرًا من شخص لآخر.)

وظائف حساسية مخروط السجل الموزون للسكان

The Stockman & # 038 Sharpe (2000) وظائف حساسية المخروط الكمي 10 & deg على مقياس رأسي لوغاريتمي (1.0 = إجمالي الاستجابة التراكمية بواسطة جميع الأقماع الثلاثة) مساحة 50٪ أو أكثر من الكثافة البصرية للصبغة البقعية وعدسة البالغين الموضحة باللون الأصفر من Stockman ، شارب & # 038 فاخ (1999)

مع الأخذ في الاعتبار حساسيات الاستجابة الفردية لفئات المخروط الثلاثة وأعدادها المتناسبة في شبكية العين ، نرى أن الفوتون العشوائي ذي الطاقة المتساوية أو الضوء "الأبيض" هو على الأرجح لإنتاج رد في إل& # 160cone بأي طول موجي أعلى من 445 & # 160 نانومتر. في المقابل ، فإن م& # 160cones لديها 40٪ فقط من إل& # 160cone استجابة عبر جميع الأطوال الموجية ، و س& # 160cones فقط عُشر ذلك. وبالتالي ، فإن احتمالية إنتاج فوتون واحد أكثر بنحو 25 مرة من الاستجابة في a إل& # 160 من س& # 160cone.

4. أساسيات المخروط الموزون الخطي. يعتبر مقياس اللوغاريتمات مفيدًا لإظهار القيم المنخفضة جدًا لأساسيات المخروط ، في "ذيول" المنحنى ، ولكنه يعطي رؤية غير مألوفة للشكل العام لمنحنيات المجتمع المرجحة. ممثلة على أ مقياس خطي، تكشف المنحنيات عن احتمالات الاستجابة بشكل مباشر أكثر.

وظائف حساسية المخروط الخطي الموزونة للسكان

The Stockman & # 038 Sharpe (2000) 10 & deg أساسيات المخروط الكمي على مقياس رأسي خطي ، تم تحجيمها لتعكس إل, م& # 160 و س& # 160 وحدة في شبكية العين (1.0 = إجمالي الاستجابة التراكمية من جميع المخاريط الثلاثة)

ربما تكون هذه هي الصورة الأكثر دقة لاحتمالات الاستجابة التناسبية لفئات المخروط الثلاثة فيما يتعلق ببعضها البعض ، وبأطوال موجية مختلفة من الضوء ، وبحدة بصرينا الإجمالية. نجمع بعض الأفكار الأخرى:

& # 149 & # 160 تنتج L & # 160 و M & # 160cones جميع المعلومات تقريبًا المكتسبة من شبكية العين إل& # 160cones تمثل معظم إشارة شبكية العين في جميع الأطوال الموجية تقريبًا. عندما نتذكر أن نقرة يحتوي على نصف العدد الإجمالي لـ إل& # 160 و م& # 160cones في شبكية العين ، تشير المنحنيات إلى الأهمية المهيمنة لاستجابات النقرة في رؤية الألوان.

& # 149 & # 160 يؤكد المقياس الخطي أن كل مخروط يستجيب بشكل أساسي للضوء بالقرب منه الطول الموجي للحساسية القصوى (الخطوط البيضاء الثلاثة في نطاق الطيف). يكون للفوتون الفردي عند حساسية الذروة للمخروط تأثير بصري يعادل 10000 أو أكثر من الفوتونات عند "الأطراف" أو نهايات الحساسية المنخفضة للمنحنى.

& # 149 & # 160 نتيجة لذلك ، أعيننا الأكثر حساسية للأطوال الموجية "الخضراء الصفراء" حول منتصف الطيف: الأصفر والأخضر هما أكثر الألوان سطوعًا في طيف المنشور أو قوس قزح. في الواقع ، تقع معظم حساسية الضوء لدينا بين 500 & # 160nm إلى 620 & # 160nm & # 151 تقريبًا من "الأزرق الأخضر" إلى "القرمزي".

& # 149 & # 160 حساسيات إل& # 160 و م& # 160cones متناقضة جيدًا من خلال الأجزاء "الحمراء" إلى "الخضراء الصفراء" من الطيف ، ولكنها تصبح متشابهة جدًا من خلال أجزاء الطيف "الأزرق والأخضر" إلى "الأزرق البنفسجي". ال س& # 160cones كسر التعادل في الأطوال الموجية أدناه

5. أساسيات منطقة متساوية المخروط. منحنيات السكان المرجحة هي أ فسيولوجي تمثيل الحساسية البصرية: يتم ترجيح المخاريط بأرقامها المتناسبة في شبكية العين. لكن المخرجات الفردية المخروطية لها أهمية غير متكافئة أو "قوة تصويت" في تحديد الأحاسيس اللونية لأنها تتدفق في مسارات أو قنوات مشتركة لمعلومات اللون. هذه القنوات لها وزن أو أهمية خاصة بها ، والتي تحدد الإدراك الحسي أهمية الطبقات المخروطية في السطوع وإدراك الألوان.

تم تبني افتراض معقول في قياس الألوان هو أن كل نوع من أنواع المخروط يساهم بالتساوي في تصور أ ابيض ناصع أو لون عديم اللون. هذا يعني أن أساسيات المخروط لا تمثل مستقبلات ضوئية فردية ، بل فئات أو أنواع من الأقماع كمجموعة. يتم إعطاء كل فئة وزنًا إدراكيًا متساويًا في النظام البصري.

في هذا النوع من الشاشات ، يتم تكبير ذروة كل منحنى حساسية لأعلى أو لأسفل بحيث يكون ملف منطقة تحت كل منحنى (ما يعادل المجموع حساسية الاستجابة لكل نوع من أنواع المخروط ، المجمعة عبر جميع المخاريط) هي نفسها التي يتم تقديمها عادةً على مقياس عمودي خطي.

وظائف حساسية مخروط منطقة متساوية

The Stockman & # 038 Sharpe (2000) تم إعادة قياس أساسيات المخروط 10 & deg بحيث تساوي المساحة الموجودة أسفل كل منحنى 10 على مقياس خطي

منحنيات حساسية المنطقة المخروطية المتساوية هذه لها دور تقني مهم ومحدد في قياس الألوان: لنمذجة التغيرات في الحساسيات المخروطية التي تحدث في كل فئة من المخروط أثناء التكيف اللوني.

لا ينبغي الخلط بين هذا العرض التقديمي المتساوي لأساسيات المخروط أكثر من غيرها الاكثر استعمالا نموذج حساسية بصرية يعتمد على وزن متساوي للمنطقة: منحنيات المعيار وظائف مطابقة الألوان. هذه تشبه بشكل سطحي أساسيات المخروط ، ويمكن اشتقاقها من أساسيات المخروط من خلال تحويل رياضي ، لكنها لا تمثل مستقبلات ضوئية محددة أو قنوات لونية في النظام البصري.

الاختلافات الكبيرة في ارتفاعات الذروة (خاصة عند مقارنتها بـ المرجحة للسكان أساسيات المخروط) تعني أن ملف س& # 160cone مخرجات يجب أن تكون ثقيل الوزن في النظام البصري بعيدًا عن التناسب مع أعدادهم في شبكية العين. تبين أن هذا صحيح. بالإضافة إلى ذلك ، صغيرة نسبيًا تداخل بين ال س& # 160cone منحنى و إل& # 160 و م& # 160curves يشير إلى أن الطول الموجي القصير ("البنفسجي") يتم التعامل معه كقناة لونية منفصلة وهو من الناحية الحسية الأكثر لونيًا أو تشبعًا.

قد نشك أيضًا في أن ملف إل& # 160 و م& # 160cones لها ملف دور وظيفي مختلف في رؤية اللون من س& # 160cones ، لأن لديهم ملفات تعريف استجابة متشابهة جدًا عبر الطيف وأوزان استجابة أقل من س المخاريط. وهذا صحيح أيضًا: إل& # 160 و م& # 160cones مسؤولة عن إدراك السطوع / الإضاءة ، وتوفر حدة بصرية قصوى ، وتستجيب بسرعة أكبر للتغيرات الزمنية أو المكانية في الصورة س& # 160cones تساهم بشكل أساسي في التصورات اللونية (الملونة).

الرؤية الضوئية & # 038 scotopic

المنفصل إل, م& # 160 و س& # 160 أساسيات اللون لا تجيب مباشرة على سؤال أساسي: ما هي حساسية العين الكلية للضوء؟ ما مقدار الطاقة المشعة التي يجب أن يشعها الضوء قبل أن نتمكن من رؤيته؟ الجواب لا يزال يعتمد على الطول الموجي من الضوء ، لكنه يعتمد أيضًا على الإجمالي الشدة أو طاقة الإضاءة & # 151 الفرق بين ضوء النهار والظلام.

حساسية ضوء النهار (الضوئية). عند مستويات الإضاءة فوق 10 لوكس أو نحو ذلك ، المقابلة لـ مستويات ضوء النهار من الإنارة من الشفق إلى ضوء النهار ، تحدد الأقماع أساسًا سطوع أو سطوع الضوء أو السطح. هذا هو رؤية ضوئية، وهو يعمل عندما نرى لونين مختلفين أو أكثر.

كانت الحساسية الضوئية إحدى السمات البصرية الأولى التي حاول علماء النفس الفيزيائيون في القرن التاسع عشر قياسها. كان النهج المبكر المعقول مطابقة سطوع متغاير اللون، حيث يقوم المشاهدون بضبط سطوع (إشعاع) الضوء أحادي اللون (الطول الموجي الفردي) حتى يتطابق بصريًا مع سطوع معيار الضوء "الأبيض" بعد أن يتم ذلك عبر الطيف بأكمله ، نتج عن ذلك منحنى حساسية الضوء الكلية. لسوء الحظ ، لا يُنظر إلى الضوء الملون مثل الضوء "الأبيض": يزيد نقاء الصبغة من الإحساس بالسطوع، مما يجعل الأضواء المشبعة تبدو أكثر سطوعًا من الضوء "الأبيض" ذي الإنارة المتساوية.

لقد جربت طرق مختلفة للالتفاف على المشكلة. الأكثر موثوقية وميض قياس الضوء، والذي يلغي المكون اللوني في ضوء أحادي اللون عن طريق تشغيله وإيقافه بسرعة كبيرة بحيث يبدو أنه يندمج في منبه ثابت وغير مشبع ونصف ساطع ، والذي يتم تعديله بعد ذلك إلى معيار الضوء "الأبيض". يُظهر الرسم التخطيطي نتائج من ست تقنيات قياس مختلفة ، مُدرجة في المفتاح بترتيب تنازلي من الموثوقية ، لإظهار مدى المشكلات.

باسل من وظائف الحساسية الضوئية

تم قياس كفاءة الإضاءة باستخدام ست تقنيات مختلفة (من Wyszecki & # 038 Stiles ، 1982)

اتضح أن المشكلة الأساسية ليست في القياس بل في النظرية: الرسم التخطيطي ليس صورة لمشاكل القياس ولكن للتكيف البصري. إحساس السطوع هو استجابة ديناميكية من قبل أنواع مختلفة من المستقبلات الضوئية التي تتكيف مع السياقات المرئية المختلفة. تختلف حساسية الضوء بشكل عام عبر مختلف مستويات الإنارة، ومخاليط الإضاءة والألوان السائدة ، تختلف باختلاف كيفية قياسها. لذلك لا يمكن تثبيته كمنحنى واحد ، كما يمكن القيام به مع الأنواع الأربعة من المستقبلات الضوئية.

ومع ذلك ، فإن المنحنى مفيد في العديد من التطبيقات العملية. لذلك فإن هيئة المعايير الدولية لطرق قياس الألوان ، فإن اللجنة الدولية دي l'Eclairage (أو CIE) قطع عقدة Gordion واعتمدت وظيفة الحساسية الضوئية [يعني الخامس(& لامدا) ، وهو ما يعني "منحنى قيمة كفاءة الإضاءة الخامس في كل طول موجي & لامدا"]. استند هذا المنحنى على مجموعات مبكرة (حتى 1924) من 2 & deg وظائف مطابقة الألوان مرجح لإعادة إنتاج السطوع الظاهري للأطوال الموجية المقابلة RGB المصابيح الأساسية المستخدمة في دراسات مطابقة الألوان. يحدد هذا المنحنى القياسي حساسية الضوء الرئيسية في المركز "الأخضر" للطيف بين 500 & # 160 نانومتر إلى 610 & # 160 نانومتر ، ويضع حساسية الضوء القصوى عند 555 & # 160 نانومتر & # 151 على الرغم من أن هذه الذروة كما ترى أعلاه هي أكثر من هضبة.

ال الخامس(& لامدا) دالة اللمعان تمثل النسبي بشكل مكافئ فعالية مضيئة من الطاقة المشعة ، قوة تحفيز الضوء تساوي واط عند كل طول موجي. في هذا المظهر هو أساس قياس الضوء الحديث كما هو منتشر في عدادات ضوء التصوير الفوتوغرافي ومستشعرات صورة الكاميرا الرقمية. يقيس المستشعر الإلكتروني الإشعاع داخل أقسام صغيرة من الطيف المرئي ، ثم يزن كل قسم من خلال فعاليته المضيئة ، ويتطابق الإجمالي عبر الطيف مع تقريب جيد للضوء الانارة أو السطوع الظاهر للعين البشرية عند النظر إلى الضوء بمعزل عن الآخر. هذا هو المنحنى على مقياس عمودي لوغاريتمي ، مع شريكه وظيفة الحساسية scoptopic [يعني الخامس'(& لامدا) ومناقشته في القسم التالي].

وظائف الحساسية الضوئية & # 038 scoptopic

CIE 1951 كفاءة الإضاءة scotopic و CIE 1964 كفاءة الإضاءة الضوئية ذات المجال الواسع (10 & deg) ، نسبة إلى حساسية الذروة الضوئية على حساسيات الذروة النسبية على مقياس سجل العمودي من Kaiser & Boynton (1996)

لسوء الحظ ، ظلت الحساسية الضوئية هدفًا متحركًا. تشمل جميع القياسات تصفية ما قبل المستقبل في أحكام السطوع ، مما يعقد القياس في الأطوال الموجية "الأزرق" و "البنفسجي". أظهر البحث اللاحق أيضًا أن منحنى CIE 1924 قلل من تقدير الحساسية الضوئية في الأطوال الموجية "الزرقاء" ، لذلك تم تصحيح المنحنى مرتين & # 151 بواسطة جود (1951) وفوس (1978). هذا المعدل وظيفة اللمعان Judd-Vos عادة ما تدل الخامسم(& لامدا) — م& # 160 ل تم التعديل.

في غضون ذلك ظهر إجماع على أن س& # 160 مكبرات لا تساهم إلى حد كبير لإدراك السطوع. هذا يعني أن وظيفة اللمعان الضوئي يتم تعريفها بدقة أكبر على أنها مجموعة مرجحة من إل& # 160 و م منحنيات الحساسية المخروطية. ومن المفارقات أنه عند إضافة تصحيحات أكثر واقعية للعدسة والكثافة البقعية ، فإن هذه التقديرات الأحدث تزيد من الحساسية الضوئية المقدرة للضوء ذي الموجة القصيرة ، على الرغم من استبعاد س& # 160cone من المنحنى.

يعرض الرسم البياني أدناه وظيفة اللمعان 2 & deg المحدثة [المشار إليها الخامس*(& لامدا)] ووظيفة اللمعان المصاحبة 10 & deg بواسطة Stockman & # 038 Sharpe ، المقيسة على مقياس خطي. منحنى جود-فوس المعدل لعام 1978 (الخامسم& لامدا) ومنحنى 1951 scotopic [الخامس'(& لامدا)] مدرجة للمقارنة. المنحنيات الجديدة مبنية على Stockman & # 038 Sharpe إل& # 160 و م& # 160 أساسيات النمذجة التي تناسب بيانات قياس الضوء الوامض على أفضل وجه لـ 40 مشاهدًا المخاريط L لها وزن أكبر بنسبة 50٪ من ال م& # 160cones و س& # 160 قطعة وزن صفر. تضع هذه المنحنيات حساسية الذروة الضوئية عند 545 & # 160 نانومتر ، ولكن مع ذروة مسطحة بسبب القيم المتوسطة لـ البديل إل& # 160 صورة فوتوغرافية.

وظائف اللمعان الضوئي و # 038 scoptopic

تعتمد الوظائف الضوئية على أساسيات المخروط الكمي 2 & deg و 10 & deg لـ Sharpe و Stockman و Jagla & # 038 J & aumlgle (2005) ، كما هو موضح مع الوظيفة scotopic 1951 و Judd-Vos 1978 جميع المنحنيات المقيسة إلى حساسية ذروة متساوية على خطي مقياس عمودي

تظهر هذه المنحنيات أن الطول الموجي القصير أو الضوء "الأزرق" له كفاءة إضاءة أكبر في ظل الصورة الضوئية مقارنة بالرؤية الضوئية. لقد أظهروا أن الاختلافات بين المنحنيات الضوئية محصورة بالكامل تقريبًا في الأطوال الموجية القصيرة ، وأن هناك استجابة "زرقاء" أكبر في المجال الواسع من إدراك اللون النقري. أخيرًا ، أظهروا أن الطول الموجي الطويل أو الضوء "الأحمر" يحفز بقوة الوظيفة الضوئية ولكن قليلا جدا. هذا هو السبب في أن الغواصين وعلماء الفلك يتكيفون تحت الضوء الأحمر: فهو يحافظ على عمل المخاريط النقية (لرؤية التفاصيل) بينما يتكيف الظلام مع القضبان. تستجيب كل من المخاريط والقضبان بالقرب من الحد الأقصى للأطوال الموجية "الخضراء" ، بغض النظر عن الإنارة. هذا هو السبب في أن سيارات الاستجابة للطوارئ مطلية الآن باللون الأصفر الفاتح والأخضر بدلاً من الأحمر التقليدي & # 151 والأخضر الأصفر أسهل في الرؤية ، خاصة في الضوء الخافت.

حساسية الضوء الخافت (الاسكتلندي). تُظهر المخططات أعلاه أيضًا CIE 1951 وظيفة حساسية scotopic [يعني الخامس'(& لامدا)] الذي يصف حساسية الإنسان للضوء تحت التكيف المظلم عند إضاءة أقل من 0.1 لوكس. هذا هو ما يقرب من كمية الضوء المتاحة تحت نصف القمر في الليل.

في مستويات الإضاءة المنخفضة للغاية هذه ، لا تستطيع الأقماع الاستجابة للضوء و قضبان تحدد تماما تجربتنا البصرية. هناك سبع خصائص مميزة للرؤية القائمة على قضيب أو الرؤية الاسكتلندية:

& # 149 & # 160 جميع القضبان تحتوي على نفس الصورة الضوئية ، رودوبسين ، لذلك تفتقر القضبان إلى التنوع الضوئي الضروري لرؤية الألوان. نصبح عمى الألوان وظيفيا باستثناء النقاط المعزولة ذات الإضاءة العالية ، مثل إشارات المرور البعيدة أو كوكب المريخ ، والتي تكون ساطعة بدرجة كافية لتحفيز الأقماع.

& # 149 & # 160 إشارات رود لا تنتقل داخل مسارات عصبية منفصلة: فهي تغذي نفس القنوات التي تستخدمها الأقماع. يتم فصل هذه القنوات إلى تباين أحمر / أخضر وأصفر / أزرق تناقضات الخصم. نتيجة ل، يمكن أن تنتج القضبان أحاسيس لونية باهتة & # 151 عند تباين منخفض جدًا في اللون والسطوع.

• تبلغ حساسية الذروة حوالي 505 & # 160 نانومتر أو "الأزرق والأخضر". عندما يتحول الضوء الطبيعي حول غروب الشمس نحو اللون الأحمر ، تبدأ القضبان في التكيف مع الظلام بينما لا تزال تتعرض لضوء طويل الموجة ("الأحمر").

& # 149 & # 160 ومع ذلك ، عادة ما تظهر أحاسيس القضيب "البيضاء" باللون الأزرق الباهت (مطابقة حوالي 480 & # 160 نانومتر) وليس أخضر أزرق.

& # 149 & # 160 هناك ما يقرب من 100 مليون قضيب في شبكية العين البشرية ، ومع ذلك فهي كذلك تمامًا غائب من النقرة في وسط المجال البصري حيث تكون الدقة المرئية لضوء النهار هي الأعلى. نحن لا يمكن قراءة حتى نص كبير الطباعة تحت الرؤية الاسكتلندية ، أو التعرف على الأشياء الصغيرة جدًا ، لأن النقرة تغلق.

& # 149 & # 160 هناك حوالي 16 قضيبًا لكل مخروط في العين ، ولكن هناك فقط حوالي مليون مسار عصبي منفصل من كل عين إلى الدماغ. هذا يعني أن المسار المتوسط ​​يجب أن يحمل معلومات من 6 أقماع و 100 قضيب! هذا التجميع للعديد من مخرجات القضيب في إشارة واحدة يقلل بشكل كبير من الدقة البصرية الإسكتلندية ويعني ، على الرغم من أعدادها الضخمة ، أن حدة البصر للقضيب هي فقط حوالي 1/20 من المخاريط.

& # 149 & # 160 مثل المخاريط ، تكون القضبان متباعدة على نطاق أوسع وقطرها أكبر باتجاه حواف شبكية العين ، ولكنها أيضًا تشكل حلقة معبأة بشكل كثيف بزاوية بصرية تبلغ حوالي 20 درجة حول النقرة. لهذا السبب يمكننا أن نرى نجومًا أو أضواءًا باهتة جدًا في الليل إذا نظرنا إلى جانب واحد ، بدلاً من النظر مباشرة إلى موقعهم.

حساسية الضوء المتوسطة. تؤثر القضبان بشدة على إدراك اللون تحت إضاءة منخفضة بشكل معتدل عن طريق المزج مع أو صبغ استجابات الألوان للأقماع التي لا تزال نشطة. هذه رؤية متوسطة يظهر عادةً في الإضاءة من 0.1 إلى 10 لوكس ، على سبيل المثال خلال 45 دقيقة أو نحو ذلك بعد غروب الشمس (للمشاهد في الهواء الطلق ومحمي من الضوء الاصطناعي).

نظرًا لأن مخرجات العصي والمخروط يتم تجميعها في مسارات عصبية مشتركة في الرؤية المتوسطة ، يتحول منحنى اللمعان الضوئي نحو اللون الأزرق ويصبح لون الطول الموجي الطويل أكثر قتامة. يندمج اللون الأصفر الفاتح ، والمغرة ، والأصفر في لون واحد رمادى ، والأخضر والأزرق يظهران على هيئة لون واحد (أخضر أزرق) ، ويصبح اللون الأحمر رماديًا دافئًا داكنًا. هذه تحول بوركينجي (سميت على اسم العالم البوهيمي الذي وصفها في عام 1825) من الأسهل رؤيتها في مساحات كبيرة من الألوان تمتد خارج المجال البصري للنقرة بدون قضيب. من الملاحظ تمامًا إذا نظرت إلى طباعة فنية مألوفة ذات ألوان زاهية أو قميص هاواي أو فراش زهور في الشفق الباهت حيث تتكيف عينيك مع الظلام.

في ضوء النهار ، تكون إشارات القضيب قريبة من الحد الأقصى ، مما يتسبب في تأثير السقف الذي يجعل القضبان غير حساسة لتباين الضوء. (هذا يرجع إلى أ ضغط الاستجابة من مخرجات القضيب ، وليس استنفاد الصورة الضوئية بالضوء.) لذلك تختفي إشارات القضيب بنفس الطريقة التي تختفي بها المخرجات المخروطية في تأثير جانزفيلد.

ومع ذلك ، تظل القضبان نشطة في وضح النهار ، حتى في ظل مستويات الإضاءة الساطعة جدًا. يمكن أن تؤثر على مظهر اللون من خلال عملية تسمى اقتحام قضيب، الذي يزيل تشبع الألوان ، خاصة عند الأطوال الموجية الطويلة ("الحمراء") ، في مجال الرؤية الكبير أو الرؤية المحيطية ، وفي ظل مستويات الإضاءة المعتدلة إلى المنخفضة.

ال مختبرات أبحاث الألوان والرؤية في جامعة كاليفورنيا في سان دييغو ، توفر مكتبة شاملة عبر الإنترنت للبيانات المتعلقة بالتصوير الضوئي وأساسيات المخروط وقياس الألوان والاستجابات المرئية.

مخاليط ثلاثية الألوان

يُطلق على الفرضية القائلة بأن ملايين الألوان المميزة يمكن أن تنشأ من تحفيز ثلاثة مستقبلات لونية مختلفة ثلاثة ألوان أو نظرية ثلاثية الألوان رؤية الألوان ، التي تم اقتراحها لأول مرة في القرن الثامن عشر. إنه أساس الحديث قياس الألوان، التنبؤ بمطابقات الألوان المدركة من القياس المادي للأضواء أو الأسطح.

ال منحنيات الحساسية المخروطية تظهر احتمالية ذلك الفرد إل, م& # 160 أو س& # 160cones ستستجيب للضوء بأطوال موجية مختلفة. لكنهم لا يقدمون صورة واضحة جدًا عن كيفية عمل المخاريط معًا أو كيفية "تثليث" العقل من مخرجات المخروط المنفصلة لتحديد ألوان معينة.

نحصل على هذه الصورة من خلال رسم نسبة المخرجات المخروطية في تصور لون معين. ينتج عن هذا مثلث حرفي ، مثلث خلط ثلاثي الخطوط، الذي يحتوي على جميع ألوان الضوء الممكنة.

أي رسم بياني يوضح كيفية عمل ملف إل, م& # 160 و س& # 160cones تتحد لإنشاء تصورات للألوان يجب أن تحدد أيضًا محددًا هندسة اللون. تتغير هذه الهندسة ، اعتمادًا على كيفية دمج إشارات المخروط. العلاقات بين المخرجات المخروطية ، وطريقة حساب المخرجات التي تنتج إحساسًا معينًا باللون ، و "شكل" اللون في العقل ، كلها جوانب من نفس المشكلة.

مبدأ التباين. السمة الرئيسية لإشارات المستقبلات الضوئية هي أنها تمثل الضوء على شكل a التباين أو التغيير إلى إشارة أساسية مستمرة تبلغ حوالي & # 15040 مللي فولت ، حتى في الظلام (ومن هنا جاء الاسم الظلام الحالي). ينتقل التغيير في الإثارة المستقبلة للضوء على شكل أ أكثر أو أقل تغيير في إشارة خط الأساس هذه. يُطلق على هذا النوع الفردي من استجابة المستقبلات الضوئية لأي تحفيز للضوء مبدأ أحادي التباين.

الآن ، يعتمد معدل الأزمرة الضوئية في الصبغة الضوئية على بعدين منفصلين تمامًا لحافز الضوء: (1) & # 160 كمية الضوء الساقط على شبكية العين أو (2) & # 160: الحساسية النسبية للصبغة الضوئية لطول موجة (أطوال) الضوء.

نتيجة لذلك ، يمكن أن يحدث تغيير في إشارة المستقبل الضوئي بسبب تغييرين مختلفين للغاية في الضوء. خرج المخروط أو القضيب النقصان كما يحصل الضوء أكثر إشراقا أو كما يحصل على تردد الضوء أقرب لتكرار حساسية الذروة والإخراج يزيد كما يصبح الضوء باهتة أو أبعد من حساسية الذروة.

مبدأ أحادي التباين

واحد إل المخروط يستجيب بنفس الإشارات "أكثر" أو "أقل" للتغيرات في تردد الضوء أو شدة الضوء

وبالتالي هناك نوعان من الغموض في استجابة المستقبلات الضوئية الفردية للضوء (الرسم البياني أعلاه):

• لا يمكن لنوع واحد من المخروط التمييز بين التغييرات في الطول الموجي (تدرج اللون) والتغيرات في الإشعاع (الشدة). التبديل بين أطوال موجات "خضراء" و "حمراء" ساطعة بشكل متساوٍ (ب) ، أو تعديل طول موجي واحد "أخضر" من الضوء بين مشرق وخافت (ج) ، سوف ينتج عنه تغيير مماثل في ناتج الانفرادي إل مخروط.

• بعض التغييرات في الضوء لا تنتج استجابة مخروطية. التبديل بين الأطوال الموجية "الزرقاء" و "البرتقالية" الساطعة بشكل متساوٍ (أ) ، أو بين ضوء "أخضر" خافت وضوء "أحمر" ساطع نسبيًا (د) ، لن يغير ناتج ذلك الانفرادي إل مخروط.

ومع ذلك ، فإن ما لا يمكن للمخاريط القيام به بشكل فردي يمكنهم تحقيقه كفريق واحد. مبدأ أحادي التباين يعني أن اللون يجب أن يتم تحديده بواسطة استجابة مشتركة لجميع أنواع المخروط الثلاثة.

مساحة الإثارة المخروطية. لتصور اللون خلق علاقات بين المنفصلين إل, م& # 160 و س& # 160cones ، يتم استخدامها لتحديد مساحة ثلاثية الأبعاد. في هذا مساحة الإثارة المخروطية كل بعد يمثل إثارة منفصلة ومستقلة أو النواتج المنتجة في كل نوع من أنواع المخروط.

تتمثل الطريقة القياسية لتوضيح سلوك المخروط في الجمع بين الاستجابات المخروطية الثلاثة التي تنتجها الأضواء أحادية اللون من أطوال موجية قصيرة (390 & # 160 نانومتر) إلى طويلة (750 & # 160 نانومتر). يتم ذلك عن طريق رسم أساسيات المخروط عند كل طول موجي كنقاط في مساحة الإثارة المخروطية.

على سبيل المثال (رسم بياني ، يمين) ، بطول موجة يبلغ 500 & # 160 نانومتر ، فإن ملف إل حساسية المخروط هي 0.44 ، م هو 0.64 و س هو 0.09. تحدد هذه الأرقام الثلاثة موقع الإثارة المخروطية المدمجة للضوء أحادي اللون عند 500 & # 160 نانومتر. عندما يتم رسم نقاط متشابهة لجميع الأطوال الموجية المرئية ، فإنها تحدد مسارًا منحنيًا للإثارة المخروطية للأضواء أحادية اللون (المشبعة إلى أقصى حد) والتي تسمى موضع الطيف.

مساحة إثارة مخروطية طبيعية

موضع الطيف (النقاط الحمراء) المرسوم في ثلاثة أبعاد محددة بواسطة أساسيات المخروط الطبيعي إل, م و س الخامس هي وظيفة الكفاءة الضوئية الضوئية

لا يزال بإمكاننا التعرف في هذا المنحنى على السمات الأساسية للمطابقة إل, م و س أساسيات المخروط. جميع النقاط في الأطوال الموجية أدناه

700 & # 160nm في الأصل (0 على جميع الأبعاد) مما يعني أن هذه الأطوال الموجية غير مرئية & # 151 أنها لا تنتج أي إثارة مخروطية. ال إل يصل المخروط إلى أقصى استجابته عند حوالي 565 & # 160 نانومتر ، و م مخروط في حوالي 540 & # 160 نانومتر ، و س مخروط في حوالي 445 & # 160 نانومتر. لكننا الآن نراهم في تركيبة ديناميكية. ال V * وظيفة اللمعان (الخط الأخضر في الرسم البياني) هو المجموع L + م من التطبيع إل و م النواتج ، لذلك فهي تشكل قطريًا من الأصل وفي لام ، م طائرة. ال التباين بين ال إل و م النواتج (L & # 150 م) تشكل القطر المقابل.

يمكننا أيضًا العثور على موقع أي لون معقد ، إذا عرفنا الإثارة المخروطية التي ينتجها. النقطة البيضاء (wp) التي تنتجها إنارة متساوية الطاقة تمثل المساحة الكلية تحت كل مخروط أساسي مقسومًا على مجموع المجالات الأساسية الثلاثة: إل = 0.44, م = 0.37 و س = 0.19. تمتد الخلطات الخارجية من "الأحمر" و "البنفسجي" كخط بين الأضواء "الحمراء" و "البنفسجية" المستخدمة لخلطها & # 151 في الرسم التخطيطي ، بين 620 & # 160 نانومتر و 445 & # 160 نانومتر.

قراءة الاستجابات المخروطية ل
500 & # 160nm ضوء أحادي اللون

إذا قلبنا هذا المخطط لننظر إليه بشكل جانبي ، فإننا نرى ذلك حدود مساحة اللون غير منتظمة هندسيًا. لا يمكن لأي شكل هندسي بسيط أن يصف موضع الطيف. إنه يشكل مخططًا بيضاويًا تقريبًا عند النظر إليه من جانب واحد (رسم بياني ، يمين) ولكنه شكل مزدوج الفصوص أو مقروص عند النظر إليه على طول قطري النصوع (الرسم التخطيطي أعلاه). يظهر هذا الشكل ذو الفصوص المزدوجة في موضع الطيف لنماذج الألوان ، مثل CIELAB أو CIECAM، التي تتباين الألوان مع سطح أبيض.

يحدث هذا الشكل المفصص المزدوج لأن موضع الطيف ينحني بزاوية 90 درجة على طول خط من الأصل إلى حوالي 525 & # 160 نانومتر ("أخضر متوسط" ، خط أرجواني في المخططات أعلى اليمين). النصف الرأسي ، الذي يشمل جميع الأطوال الموجية التي تقل عن 525 & # 160 نانومتر والتي تنتج قيمة كبيرة س استجابة مخروطية ، تلتصق لأعلى مثل زعنفة القرش. باقي موضع الطيف & # 151 أطوال موجية فوق 525 & # 160 نانومتر حيث س استجابة المخروط هي صفر بشكل فعال & # 151 تقع بشكل مسطح تمامًا على لام ، م طائرة.

نتيجة لهذا الانحناء ، فإن مساحة اللون منحنية بطبيعتها. على سبيل المثال ، خلط الأطوال الموجية 575 & # 160nm و 475 & # 160nm بالنسب الصحيحة سينتج ضوء "أبيض". لذلك يجب أن يمر خط الخلط بينهما عبر النقطة البيضاء اللونية: ولكن هذا لا يمكن أن يتم إلا من خلال منحنى (رسم بياني ، على اليمين). علاوة على ذلك ، يتغير شكل هذا المنحنى عندما نمزج أزواجًا مختلفة من الأطوال الموجية التكميلية. ال انحناء من المستوى اللوني الممتد داخل موضع الطيف المغلق غير منتظم هندسيًا أيضًا.

يوضح الرسم التخطيطي كيف أن ملف إل و م تعمل الأقماع جنبًا إلى جنب لتحديد النصوع. بالنسبة للأضواء التي تقل عن 525 & # 160 نانومتر ، يتم تحديد الإنارة من خلال إسقاط موضع الطيف في لام ، م مستوي (خط منقط في الرسم التخطيطي ، يمين). ولكن إذا وضعنا جانبًا تصور النصوع الذي حدده L + م قطري ، إذن ينقسم إدراك اللون إلى جزأين:

& # 149 & # 160at الأطوال الموجية فوق 525 & # 160 نانومتر، والتغيرات في الإثارة النسبية لل إل و م تحدد الأقماع استجابة اللون س المخاريط صامتة.

& # 149 & # 160at الأطوال الموجية أقل من 525 & # 160 نانومتر، الاقارب لام ، م الإثارة هي نفسها تقريبًا كما هي عند 525 & # 160 نانومتر (الخط المنقط والخط الأرجواني متكافئان) لذا فهي الإثارة النسبية للمستقل س المخروط الذي يحدد استجابة اللون.

هذه الهندسة المكونة من جزأين هي أساس مستقبلات الضوء لـ هندسة الخصم من مظهر اللون.

الملاحظة الأخيرة هي أن النقطة البيضاء لا تقع على وظيفة اللمعان. هذا ببساطة يوضح ذلك الأبيض ليس هو نفسه مشرق. تصور الأبيض هو شكل من أشكال اللون الإحساس ، في حين أن إدراك الساطع فريد من نوعه الشدة إحساس. فضاء الإثارة المخروطي يعني أن الحافز "الساطع" ينتج أكثر من مرتين الإثارة المخروطية لسطح "أبيض" ، وبالتالي فإن "الأبيض" المرئي يكون دائمًا أقل لمعانًا من "الساطع" المرئي في ظل ظروف المشاهدة نفسها.

المستوى اللوني. إعادة وزن أساسيات المخروط ، على سبيل المثال بمضاعفة م استجابة مخروطية أو باستخدام مساحة متساوية أو المرجحة للسكان أساسيات المخروط ، تغير الطول النسبي للأبعاد ولكنها لا تغير الهندسة المنحنية وغير المنتظمة بشكل أساسي لمساحة الإثارة المخروطية. & # 160

ومع ذلك ، نحصل على مساحة لونية مختلفة جذريًا من خلال نهج مختلف. بواسطة إزالة الاختلافات في السطوع بأطوال موجية مختلفة ، نقوم بتسوية انحناء موضع الطيف ثلاثي الأبعاد. يتم ذلك بواسطة التطبيع على الإثارة الكاملة المخروطية ، أو تقسيم الإثارة في كل مخروط عن طريق التحفيز الناتج في الكل المخاريط:

سطوع (ب) = إل + م + س

إذا قسمنا الإثارة الناتجة في كل نوع مخروطي (إلج, مج و سج) بهذا المبلغ ، نحصل على النسبية من الإحساس اللوني الذي يساهم به كل نوع من أنواع المخاريط الثلاثة بشكل منفصل. هذا ال اللونية من اللون:

اللونية (ج) = رطل, م / ب, S / ب.

وصف المثال السابق طولًا موجيًا واحدًا للضوء فقط ، لذلك نقوم ببساطة بتلخيص إثارة المخروط عند الطول الموجي "الأخضر الأزرق" الفردي:

سطوع& lambda = 500 =ـ.64 + 0.44 + 0.09
= 1.17
اللونية& lambda = 500 =ـ.64/1.17, 0.44/1.17, 0.09/1.17
=
 
 0.54, 0.38, 0.08
 

لاحظ أن معيار السطوع هنا هو شامل لوني لأنه يشمل جميع الأقماع الثلاثة. نحن لا نقسم على وظيفة اللمعان (الخامس) ، وهو مجموع مرجح لـ L + م بدون ال س المخاريط.

منظر جانبي لمساحة الإثارة المخروطية

يحول هذا الإجراء مساحة اللون بشكل جذري بطريقتين (رسم بياني ، يمين): (1) يفصل نهايات "الأحمر" و "البنفسجي" من موضع الطيف ، والتي كانت مرتبطة سابقًا في الأصل (قيم صفرية) لأن كلاهما درجات "مظلمة" جدًا (2) تعرض موضع الطيف على السطح المستوي لمثلث متساوي الأضلاع (أزرق) تقع أركانه عند القيم الثلاث القصوى للأقماع الثلاثة. تم تسوية موضع الطيف ثلاثي الأبعاد إلى بعدين ، وتم تحويل مساحة اللون الأصلية على شكل الموز إلى شيء يشبه المثلث الأيمن. إذا حددنا ال إل, م و س أبعاد مثل استجابة كل مخروط بالنسبة إلى أقصى استجابته ، ثم خط من الأصل إلى النقطة البيضاء (wp) تشكل مقياس رمادي لوني.

من المعتاد عرض موضع الطيف المحول هذا بحيث يكون مستوى المثلث متعامدًا للعرض. في هذا الاتجاه تشكل أ مثلث خلط ثلاثي الخطوط أو أ مثلث ماكسويل، بعد عالم الفيزياء الإنجليزي في القرن التاسع عشر جيمس كليرك ماكسويل من استخدمها لأول مرة.

مثلث الخلط ثلاثي الخطوط لا يمثل الاختلافات في السطوع أو الخفة بين الألوان فقط الاختلافات في اللونية (نقاوة هوى وهوى). اللونية هي "اللون" في اللون ، منفصل عن سطوعه أو سطوعه. لهذا السبب ، فإن المنطقة الموجودة داخل مثلث الخلط المحاط بموضع الطيف المنحني (والخط الذي يربط بين أطوال الموجات القصيرة والطويلة المتطرفة) تسمى مخطط اللونية.

يقدم هذا الرقم العديد من الأفكار الأساسية حول هندسة اللون ويستحق دراسة المريض.

مثلث خلط ثلاثي السطور ومخطط اللونية

يمكن تمثيل أي مجموعة ممكنة من ثلاثة مخرجات مخروطية كنقطة فريدة داخل المثلث ، يتم احتواء نطاق الألوان الممكنة ماديًا داخل موضع الطيف

& # 149 & # 160 يمثل كل ركن من أركان المثلث اللون الذي يمكن إدراكه من خلال أقصى قدر من الإثارة لشخص واحد إل, م& # 160 أو س& # 160cone بدون أي الإثارة في المخاريط الأخرى. تمثل جوانب المثلث الإثارة المشتركة بين نوعين من المخروط فقط ، دون مساهمة من النوع الثالث. يمثل أي موقع داخل المثلث لونًا ناتجًا عن تحفيز الأنواع الثلاثة للمخروط.

& # 149 & # 160 تظهر نسب الخليط لكل مخروط على طول جوانب المثلث. حسب التعريف ، يجب أن يصل مجموع كل خليط ثلاثي الخطوط إلى 100٪ ، لذا فإن خليطًا بنسبة 50٪ س& # 160 و 38٪ إل& # 160 (ألوان أ) يجب أن يحتوي على 12٪ & # 160م (عن طريق الطرح: 100 & # 15050 & # 15038 = 12). وبالتالي اثنان فقط من قيم اللونية تحدد كل لون بشكل فريد في مخطط اللونية.

& # 149 & # 160 النقطة التي تساهم فيها الانتخابات التمهيدية الثلاثة بنسب مساوية لوزنهم الإدراكي هي نقطة بيضاء. تغير النقطة البيضاء موقعها داخل مخطط اللونية اعتمادًا على كيفية ترجيح مخرجات المخروط الثلاثة ، ويوضحها الرسم البياني متناسبًا مع المناطق الواقعة تحت أساسيات المخروط الطبيعي (44٪ ، 37٪ ، 19٪).

& # 149 & # 160 تحدد اللونية للأضواء أحادية اللون (الطول الموجي الفردي) موضع الطيف، أثر الألوان الأكثر كثافة الممكنة جسديًا. يمزج خط "الأحمر" و "الأزرق" بين 400 & # 160 نانومتر و 700 & # 160 نانومتر ، والذي يتضمن أرجواني والأرجواني ، يسمى خط بنفسجي.

& # 149 & # 160As موضح أعلاه، الأشكال الطيفية عند الأطوال الموجية أعلاه

يتم تعريف 525 & # 160nm فقط من خلال النسبة النسبية لـ إل و م النواتج تقع على خط مستقيم L / م قاعدة المثلث متساوي الأضلاع. يتم إنتاج الأشكال الأقل من 525 & # 160 نانومتر بنسبة ثابتة تقريبًا تبلغ إل و م النواتج ، لذلك يتم تمييزها فقط من خلال النسبة المئوية النسبية لـ س الإثارة المخروطية.

& # 149 & # 160 جميع الخلطات من لونين حقيقيين من الضوء (مثل الألوان أ و ب) تحديد مستقيم خط الخلط عبر الفضاء اللوني. يجب أن تقع جميع الألوان الناتجة عن مزيج هذين اللونين من الضوء على طول خط الخلط.

& # 149 & # 160 درجة نقاء أو صفاء يتم تعريف اللون على أنه طول خط الخلط بين اللون والنقطة البيضاء. من الواضح أن الأشكال أحادية اللون ليس لها نقاء متساوٍ: يبدو اللون "الأصفر" الطيفي شاحبًا أو مائلًا إلى البياض لأنه قريب من النقطة البيضاء ، و "البنفسجي" الطيفي له أعلى درجة صفاء لأنه بعيد.

& # 149 & # 160 جميع المخاليط خارج موضع الطيف والخط البنفسجي هي نسب مخروطية لا يمكن إنتاجها بواسطة أي ضوء مادي أو سطح. هم مستحيل جسديا أو ألوان غير قابلة للتحقيق. تظهر هذه المنطقة الرمادية أن حوالي نصف التوليفات الفريدة من المخرجات المخروطية لا يمكن أن ينتج عن أي حافز جسدي. كما يوضح أيضًا أن هذه الألوان & # 151 خاصةً الأولية "الخضراء" & # 151 ستظهر أكثر تشبعًا من أي ضوء طيفي.

هذا لا علاقة له بنقاء الضوء: إنه بسبب تتداخل في أساسيات المخروط عبر الطيف (خاصة بين إل& # 160 و م& # 160cones) ، وإلى خليط جنباً إلى جنب عشوائي إل, م& # 160 و س& # 160cones داخل شبكية العين. ونتيجة لذلك ، فإن أي ضوء يحفز أحد المخاريط يحفز أيضًا نوعًا واحدًا أو كلا النوعين المتبقيين من المخاريط. نحن ممنوعون من الناحية الفسيولوجية من رؤية مخروط مخروطي "نقي" ، وبالتالي لا نرى أبدًا لونًا أساسيًا نقيًا.

& # 149 & # 160 يمكن إنتاج اختلافات ألوان كبيرة جدًا بواسطة اختلافات صغيرة جدًا في المخرجات المخروطية. على سبيل المثال ، يحدث التغيير من "الأبيض" إلى "الأصفر" النقي مع تغيير في إل& # 160 و س& # 160cone مخرجات أقل من 20٪ يتم إنتاج جميع الخلائط الخضراء عن طريق تغييرات أقل من 30٪ في إل& # 160 و منواتج & # 160cone.

& # 149 & # 160 المسافة اللونية بين "الأخضر" الفريد (

450 & # 160nm) كبير للغاية ويمثل تقريبًا النطاق الكامل لـ سنواتج & # 160cone. لهذا السبب ، يكون مظهر وقياس درجات اللون الأزرق حساسين لموقع النقطة البيضاء ومتغيران عبر مختلف نماذج الألوان.

يتم تعريف مساحة اللون على أنها إثارة مخروطية كنسبة من إجمالي الإثارة المخروطية (السطوع)

& # 149 & # 160 أ مظهر اللون لا يكشف عن نسب المخروط الذي خلقته. في كل لون أخضر م& # 160cone مخرجات أقل من 60٪ من إجمالي كل الألوان الممكنة تحتوي على 10٪ على الأقل من إل& # 160 ينتج معظم تركيبات المخرجات المخروطية الممكنة نكهات مختلفة من اللون الأزرق.

& # 149 & # 160 أخيرًا ، مخططات اللونية حساسة للغاية للافتراضات حول كيفية دمج الأقماع أو وزنها في الإدراك ، أو كيفية تدوير الأبعاد لتقديم مخطط اللونية لعرضها. المثالان الموجودان على اليمين يظهران ملف مخطط اللونية CIE Yxy (أعلى) الذي لطالما كان معيارًا في قياس الألوان ولكنه لا يصف اختلافات اللون بدقة (على سبيل المثال ، يجعل اللون "الأخضر" هو اللون الطيفي الأكثر تشبعًا ويمنحه أكبر منطقة إدراكية) و CIE 1976 UCS مخطط اللونية (أسفل) ، حيث تم التلاعب بأبعاد القياس لتمثيل ، بأكبر قدر ممكن من الدقة في مخطط ثنائي الأبعاد ، التشبع النسبي للأشكال الطيفية (كبعدها عن النقطة البيضاء) والفرق الإدراكي بين لونين متشابهين كمسافة اللونية بينهما في الرسم التخطيطي.

10 & deg (مجال واسع) و 2 & deg (نقري) مخططات اللونية

يوضح الرسم البياني أعلاه التغيير في مخطط اللونية الذي يحدث إذا تم ترجيح أساسيات المخروط بحيث تمثل المنطقة الواقعة أسفل كل منحنى السكان المخروط من أجل منطقة شبكية 10 درجات (والتي تشمل 6٪ أو أكثر س& # 160cones) أو منطقة شبكية 2 درجة (والتي تشمل أقل من 1٪ س& # 160 مكبرات). ينتج عن ترجيح النقرة انخفاضًا كبيرًا في نطاق الاستجابة "الأزرق" وينقل النقطة البيضاء تقريبًا إلى L & # 150 م الحدود.

عند استخدام مخطط اللونية ، ضع في اعتبارك أنه قد أزال بطريقة رياضية وميكانيكية التأثير الإدراكي للسطوع. لأن نصوع ضوء أحادي اللون "أحمر" أو "بنفسجي" أو ذو طول موجي واحد يبدو قاتما جدا بالمقارنة مع الضوء "الأخضر" ، عندما تكون كل الأضواء بنفس شدة الإشعاع ، يجب زيادة قوة الأضواء "الحمراء" و "البنفسجية" بشكل كبير لإنتاج تطابق إدراكي مع مخطط اللونية. لذلك لا يصف مخطط اللونية بدقة ، على سبيل المثال ، إدراك كثافة اللون النسبية في الطيف الشمسي ، حيث يكون للأطوال الموجية المرئية إشراق مماثل تقريبا.

ال برنامج تعليمي تفاعلي حول إدراك اللون يضم قسم علوم الكمبيوتر بجامعة براون برنامج جافا صغيرًا يصمم خليطًا مضافًا من ثلاثة ألوان "أساسية".

قيود على رؤية اللون

لاختتام هذه الصفحة ، دعونا نفكر في كيفية تكييف قدراتنا البصرية لإدراك الطاقة المشعة في العالم. من خلال مقارنة قدراتنا البصرية بقدرات الحيوانات الأخرى ، يمكننا أن نفهم كيف نستفيد من ثلاثة أقماع ، بدلاً من اثنين أو أربعة ، ولماذا يتم ضبط المخاريط لدينا على أطوال موجية محددة وليس غيرها.

متنوعة في مخططات اللونية

(أعلى) مخطط CIE Yxy ، مع تدوير "الانتخابات التمهيدية" xyz لمطابقة مخطط CIE UCS لمثلث maxwell (أسفل) ، مع مثلث أساسي منسوب

الافتراضات القياسية. الافتراض الذي تم التوصل إليه في معظم دراسات رؤية الحيوان هو أن منحنيات امتصاص الصبغة الضوئية تتوافق مع شكل مشترك ، على سبيل المثال الشكل القياسي لدارتنال (يمين) ، والتي يتم رسمها حول قيمة الذروة للصبغة على أ الموجة مقياس. ينشأ هذا الشكل المشترك من العمود الفقري جزيء opsin بنية.

الاختلافات في opsin تسلسل الأحماض الأمينية فقط قم بتحريك الرقم الموجي لحساسية الذروة لأعلى أو لأسفل في الطيف ، وهذا لا يغير الشكل الأساسي للمنحنى ، على الرغم من أنه يصبح أوسع قليلاً في الأطوال الموجية الأطول. (لقد رأينا بالفعل تشابه هذا القالب في ملف منحنيات الصبغ الضوئي البشري.) من المفترض أيضًا أن كل فئة من المستقبِلات الضوئية تحتوي على نوع واحد فقط من الصباغ الضوئي ، وأن مبدأ أحادي التباين يصف استجابة الصبغ الضوئي للضوء.

تسمح هذه الافتراضات الثلاثة بفهم أساسي للأنظمة البصرية للحيوان دون قياس مضني للصبغ الضوئي أو منحنيات الاستجابة المخروطية. لا يصف شكل Dartnall القياسي بشكل كافٍ رؤية الألوان البشرية ، وخاصةً L & # 160 صورة فوتوغرافية الامتصاص ، ولكن المنحنيات المثالية كافية لتوضيح القيود المهمة على رؤية الألوان.

رؤية أحادية اللون. يتطلب الشكل البدائي للرؤية خلية مستقبلية واحدة (الخامس). للحصول على أقصى قدر من الحساسية ، يجب أن يستجيب هذا المستقبل للأطوال الموجية في مكان ما في منطقة 300 & # 160nm إلى 1000 & # 160nm من الطيف حيث يكون الإشعاع الشمسي على سطح الأرض أكثر كثافة.

هذا النوع من النظام البصري ، وهو شائع في الأسفل الفقاريات، رموز الضوء على طول أ بعد لمعان واحد يمكنه فقط التمييز بين الضوء والظلام. يمكن أن تشمل الرؤية أحادية اللون آلية لـ التكيف مع الضوء يسمح للعين بالعمل عبر التغييرات الكبيرة في الإضاءة العامة ، ويمكنه اكتشاف الحركة والأشكال وتركيبات السطح والعمق. لكنه لا يستطيع التمييز بسهولة بين سطوع الضوء المنبعث من الضوء وخفة الأسطح المنعكسة ، أو الأشياء من الخلفيات العاكسة القريبة أو المماثلة. لا يمكنه أيضًا إدراك اللون: التغييرات في تدرج اللون & # 151 من "الأخضر" إلى "الأحمر" أو "الأزرق" & # 151 ستظهر مع تغير النصوع من الضوء إلى الظلام. ومع ذلك ، فإن جميع الفقاريات لديها على الأقل هذه القدرة البصرية الأساسية ، مما يشير إلى أن اختلافات النصوع هي المعلومات المرئية السائدة متوفر من البيئة.

يختبر البشر رؤية أحادية اللون في الليل ، وتحت scotopic أو الرؤية المظلمة المظلمة عندما يكون نوع واحد فقط من المستقبلات الضوئية (العصي) نشطًا ، وتحت إضاءة أحادية اللون مثل مصابيح الضوء الأحمر التي يستخدمها علماء الفلك.

نظام مرئي مخروطي واحد

منحنى استجابة القضبان البشرية بأقصى حساسية عند 505 & # 160 نانومتر

نظرًا لوجود مستقبل واحد فقط ، فإن القيد الرئيسي يتعلق بذروة حساسية المستقبل واتساع نطاق الإشعاع الشمسي. لأسباب تقنية بحتة ، يبدو أن ذروة الإشعاع الشمسي تتحول في نطاق يتراوح بين 500 و # 160 نانومتر تقريبًا إلى 900 و 160 نانومتر ، اعتمادًا على ما إذا كان يتم تجميع الإشعاع ضمن الطول الموجي أو فترات التردد ، ويتم قياسه كطاقة أو عدد الفوتون منحنى ضوء الشمس ظهرًا مسطحة نوعا ما في جميع أنحاء هذا النطاق. لذا فإن الذروة الشمسية هي معيار ضعيف للمقارنة. بدلاً من ذلك ، يمكننا اعتبار "نافذة" للشفافية في الغلاف الجوي أو الحد الأدنى من ترشيح الضوء كما تم قياسه على سطح الأرض ، مما يوفر إطارًا مرجعيًا ثابتًا.

معبرًا عنه على مقياس الطول الموجي بقيمة ذروة 505 & # 160 نانومتر

الأسباب الرئيسية لامتصاص الضوء أو نثره في غلافنا الجوي هي جزيئات الهواء (بما في ذلك طبقة الأوزون) والغبار أو الدخان وبخار الماء. كما تظهر المخططات على اليمين ، هناك تطابق وثيق بشكل خاص بين المدى البصري للإنسان و أطوال موجية من الحد الأدنى من امتصاص الماء، بما في ذلك السائل وبخار الماء & # 151 وحبة كبيرة من الماء في الغالب ، الخلط الزجاجي ، الذي ينفخ العين ويجلس بين التلميذ وشبكية العين. توجد حساسية الإنسان للضوء على الجانب "صعودًا" من هذه النقطة المنخفضة ، بعيدًا عن الأشعة فوق البنفسجية وباتجاه جانب الأشعة تحت الحمراء من نافذة الضوء. لقد ورثت جميع الفقاريات صبغات بصرية تطورت في الأسماك ، وهو ما قد يفسر سبب ضبط أصباغنا على هذه الأطوال الموجية.

القيد الثاني المحتمل هو النطاق الاختلاف الكيميائي في التلوين الضوئي، على سبيل المثال كما هو معبر عنه في جميع الصور الضوئية الحيوانية المعروفة. يوضح الشكل أدناه أطوال موجات الحساسية القصوى للأربعة فوتوبيغينتس الإنسان فيما يتعلق بالتلوين الضوئي للحيوان مع أدنى وأعلى حساسية للذروة & # 151 من 350 & # 160 نانومتر (في بعض الطيور والحشرات) إلى 630 & # 160 نانومتر (في بعض الأسماك). هذا يضع الحدود الخارجية لحساسية الضوء للحيوان بين 300 & # 160nm إلى 800 & # 160nm. تقع رؤية الإنسان في منتصف النطاق الذي وجدته الحيوانات الأخرى مفيدًا.

أصباغ بصرية بشرية في نطاق أصباغ بصرية حيوانية معروفة

القيد الثالث يتعلق بـ فترة حساسية الصبغة البصرية ، لأن منحنيات الحساسية يجب أن تتداخل لإنشاء "تثليث" اللون. ل الشكل القياسي لدارتنال عند امتصاص بنسبة 50٪ ، فإن هذا يعني تباعدًا (من الذروة إلى الذروة) يبلغ حوالي 100 & # 160 نانومتر. إذا قمنا بتضمين استجابات "الذيل" في أي من طرفي الطيف ، يمكن لنظام مخروطي ثلاثي أن يغطي طول موجة يبلغ حوالي 400 & # 160 نانومتر.

القيد الرابع والأخير أكثر دقة ولكن بنفس القدر من الأهمية: تجنب الإشعاع غير المجدي أو الضار.

& # 149 & # 160 عند الأطوال الموجية التي تقل عن 500 & # 160 نانومتر (بالقرب من الأشعة فوق البنفسجية) ، تصبح الطاقة الكهرومغناطيسية قوية بما يكفي لتدمير جزيئات الصبغة الضوئية ، وفي غضون عقد أو نحو ذلك ، تؤدي إلى اصفرار عدسة العين. تمتلك العديد من الطيور والحشرات مستقبلات حساسة للأطوال الموجية للأشعة فوق البنفسجية ، ولكن هذه الحيوانات لها فترات حياة قصيرة نسبيًا وتموت قبل أن يصبح الضرر الناتج عن الأشعة فوق البنفسجية كبيرًا. وعلى النقيض من ذلك ، فإن الثدييات الكبيرة تعيش لفترة أطول وتتعرض بشكل أكبر للأشعة فوق البنفسجية ، لذلك يجب أن تتكيف أعينها لتصفية الآثار الضارة للأشعة فوق البنفسجية أو تعويضها. في البشر هذه التعديلات تشمل التجديد المستمر من الخلايا المستقبلة و تصفية ما قبل المستقبل من ضوء الأشعة فوق البنفسجية من العدسة والصبغة البقعية.

& # 149 & # 160 على الجانب الآخر ، الأطوال الموجية التي تزيد عن 800 & # 160 نانومتر هي حرارة ، وهي أقل إفادة عن سمات كائن ضوء النهار: فهي أغمق من الأطوال الموجية الأقصر ، ويتم امتصاصها بشدة بواسطة الماء السائل أو بخار الماء ، وتفتقر إلى الاختلافات الطيفية الدقيقة التي يمكن تفسيره على أنه لون. في الثدييات ، يجب حماية حساسية النظام البصري للحرارة من حرارة جسم الحيوان بأطوال موجية أطول من 1400 و # 160 نانومتر ، وجزيئات الصبغة الضوئية الطويلة جدًا (أو الأصباغ الاصطناعية) اللازمة لامتصاص الإشعاع بأطوال موجية تتراوح بين 800 و # 160 نانومتر إلى 1400 & من المعروف أن # 160 نانومتر تتأكسد أو تتحلل بسهولة. هذه المضاعفات تجعل الطاقة ذات الطول الموجي الطويل أكثر صعوبة مما تستحق.

بشكل عام ، إذن ، يبدو أن رؤية الحيوان محدودة في الطول الموجي المتطرف بقدر ما يتم تثبيته بواسطة ذروة إشراق أو مجموعة موروثة من احتمالات الصبغ الضوئي.

رؤية ثنائية اللون. كيف تستخدم الحيوانات هذا النطاق المحدود من الضوء؟ عديدة الثدييات مزودة بنظامين مرئيين ضوئيين مخروطين: أحدهما يتحول إلى أطوال موجية "خضراء صفراء" ، والآخر يتجه نحو النهاية "الزرقاء" من الطيف ، مع تداخل كبير بين منحني الحساسية في الوسط "الأخضر". هؤلاء ص و ب تشكل الأقماع ما يسميه جون مولون نظام الألوان القديم. إنها تمكن العين من التمييز بين الضوء الذي يشع في الأطوال الموجية الطويلة مقابل الأطوال الموجية القصيرة.

الضوء ضمن طيف امتصاص الماء

الكفاءة البشرية المضيئة
ومنحنى انتقال الماء النقي حسب العمق

يمكن لنظام مخروطي الشكل تمييز الاختلافات في الطول الموجي أنماط - رسم من مجموع الإنارة ، مما يعني يمكن اعتبار الصبغة منفصلة عن الخفة. الطريقة الفعالة للقيام بذلك هي يجمع استجابتي المخروط لتحديد كمية السطوع ، ولكن ل فرق أو طرح مخرجات المخروط لتحديد تباين تدرج اللون (رسم بياني ، يمين). هذا هو المجموع ص + ب يُنشئ "لونًا فائقًا" له نفس الاستجابة أحادية المتغير لتدرج اللون مثل الخامس مخروط ، في حين أن الفرق Y & # 150 ب يتناقض مع التحفيز على طرفي نقيض من طيف الضوء.

ناتج الفرق يسمى ترميز الخصم من المخرجات المخروطية المنفصلة. من الصعب المبالغة في تقدير أهمية ردود الخصم في رؤية الألوان ، بدءًا من أبعاد الخصم المهمة لإحساس الصبغة ولكن بما في ذلك العديد من آليات التباين الأخرى التي تمت مناقشتها في a صفحة لاحقة.

احتفظت الرئيسيات بالعمود الفقري لرؤية الثدييات مثل y / b وظيفة الخصم (الرسم البياني أدناه). يتم إنشاء وظيفة الخصم هذه من مخرجات نظامين مخروطيين منفصلين ، الأمر الذي يتطلب شكلاً ثنائي النسق في الاستجابة البصرية الكلية ، مع ذروة حساسية في الأطوال الموجية القصيرة والطويلة (الرسم التخطيطي ، على اليمين). النقطة "البيضاء" لهذه الوظيفة ، حيث يكون ملف ص (L + م) و ب النواتج متساوية ، وتقع حول 485 إلى 495 & # 160 نانومتر ("سماوي"). مثل النقطة "الصفراء" التي تشير إلى نواتج متساوية من إل و م منحنيات الحساسية المخروطية ، يشير هذا "الأبيض" السماوي إلى نقطة المخرجات المتساوية من ص و ب مستقبلات اللون. مرة أخرى مثل الضوء "الأصفر" ، "سماوي" منخفض نسبيًا نقاء هوى و قوة التلوين بالمقارنة مع الطيف المتطرف "الأزرق" أو "الأحمر". على عكس "الأصفر" ، مع ذلك ، يكون اللون "سماوي" باهتًا بصريًا من ذروة استجابة "الأصفر والأخضر" في الخامس مخروط لأن س لا تساهم المخاريط بشكل كبير في إدراك النصوع.

وظيفة الخصم y / b البشري (التباين) مع حساسية الذروة عند 445 و 560 & # 160 نانومتر ، ونقطة بيضاء عند 495 & # 160 نانومتر وإخفاء البقعة الصفراء للاستجابة "الزرقاء"

يستمر هذا التباين بين الضوء ذي الطول الموجي القصير والطويل في رؤية الألوان البشرية مثل تباين الألوان الدافئ / البارد. هذا هو الأكثر عمومية تباين لوني في إدراك اللون ، ويبدو أن له تأثير قوي على تطوير واستخدام شروط اللون في جميع اللغات تقريبًا.

ما الذي يحدد موضع حساسيتي الذروة؟ أظهر J. & # 160Lythgoe و J.Partridge أن النظام البصري المخروطي المزدوج المتكيف مع الأوراق الخضراء والأغصان وفضلات التربة البنية لموائل الغابات يحصل على أكبر قدر ممكن لوني على النقيض عندما تقع حساسيات الذروة بين 420 & # 160nm إلى 450 & # 160nm (ب) و 510 & # 160 نانومتر إلى 580 & # 160 نانومتر (ص). تتضمن هذه النطاقات حساسيات الذروة لوظيفة خصم الرئيسيات y / b الموضحة أعلاه ، والقرود تطورت في موائل الغابات.

Metamerism # 038 عمى الألوان. هناك نوعان من القيود الهامة على النظام المرئي بناءً على منحني حساسية متداخلين جزئيًا. الأول هو أن التوزيعات المختلفة جدًا لأطوال موجات الضوء سوف يُنظر إليها على أنها نفس اللون ، وهذا يحدث بين كل من أحاسيس الألوان اللونية ("الملونة") واللونية ("البيضاء"). هذه المشكلة تسمى metamerism. تسمى التوزيعات الطيفية المتباينة التي تنتج نفس إحساس اللون قسائم. نظام المخروطين معرض بشكل خاص للارتباكات المترية.

تحدث العدادات كلما كان يتم تحفيز مخروطين بنفس النسب النسبية. تشمل الأمثلة الأكثر وضوحًا الألوان التي يُنظر إليها على أنها بيضاء ، عندما تكون التحفيز المخروطي 50:50. مثل منحنيات الانعكاس الطيفي يوضح أدناه ، يمكن أن يحدث هذا في أنماط الانعكاس التي تظهر على أنها غير متشابهة مثل اللون الرمادي أو الأخضر أو ​​الأرجواني في الرؤية ثلاثية الألوان.

metamers للأبيض (أو الرمادي) في نظام مرئي ثنائي المخروط

منحنيات الانعكاس الطيفي للرمادي (أعلى) ، أرجواني (وسط) أو أخضر (أسفل) تبدو غير قابلة للتمييز في نظام بصري مخروطي ثنائي

تحدث المشكلات الموازية عندما تنتج اختلافات اللون السطحي استجابات تناسبية متشابهة في الأقماع & # 151 على سبيل المثال ، بين الأخضر والأحمر ، أو البنفسجي والأزرق # 151 أو عندما يتغير لون الإضاءة دون تغيير الاستجابات المخروطية المتناسبة. هذه توسع إلى حد كبير الارتباكات المعيارية المحتملة.

هذه المشاكل تميز رؤية ثنائية اللون للإنسان أو عمى الألوان حيث عادةً ما يكون إما إل& # 160 أو م& # 160cones غائبة. يرى هؤلاء الأشخاص عددًا كبيرًا بشكل غير عادي من أجهزة القياس المادية في العالم اليومي ، وغالبًا ما تظهر اختلافات كبيرة في اللون بالنسبة لهم دقيقة جدًا. يمكن الخلط بين الثنائيات اللونية بسهولة من خلال اللون الأصفر والبني ، أو باللون الأزرق والأخضر والبنفسجي ، خاصةً عبر الأسطح ذات الإضاءة المتشابهة. يفقد اللون الأصفر خفته المميزة ، ويرى عادةً لونًا لونيًا أو "أبيض" في الطيف الموجود عند نقطة التوازن "السماوي" بين 490 & # 160 نانومتر إلى 500 & # 160 نانومتر.

القيد الثاني في نظام المخروطين هو إدراك التشبع أو كثافة تدرج اللون لا يمكن فصلها بسهولة عن الخفة. لا يوجد سوى مجموعتين محتملتين من مخرجات مخروطية: إضافتهما معًا لتحديد السطوع ، أو التباين بينهما لتحديد تدرج اللون. لا توجد مجموعة ثالثة لتعريف التشبع بشكل فريد.

على الرغم من ذلك ، تشير بعض الدراسات إلى أن ثنائيات اللون البشرية ترى اختلافات في التشبع ، خاصة عند نهايات الطيف ، ولكن بنصف حدة الألوان ثلاثية الألوان فقط. للقيام بذلك ، ربما يستخدم النظام المرئي تباين الخفة لتقدير درجة اللون ، من خلال مقارنة إضاءة السطح بخفة السطح الأكثر سطوعًا في العرض. عملية تسمى تحريض الخفة ينفذ هذا الحكم المتباين في الرؤية ثلاثية الألوان للإنسان. هذه هي الطريقة التي يمكننا بها رؤية الفرق في السطح اللوني بين أ داكن (رمادي) اللون وأ ضوء خافت (أبيض) باللون الأحمر إلى ألوان السطح الأخضر والأصفر ، حيث س& # 160 استجابة وحدة يمكن أن تكون صفرًا بشكل فعال ، نفس التباين يؤدي إلى ظهور الأسطح داكن (بني) بدلا من ضوء خافت (البرتقالي). (هذا موضح بمزيد من التفصيل في القسم الخاص بـ مناطق اللون غير المشبعة.)

فصل النصوع عن استجابات الصبغة في مخروطين

يتم تعريفه على أنه المجموع والفرق
من مخرجات L و M.

استجابة بصرية بشرية ثنائية النسق

استنادًا إلى Smith & # 038 Pokorny
أساسيات المخروط الطبيعي

يبدو أن نظام المخروطين محددًا على النحو الأمثل لتوفير وظيفة جديدة & # 151 التكيف اللوني إلى التحولات في مراحل النهار من الضوء الطبيعي ، من الضوء الأزرق الفاتح والبارد في الظهيرة إلى ضوء غروب الشمس الدافئ. تعمل هذه التغييرات في الإضاءة على تغيير التدرج الظاهر لألوان السطح: عند غروب الشمس ، سيظهر سطح أبيض أصفر أو برتقالي. في ثلاثي الألوان البشري وثنائي اللون على حد سواء ، يمكن ضبط حساسيات المخروط المنفصل لزيادة ب استجابة لتعويض الضوء "الأزرق" المنخفض ، وتقليل ص (ثلاثي الألوان L + م) استجابة لتعويض الضوء "الأحمر" المتزايد (على اليمين) ، والذي يجب أن يعيد النقطة البيضاء إلى موقعها المعتاد.

ومع ذلك ، فإن إدراك اللون في ثنائي اللون يتأثر بشكل كبير تباين النصوع & # 151 ثنائية اللون ترى أن ألوان الضوء تزداد احمرارًا كلما أصبحت باهتة. هذا يذهب في الاتجاه المعاكس لزيادة الحساسية التعويضية لـ ص مستقبلات ، وربما يعقد إدراك ألوان السطح الدافئة عبر التغييرات في شدة أو لونية الإضاءة.

رؤية ثلاثية الألوان. أخيرًا ، كل شيء الرئيسيات & # 151 من القردة والقردة والبشر & # 151 حصلوا على مجموعة ثانية من خلايا المستقبلات المتناقضة: إل& # 160 و م& # 160cones ، والتي تطورت من تغيير جيني في الثدييات ص مخروط.

لا يوجد سوى اختلاف بسيط بين إل& # 160 و م& # 160cones في التركيب الجزيئي ومتداخلة طيفية منحنيات الامتصاص، ولكن يكفي إنشاء ما يسميه مولون نظام ألوان جديد. يحدد هذا تباين تدرج اللون بين ضوء الطول الموجي المتوسط ​​("الأخضر") وضوء الطول الموجي الطويل ("الأحمر"). ترتبط هذه الخلايا أيضًا في علاقة تباين أو معارضة تحدد r / g وظيفة الخصم.

نظام بصري مخروطي ثانٍ

وظيفة خصم r / g البشري (التباين) مع حساسية الذروة عند 530 و 610 & # 160 نانومتر ، ونقطة بيضاء عند 575 & # 160 نانومتر وإخفاء البقعة الصفراء للاستجابة "الزرقاء"

الفائدة الرئيسية من ثلاثية الألوان هي أنها تخلق a تركيبة فريدة من الاستجابات المخروطية لكل طول موجي طيفي و تصور لا لبس فيه هوى. يعمل هذا على تحسين التعرف على الأشياء عندما تكون الأسطح متشابهة في الإضاءة أو مظللة بشكل عشوائي ، كما هو الحال تحت أوراق الشجر. كما أنه يُحسِّن بشكل كبير القدرة على فصل لون الضوء عن لون الأسطح ، لأنه يتم أيضًا تقليل قابلية الإنارة ثبات اللون تم تحسينه بشكل كبير.

التباين الطيفي بين
أشعة الشمس المباشرة وغير المباشرة
(السماء الزرقاء) الضوء

(من Wyszecki & Stiles ، 1982)

فائدة ثانية ثلاثية الألوان مهمة هي أنه يقلل الألوان القياسية إلى نكهات مختلفة من الرمادي حول النقطة البيضاء وإلى الأزرق الباهت والأرجواني (الرسم التخطيطي على اليمين). نتيجة لذلك ، انخفض عدد المطابقات المعدنية المادية بشكل جذري ، كما اكتشف أي شخص حاول مطابقة ألوان الطلاء المنزلية. في الواقع ، باستثناء الاختلافات التافهة ، هناك لا ملامح نفاثة metameric محتملة تحت مصدر ضوء "أبيض" متساوي للطاقة لأي لون عند تشبع متوسط ​​إلى عالي. في الواقع ، التشبع هو نوع من الثقة الإدراكية هوى يرمز بدقة إلى التركيب الطيفي من لون.

بالقرب من الرمادي ، بالإضافة إلى توليد عدد كبير جدًا من ألوان الأسطح المترية ، فهي أيضًا أكثر عرضة لتغير اللون من خلال خليط مطروح باستخدام لون مصدر الضوء & # 151 ، يغير ملف تعريف الانبعاث للضوء ، ويتغير لون السطح أيضًا. العدادات التي تظهر متطابقة في وقت الظهيرة في كثير من الأحيان تنتشر في ألوان مختلفة بصريا تحت ضوء الظهيرة المتأخر (أو الضوء المتوهج الداخلي) حيث تنتقل النقطة البيضاء من اللون الأزرق إلى الأصفر ، وعادة ما يتم تمديد هذا التشتت اللوني في الاتجاه الأحمر إلى الأخضر الذي يتم تمييزه بواسطة تباين r / g (الرسم التخطيطي على اليمين). هذه مشكلة خاصة لمصنعي السيارات ، الذين يجب عليهم اختيار مواد مختلفة من البلاستيك والنسيج والطلاء للحصول على تطابق اللون وتغييرات متطابقة للألوان عبر مختلف مراحل الضوء الطبيعي.

اللونية للألوان metameric في مخاليط الضوء

وتشتت المنور
المقاييس اللونية المنقولة (من Wyszecki & Stiles ، 1982)

ما الذي يفسر موقع توازن r / g الخصم أو النقطة "البيضاء" عند حوالي 575 & # 160nm ("أصفر")؟ هذا هو الاتجاه الطيفي التقريبي لكل من التحولات اللونية في ضوء النهار الطبيعي ودرجة اللون التقريبية لـ مرشحات ما قبل المستقبل. ونتيجة لذلك ، تتغير زاوية ضوء الشمس من الصباح إلى وقت متأخر بعد الظهر ، وبشكل تدريجي تعتيم العدسة عبر العمر ، لا تنتج أي تغيير محسوس في تباين r / g وبالتالي لا تغيير في اللون لا يمكن معالجته عن طريق تكييف توازن y / b. بحلول الوقت الذي يكتسب فيه ضوء الشمس مظهرًا ذهبيًا أو أصفرًا عميقًا ، يبدأ في التحول عن المحور y / b باتجاه الأحمر: ثم يسجل توازن r / g تغييرًا وتظهر ألوان السطح صبغة الضوء.

يظهر تفسير آخر مثير للاهتمام لنقطة التوازن "الصفراء" هذه في منحنيات الانعكاس لـ 1270 عينة لونية من كتاب لون مونسيل. تظهر المنحنيات الموجودة على اليمين 10 ألوان متطابقة في التشبع والقيمة ، متباعدة بالتساوي حول دائرة الصبغة. يبدو أن جميع المنحنيات تنعكس في منطقة صغيرة تتمحور حول 575 & # 160 نانومتر مما يعني أن المعلومات المقارنة حول منحنيات الانعكاس تكون في حدها الأدنى عند تلك النقطة.

نقطة التوازن r / g هذه غير حساسة للون اللوني لنفس السبب الذي يجعل الرافعة غير متوازنة بالوزن الموضوع فوق نقطة الارتكاز. يؤدي وضع نقطة التوازن "الصفراء" في منطقة ذات الحد الأدنى من معلومات الانعكاس إلى جعل رؤية اللون حساسة إلى أقصى حد للتغيرات النسبية "الخضراء" و "الحمراء" في ألوان السطح ، كما يسمح بدقة درجة اللون في النهاية "الحمراء" للطيف ، حيث س& # 160cones لا تقدم أي استجابة ، مثل النسبة النسبية لـ إل& # 160 و م& # 160 استجابة.

لماذا ليس 4 أو أكثر من المخاريط؟ السؤال الأخير هو: لماذا لا نملك أربعة أو أكثر من المخاريط؟ لماذا تتوقف بثلاثة فقط؟

منحنيات الانعكاس لعينات Munsell hue القياسية في خفة وتشبع ثابتين

يمكننا استبعاد احتمال أن العقبة هي تطور أصباغ ضوئية جديدة. حددت الجينات الجزيئية 10 اختلافات في الإنسان إل& # 160 و م& # 160photopigments ، والتي تنشئ مجموعتين من استجابات الذروة المتشابهة حول 530 & # 160nm و 555 & # 160nm (يمين). يتم تقسيم الذكور أيضًا تقريبًا بنسبة 50/50 بواسطة تعدد أشكال الأحماض الأمينية (سيرين للألانين) الذي يغير حساسية الذروة في 5 من هذه المتغيرات ، بما في ذلك الذكور العادي إل& # 160 صورة فوتوغرافية ، بحوالي 4 & # 160 نانومتر. أخيرًا ، من الممكن وراثيًا لحوالي 50 ٪ من الإناث التعبير عن صبغ ضوئي رابع "أحمر" وبعض الأفراد يحملون جينات لنوع واحد فقط من إل& # 160 و م& # 160 صورة فوتوغرافية بينما يحمل البعض الآخر إصدارات متعددة (مختلفة). يمكن أن تؤثر هذه المجموعات العديدة بشكل كبير على الاستجابات ثلاثية الألوان أو السبب عمى الألوان. ومع ذلك ، لا يزال يُفترض أن المخاريط تحتوي على نوع واحد فقط من التصبغ الضوئي أو تلك المخاريط ذات الإخراج الضوئي المتماثل كيميائيًا إلى مسارات الأعصاب الشائعة. هكذا، المخاريط والمسارات العصبية هي الوحدات الأساسية للرؤية ثلاثية الألوان، وليس التلوين الضوئي.

هناك اثنتا عشرة طريقة فريدة لتجميع أو تباين ثلاثة مخرجات مخروطية لتحديد تدرج الألوان: تستخدم رؤيتنا ستة متناقضات، بالإضافة إلى مجموع نصوع واحد. يتطلب هذا مسارًا عصبيًا فريدًا لسبع إشارات مختلفة تتطلب النواتج المتشابهة في نظام أربعة مخروط ما لا يقل عن 15 مسارًا تباينًا وإضاءة.

هناك ما يقرب من مليون من المسالك العصبية من العين إلى الدماغ ، وكل مسار يحمل المعلومات من ما يقرب من ستة مخاريط و 100 قضيب. يشير هذا إلى أن المسارات العصبية هي مورد يجب الحفاظ عليه. من شأن النظام اللوني المكون من أربع قنوات ، على الأقل ، مضاعفة هذا الحمل ، مما يقلل بشكل كبير من الحبيبات في معلومات شبكية العين أو يتطلب زيادة في المعالجة العصبية في شبكية العين وعرض النطاق الترددي في العصب البصري.

قد يصل التطور إلى نظام بصري أكثر تعقيدًا ، لكنه يتطلب تعديل قشرة بصرية متخصصة لتلقي وتفسير المخرجات الثلاثة المخروطية بإضافة مخروط رابع يعني إعادة هندسة الدماغ أيضًا. هذه التكاليف تفوق بكثير أي ميزة تكيفية يمكن أن تنتجها أربعة أقماع.

لماذا 3 مخاريط متباعدة بشكل سيئ؟ تؤدي الاعتبارات التطورية إلى سؤال أساسي: هو اللون حقا ما هو نظامنا البصري يتكيف مع الإدراك؟ من منظور التصميم ، فإن السؤال الأكثر إثارة للاهتمام ليس لماذا لدينا ثلاثة مخاريط بدلاً من أربعة ، ولكن لماذا الأساسيات الثلاثة للمخروط متباعدة بشكل غير متساو على طول الطيف وممثلة بشكل غير متساو (63٪ إل, 31% م& # 160 و 6٪ س) في شبكية العين. حدتنا للاختلافات في اللون (تدرج اللون والتشبع) سيتحسن بشكل كبير ، وسيتوسع طيفنا المرئي بشكل كبير ، إذا كانت منحنيات الحساسية المخروطية متباعدة بشكل متساوٍ وكانت نسب مخروط الشبكية متوازنة بشكل أفضل.

مضاعف إل& # 160 و م& # 160 بقع ضوئية تم تحديدها في شبكية العين البشرية

منحنيات من Backhaus ، Kliegl & # 038 Werner (1998) ذروة الأطوال الموجية من Merbs & # 038 Nathans (1992) خطوط تربط تعدد الأشكال السيرين / الألانين

الجواب يظهر في المهم بصري المشكلة التي تنشأ عندما تصبح العين الكبيرة حساسة لنطاق واسع من الطيف: انحراف لوني. عندما يمر الضوء من خلال العدسة ، تنكسر (عازمة) الأطوال الموجية "الزرقاء" بقوة أكبر من الأطوال الموجية "الحمراء" ، مما يتسبب في تركيز الصورة "الزرقاء" عند نقطة أمام الصورة "الحمراء" (الرسم التخطيطي على اليمين). يتسبب هذا في وجود هوامش متداخلة وملونة غير واضحة في صورة مركزة ، خاصة حول حواف الأنماط المعقدة للضوء والداكن ، مثل الفروع والأوراق التي تظهر على السماء (على اليمين). يؤدي الانحراف اللوني إلى تدهور خطير في حدة البصر ، كما هو الحال مع مشكلة بصرية ذات صلة ، تفاصيل التحقيق، ناتج عن الجزء الخارجي المستدير إلى حد ما من القرنية.

تحل الأدوات البصرية المصنعة هذه المشكلة بشطيرة من العدسات ، أبسطها يتكون من مزدوج محدب ومقعّر ، أحدهما يلغي الانحراف اللوني للآخر. دائمًا ما تكون العدسات الحيوانية محدبة (منتفخة) ، ويتطلب الثنائي اللوني طولًا بؤريًا طويلًا (نسبيًا أطول بكثير من قطر العين) ، لذا فإن المحلول المزدوج غير ممكن في عين كبيرة. ومع ذلك ، فإن الأطوال الموجية "الحمراء" تتطلب انحناء بصري أقل للتركيز ، مما يعني يتطلب الضوء "الأصفر" بصريات أقل دقة، خاصة في ضوء النهار الساطع ، عندما تكون فتحة العين صغيرة بالنسبة لبعدها البؤري وتصبح العين أساسًا كاميرا "ذات ثقب".

عالج التطور الانحراف اللوني ليس باستخدام العدسات المعقدة ولكن مع العديد من التعديلات الجديدة ، بعضها فريد من نوعه ، يقلل بشكل كبير من تأثيرات الأطوال الموجية "الزرقاء" و "البنفسجية" في النقرة والعين ككل:

& # 149 & # 160 القرنية التي تكون كروية في مركزها أكثر من محيطها ، مما يقلل تفاصيل التحقيق على الحواف.

& # 149 & # 160A القرنية والعدسة وقطر العين (الطول البؤري) التي تنتج الصورة الأكثر دقة في الأطوال الموجية "الصفراء" ، حيث تكون المتطلبات البصرية أقل تطرفًا.

& # 149 & # 160 تصفية ما قبل المستقبل في العدسة والصبغة البقعية ، وفي الصبغة الصفراء من الصبغة الضوئية المبيضة ، والتي تتحد لتصفية أكثر من نصف الضوء "الأزرق" و "البنفسجي" تحت 470 & # 160 نانومتر.

& # 149 & # 160A قوي حساسية الاتجاه لإلقاء الضوء على النقرة ( تأثير ستايلز كروفورد) ، الذي تم إنشاؤه بواسطة المحاذاة الموحدة للصبغ الضوئي في أقراص الجزء الخارجي ، مما يؤدي إلى تفاعل الصبغ الضوئي بقوة أقل مع الضوء القادم من الجانب ، والذي يكون في الغالب أطوال موجات "زرقاء" متناثرة.

& # 149 & # 160 عدد هائل من السكان (حوالي 94 ٪) من إل& # 160 و م& # 160 مستقبلات ، والتباعد الوثيق بين قمم الحساسية ، مما يحد من متطلبات التركيز الدقيق للأطوال الموجية "الخضراء الصفراء".

& # 149 & # 160A تمثيل متفرق بواسطة س& # 160 مستقبلات في العين (6٪ من الإجمالي) ، مما يقلل بشكل كبير من مساهمتها في التباين المكاني ، والقضاء التام تقريبًا على س& # 160cones من النقرة ، حيث يكون التركيز الحاد أمرًا بالغ الأهمية.

& # 149 & # 160 فصل معلومات السطوع (التباين) ومعلومات اللون في قنوات عصبية منفصلة لتقليل تأثير اللون على جودة التباين.

& # 149 & # 160 نيورال ترشيح الإشارات بواسطة إل& # 160 و م& # 160cones داخل نقرة يمنع معلومات الألوان في القوام المفصل والمتباين.

& # 149 & # 160 التصفية العصبية أعلى في النظام المرئي للقضاء على الانحراف اللوني من التجربة البصرية الواعية ، والتي يمكنها (بعد فترة من الضبط) إزالة الضبابية التي تحدث بشكل مصطنع عن طريق تشويه المنشور أو النظارات.

هذه التعديلات العديدة تمكن النقرة من أن تكون فعالة للغاية في تمييز الحافة، حتى في التباين القوي بين الضوء والظلام ، فإنها تعمل أيضًا على تحسين وضوح الصورة عندما يتم الجمع بين العينين بشكل مجسم ، مما يحسن بشكل كبير من إدراك العمق.

إن تقليل الانحراف اللوني إلى الحد الأدنى له فوائد عميقة للإنسان الحديث ، لأنه يجعل من الممكن التعرف على الأنماط الواضحة التي نحتاجها لقراءة النص ، أو إدراك العمق الحاد الضروري لتوجيه الأسلحة أو اصطياد الفريسة. لكن ماذا عن الرئيسيات المبكرة؟ كانوا صغارًا من سكان الأشجار ، وكان عليهم "قراءة" الخطوط العريضة لأطراف الأشجار المتشابكة في الفضاء والحكم على مدى القفز "للقبض" على فرع الهروب أو غصن الطعام المتدلي. يمكنك أن ترى هذه القدرة في الجرأة المذهلة التي تتدافع بها جميع الرئيسيات وتقفز عبر مسافات كبيرة بين أطراف الأشجار المرتفعة فوق الأرض ، حيث يمكن أن يتسبب سوء تقدير واحد في إصابة أو موت معطل. هذه هي الرهانات التي يمكن للتطور أن يلتصق بها.

هناك جانب سلبي طفيف للضغط الانتقائي القوي تجاه حدة البصر ونقص الضغط الانتقائي تجاه تمييز الألوان: عمى الألوان. لأن الجينات لكل من إل& # 160 و م& # 160photopigments موجودة بجانب بعضها البعض على كروموسوم X ، يؤدي عدم وجود جينات opsin المكررة في ذكور XY إلى اختلافات متكررة في إل& # 160 و م& # 160 صورة تجعلها متشابهة أو متطابقة كيميائيًا & # 151 ويمكن أن تجعل الفصل 25 & # 160 نانومتر بينهما يختفي. والنتيجة هي أشكال مختلفة من ثنائية اللون التي تؤثر على حوالي 5٪ من السكان ، جميعهم تقريبًا من الذكور.

هذا "عمى اللون الأحمر والأخضر" ناتج عن فقدانه إل& # 160 مكبرات (بروتوبيا، في 2٪ من الذكور) أو م& # 160 مكبرات (deuteranopia، في 6٪ من الذكور). (عدم وجود س& # 160cones أو تريتانوبيا يحدث في أقل من 0.01٪ من السكان.) يمكن تشخيص هذه الحالات باستخدام اختبارات إدراكية بسيطة للغاية ، مثل أقراص لون ايشيهارا. من اللافت للنظر أن العديد من الرجال لا يكتشفون (لا يتم إخبارهم) أنهم مصابون بعمى الألوان حتى سنوات المراهقة ، مما يوحي بقوة مرة أخرى بأن التمييز هوى ليس ضروريا لمعظم مهام الحياة. (لمزيد من المعلومات حول قصور رؤية الألوان ، راجع هذه الصفحة.)

انحراف لوني في عدسة بسيطة

يتم التركيز على الضوء "الأحمر" و "الأخضر"
بعيدًا عن الضوء "الأزرق"
 

الانحراف اللوني والحياة بين الأشجار

تفسير تطوري شائع حاليًا لـ L & # 150 م التمييز هو أنه يساعد في الكشف عن الفاكهة الحمراء بين الأوراق الخضراء ، فرضية "الكرز في الأوراق" (الصور ، يمين). ولكن يمكن أيضًا تفسيره على أنه تباين لوني مصمم لتقليل تأثيرات الانحراف اللوني حول نقطة توازن صفراء ، بحيث يصبح اللون الأحمر والأخضر داكنًا بالتساوي حول التركيز الأصفر.

لقد أخذ اكتشاف الحواف وإدراك العمق المستند إلى الأنماط في الضوء والظلام أولوية تطورية على أي مشاكل تنطوي على تمييز هوى ، وعلى هذه المحفزات البصرية تعتمد الثقافة والتوافق الاجتماعي والتواصل حقًا. يأتي الرسم التوضيحي في خريطة المناطق الأكثر ازدحامًا في الدماغ البشري: الروابط المتكاملة بين المناطق المرئية واللغوية.

خريطة لأكثر المناطق ازدحامًا في الدماغ البشري

بعد Hagmann P ، Cammoun L ، Gigandet X ، Meuli R ، Honey CJ ، et al. (2008)

نجد هذه الحافة والنمط أمرًا ضروريًا في فننا ووثائقنا & # 151 نقوشًا ، نقوشًا خشبية ، غسيل أحادي اللون ورسومات فحم أو قلم رصاص ، نص مطبوع ، أنماط قماشية ونسج نباتي & # 151 كل الفن الذي يجذب تمامًا إدراك العين أحادي اللون نمط وخط. ولا يتعلق الأمر برسومات بسيطة من أدوات بسيطة. حتى مع كل تقنيات الطباعة والاستنساخ لدينا ، لا تزال الرسومات النصية والهندسية تستبعد الألوان المتنوعة لزيادة وضوح المستند وقابلية تفسيره.

كما نقول: "أن ترى" تعني "أن تفهم" ، وأن تفهم يعني أن ترى بوضوح، ليس بشكل ملون.

المرجع الأساسي لجميع الأشياء المضيئة واللونية واللونية علم الألوان: المفاهيم والطرق والبيانات الكمية والصيغة # 230 (الإصدار الثاني) بواسطة G & uumlnter Wyszecki و W.S. Stiles (John Wiley: 1982) ، شبه موسوعي لكنها تظهر عمرها. أفضل نظرة عامة على رؤية الألوان التي رأيتها & # 151 مدمجة وغنية بالمعلومات ومحدثة ، على الرغم من التأكيد على العمليات الإدراكية الأساسية وقياس الألوان & # 151 هي علم اللون (الطبعة الثانية) حرره ستيفن شيفيل (الجمعية البصرية الأمريكية ، 2003). أنا متحيز بشكل خاص إلى نظرة عامة على الأساليب التجريبية والأدلة في Human & # 160Color Vision (الإصدار الثاني) بقلم بيتر كايزر وروبرت بوينتون (الجمعية البصرية الأمريكية ، 1994). قام بيتر كايزر أيضًا بتأليف موقع ويب واضح على مباهج الرؤية. رؤية الألوان: وجهات نظر من تخصصات مختلفة (de Grutyer ، 1998) ، تم تحريره بواسطة Werner Backhaus و Reinhold Kliegl & John Werner ويحتوي على مجموعة متنوعة من الفصول المثيرة للاهتمام ، بما في ذلك دراسة لعيون مونيه الشيخوخة.

المراجعة الأولى للون ورؤية الألوان من حيث صلتها بالطباعة والتصوير والفيديو التناظري استنساخ اللون (الطبعة السادسة) بواسطة R.W.G. هانت (جون وايلي: 2004). مقدمة في علوم التصوير الملون بقلم Hsien-Che Lee (مطبعة جامعة كامبريدج: 2005) هو في الواقع مناقشة متعمقة لموضوعات الألوان ذات الصلة بتقنيات التصوير الملون ، بما في ذلك التصوير الرقمي. نص له تغطية موضعية مماثلة لـ Hunt ولكن أقل نظرية رسمية مبادئ بيلماير وسالتزمان لتكنولوجيا الألوان (الطبعة الثالثة) بقلم روي إس بيرنز (وايلي إنترسينس: 2000).

رؤية الضوء: البصريات في الطبيعة والتصوير الفوتوغرافي واللون والرؤية والتصوير المجسم بواسطة David Falk ، Dieter Brill & # 038 David Stork (John Wiley: 1986) هو اجتياز انتقائي ولكنه عملي للغاية وموضح جيدًا لكل ظاهرة لونية معروفة تقريبًا ذات صلة بتقنيات التصوير الحديثة. اللون للعلوم والفنون والتكنولوجيا من تحرير كورت ناسو (شمال هولندا: 1997) مجموعة متنوعة من الفصول غير العادية إلى حد ما حول اللون ، مثل "الأسباب الخمسة عشر للون" و "اللون في الرسم التجريدي" و "الأصباغ العضوية وغير العضوية" و "المواد البيولوجية والعلاجية" تأثيرات الضوء ".


أدخل العين

The-Eye هي عبارة عن منصة غير ربحية يقودها المجتمع مخصصة للأرشفة والحفظ طويل الأجل لأي وكل البيانات بما في ذلك على سبيل المثال لا الحصر. مواقع الويب والكتب والألعاب والبرامج والفيديو والصوت والأفكار الغامضة الرقمية الأخرى.

يتيح لنا The-eye.eu كدليل مفتوح تقديم أجزاء كبيرة من البيانات إلى المجتمع الذي يساعد في العثور عليها وتوفيرها.

نستضيف حاليًا مجموعات بيانات متنوعة كبيرة الحجم تصل إلى ملايين الملفات بتنسيق 140 تيرابايت من البيانات ويمكنك عرض إحصائيات النطاق الترددي في الوقت الفعلي هنا.

إن العيش بدون معرفة تاريخنا وأصلنا وثقافتنا الماضية يشبه شجرة بلا جذور. الإنترنت هو منصة عالمية لتبادل المعلومات. إنه مجتمع المصالح المشتركة.

مهمتنا في The Eye هي الحفاظ على أجزاء من التاريخ الرقمي. نحن أمناء مكتبات رقمية.

وُلدت The-Eye في أبريل 2017 ، وبدأت كمشروع جانبي يوفر موردًا عامًا لمجموعات مختلفة أصغر بكثير مما نتعامل معه اليوم.

اعتبارًا من أواخر عام 2020 ، نشهد أكثر من 300 مليون طلب تصل إلى أكثر من 1000 تيرابايت من المحتوى يتم تقديمها إلى ملايين الزوار الفريدين كل شهر

ندفع 650 دولارًا شهريًا لتغطية تكاليف التشغيل الأساسية (الخوادم وعرض النطاق الترددي وما إلى ذلك) ويتم تمويلها بالكامل من المجتمع.

تمتلك The-Eye مجتمعًا راسخًا ونشطًا على Discord.

نحن كثيرًا ما ننشر الأخبار والقمم المتسللة والمحتوى الحصري ونشارك بنشاط في مجتمعنا.

إذا كنت مهتمًا بمعرفة المزيد عن The-Eye ، أو لديك أي اقتراحات ، أو ترغب فقط في التسكع ، فقد وجدت منزلًا جديدًا.


مزروع بالكامل

& # 8220 قال زغلول إن لديه إمكانية كجهاز عصبي يمكن زراعته بالكامل. & # 8220 عالم جديد. يمكن دمج الشريحة مباشرة في العين وتوصيلها بالأعصاب التي تنقل الإشارات إلى القشرة البصرية للدماغ.

لصنع الرقاقة ، ابتكر الفريق أولاً نموذجًا لكيفية اتصال الخلايا العصبية الحساسة للضوء والخلايا العصبية الأخرى في شبكية العين بضوء العملية. لقد صنعوا نسخة من السيليكون باستخدام تقنيات التصنيع المستخدمة بالفعل في صناعة رقائق الكمبيوتر.

يبلغ حجم رقاقاتهم 3.5 × 3.3 ملم وتحتوي على 5760 ترانزستورًا ضوئيًا من السيليكون ، والتي تحل محل الخلايا العصبية الحساسة للضوء في شبكية العين الحية. هذه مرتبطة بما يصل إلى 3600 ترانزستور ، والتي تحاكي الخلايا العصبية التي تعالج معلومات الضوء وتمررها إلى الدماغ لمعالجة أعلى. هناك 13 نوعًا مختلفًا من الترانزستور ، لكل منها أداء مختلف قليلاً ، تحاكي أنواعًا مختلفة من الخلايا العصبية الفعلية.

& # 8220 يقول زغلول إنه يقوم بعمل جيد مع بعض الوظائف التي تؤديها شبكية العين الحقيقية. على سبيل المثال ، يمكن لشريحة شبكية العين التكيف تلقائيًا مع الاختلافات في شدة الضوء والتباين. يقول باتريك ديجانير ، خبير علم الأعصاب في إمبريال كوليدج لندن بالمملكة المتحدة ، إن الأمر الأكثر إثارة للإعجاب هو أنه يتعامل أيضًا مع الحركة بنفس طريقة شبكية العين الحية.


ما هي دقة عين الإنسان بالميغابكسل؟

ما هي دقة العين البشرية بالميغابكسل؟ ظهر في الأصل على Quora: شبكة مشاركة المعرفة حيث يجيب الأشخاص ذوو الرؤى الفريدة على الأسئلة المقنعة.

إجابة ديف هاي ، مهندس ، موسيقي ، تصوير / مصور فيديو ، على Quora:

ما هي دقة العين البشرية بالميغابكسل؟ حسنًا ، لن تتطابق مباشرةً مع كاميرا العالم الحقيقي. لكن واصل القراءة.

في معظم الكاميرات الرقمية ، لديك وحدات بكسل متعامدة: فهي في نفس التوزيع عبر المستشعر (في الواقع ، شبكة شبه مثالية) ، وهناك مرشح (عادةً مرشح "Bayer" ، سمي على اسم Bryce Bayer ، العالم الذي مصفوفة الألوان المعتادة) التي توفر وحدات بكسل باللون الأحمر والأخضر والأزرق.

لذلك ، بالنسبة للعين ، تخيل مستشعرًا بعدد هائل من البكسلات ، حوالي 120 مليون. توجد كثافة بكسل أعلى في وسط المستشعر ، ويتم تصفية حوالي 6 ملايين فقط من هذه المستشعرات لتمكين حساسية الألوان. وبالطبع ، فقط حوالي 100000 حاسة للأزرق! أوه ، وبالمناسبة ، لا يتم جعل هذا المستشعر مسطحًا ، ولكن في الواقع ، شبه كروي ، بحيث يمكن استخدام عدسة بسيطة جدًا بدون تشوهات ، يجب أن تظهر عدسات الكاميرا الحقيقية على سطح مستو ، وهو أمر أقل طبيعية. الطبيعة الكروية للعدسة البسيطة (في الواقع ، تحتوي العدسات الأفضل عادةً على عدد قليل من العناصر شبه الكروية).

هذا هو حوالي 22 مم قطريًا في المتوسط ​​، وهو أكبر قليلاً من مستشعر مايكرو بأربعة أثلاث ، لكن الطبيعة الكروية تعني أن مساحة السطح تبلغ حوالي 1100 مم 2 ، وهو أكبر قليلاً من مستشعر الكاميرا ذي الإطار الكامل مقاس 35 مم. أعلى دقة بكسل على مستشعر 35 مم موجودة في Canon 5Ds ، والتي تحشو 50.6 ميجابكسل في حوالي 860 مم ^ 2.

هذا هو الجهاز. لكن هذا ليس العامل المقيد للقرار الفعال. يبدو أن العين ترى "بشكل مستمر" ، لكنها دورية ، وهناك نوع من معدل الإطارات سريع حقًا ، لكن هذا ليس هو المهم. تكون العين في حركة مستمرة من أجهزة الاستشعار الدقيقة التي تحدث عند حوالي 70-110 هرتز. يعمل دماغك باستمرار على دمج مخرجات عينك أثناء تحركها في الصورة التي تراها بالفعل ، والنتيجة هي أنه ما لم يتحرك شيء بسرعة كبيرة ، فإنك تحصل على دقة فعالة من 120 ميجابكسل إلى شيء أقرب إلى 480 ميجابكسل مثل الصورة. شيدت من عينات متعددة.

وهو أمر منطقي تمامًا - يمكن لأدمغتنا أن تفعل هذا النوع من المشاكل كمعالج موازٍ بأداء يضاهي أسرع الحواسيب الفائقة التي نمتلكها اليوم. عندما ندرك صورة ، هناك معالجة منخفضة المستوى للصور ، بالإضافة إلى عمليات متخصصة تعمل على مستوى أعلى من التجريدات. على سبيل المثال ، نحن البشر جيدون حقًا في التعرف على الخطوط الأفقية والعمودية ، بينما يمتلك جيراننا من الضفادع الودودة معالجة متخصصة في أدمغتهم البسيطة نسبيًا بحثًا عن جسم صغير يطير عبر المجال البصري: لقد أكل هذا الطيران للتو. نقوم أيضًا بمطابقة نمط ثابتة لما نراه في ذاكرتنا للأشياء. لذلك نحن لا نرى شيئًا فقط ، بل نتعرف فورًا على كائن ونستدعى مكتبة كاملة من المعلومات حول هذا الشيء الذي رأيناه للتو.

جانب آخر مثير للاهتمام في معالجة الصور داخل الدماغ هو أننا لا نطلب أي دقة معينة. مع تقدم أعيننا في السن وعدم قدرتنا على الرؤية أيضًا ، تنخفض الدقة الفعالة لدينا ، ومع ذلك ، فإننا نتكيف. على المدى القصير نسبيًا ، نتكيف مع ما يمكن للعين رؤيته بالفعل ، ويمكنك تجربة ذلك في المنزل. إذا كنت تبلغ من العمر ما يكفي لقضاء الكثير من الوقت أمام تلفزيون Standard Definition ، فقد اختبرت هذا بالفعل. تكيف عقلك مع الجودة الرهيبة إلى حد ما لتلفزيون NTSC (أو جودة تلفزيون PAL الأقل فظاعة ولكن لا تزال سيئة) ، ثم قفز إلى VHS ، والذي كان أسوأ مما يمكن أن تحصل عليه عبر البث. عندما بدأ التشغيل الرقمي ، بين VideoCD و DVRs المبكرة مثل TiVo ، كانت الجودة رهيبة حقًا ، ولكن إذا شاهدت الكثير منها ، فقد توقفت عن ملاحظة الجودة بمرور الوقت إذا لم تفكر في ذلك. سيصاب عارض HDTV اليوم ، بالعودة إلى تلك الوسائط القديمة ، بخيبة أمل حقًا ، ويرجع ذلك في الغالب إلى انتقال عقولهم إلى تجربة فيديو أفضل وإسقاط تلك التعديلات التلفزيونية السيئة بمرور الوقت.

بالعودة إلى الصورة متعددة العينات لكاميرات ثانية ، قم بذلك. في الإضاءة الخافتة ، تتمتع العديد من الكاميرات اليوم بالقدرة على متوسط ​​عدة صور مختلفة أثناء الطيران ، مما يعزز الإشارة ويقلل من الضوضاء التي يقوم بها دماغك أيضًا في الظلام. حتى أننا نقوم بعمل شيء "microtremor" في الكاميرات. يحتوي أوليمبوس OM-D E-M5 Mark II الأخير على وضع "hires" يأخذ ثماني لقطات مع تعديل 1/2 بكسل ، لتقديم ما هو أساسًا صورتان بدقة 16 ميجابكسل في RGB كامل (لأن خطوات البكسل الكاملة تضمن أخذ عينات لكل بكسل في R ، G ، B ، G) ، إزاحة واحدة بمقدار 1/2 بكسل عن الأخرى. إن إقحام هذه الصور البينية كشبكة بكسل عادية يوفر 64 ميجابكسل ، لكن الدقة الفعالة تشبه 40 ميجابكسل ، ولا تزال قفزة كبيرة من 16 ميجابكسل. أظهر هاسيلبلاد شيئًا مشابهًا في عام 2013 قدم لقطة بدقة 200 ميجابكسل ، كما تقوم بنتاكس أيضًا بإصدار كاميرا بشيء مثل هذا مدمج.

نحن نقوم بإصدارات بسيطة من وظائف الدماغ عالية المستوى أيضًا في كاميراتنا. يمكن لجميع أنواع الكاميرات ذات الطراز الحالي القيام بالتعرف على الوجوه والتتبع ، والتركيز على المتابعة ، وما إلى ذلك ، فهي ليست جيدة في ذلك مثل تركيبة العين / الدماغ ، لكنها تعمل بشكل جيد لمثل هذه الأجهزة الضعيفة.

لقد تأخروا بضع مئات الملايين من السنين فقط.

ظهر هذا السؤال في الأصل على موقع Quora. اطرح سؤالاً واحصل على إجابة رائعة. تعلم من الخبراء والوصول إلى المعرفة الداخلية. يمكنك متابعة Quora على Twitter و Facebook و Google+. المزيد من الأسئلة:


الكاميرا والعين (تصفية المعلومات) - علم الأحياء

عندما نرى شيئًا ما ، فإن ما نراه هو في الواقع ضوء منعكس. ترتد أشعة الضوء من الأشياء إلى أعيننا.

العيون أعضاء مذهلة ومعقدة. لكي نتمكن من الرؤية ، يدخل الضوء إلى أعيننا من خلال البقعة السوداء في المنتصف والتي هي في الحقيقة ثقب في العين يسمى التلميذ. يمكن أن يغير التلميذ أحجامه بمساعدة الجزء الملون من حوله ، وهي عضلة تسمى القزحية. من خلال فتح وإغلاق البؤبؤ ، يمكن للقزحية التحكم في كمية الضوء التي تدخل العين. إذا كان الضوء شديد السطوع ، فسوف يتقلص التلميذ للسماح بدخول ضوء أقل وحماية العين. إذا كان الظلام ، فإن القزحية تفتح البؤبؤ حتى يدخل المزيد من الضوء إلى العين.

بمجرد أن يدخل الضوء في أعيننا ، فإنه يمر عبر السوائل ويهبط على شبكية العين في الجزء الخلفي من العين. تحول شبكية العين أشعة الضوء إلى إشارات يستطيع دماغنا فهمها. تستخدم شبكية العين خلايا حساسة للضوء تسمى قضبان وأقماع لرؤية. القضبان حساسة جدًا للضوء وتساعدنا على الرؤية عندما يحل الظلام. تساعدنا الأقماع على رؤية اللون. هناك ثلاثة أنواع من الأقماع كل منها يساعدنا على رؤية لون مختلف للضوء: الأحمر والأخضر والأزرق.

من أجل تركيز الضوء على شبكية العين ، تمتلك أعيننا عدسة. يرسل الدماغ إشارات تغذية مرتدة إلى العضلات حول العدسة لإخبارها بكيفية تركيز الضوء. تمامًا مثل الطريقة التي تعمل بها الكاميرا أو المجهر ، عندما نضبط العدسة ، يمكننا جعل الصورة موضع التركيز. عندما لا تستطيع العدسة والعضلات تركيز الضوء بشكل صحيح تمامًا ، ينتهي بنا الأمر بالحاجة إلى نظارات أو جهات اتصال لمساعدة أعيننا على الخروج.

تقوم قضبان الشبكية ومخاريطها بتحويل الضوء إلى إشارات كهربائية لدماغنا. يأخذ العصب البصري هذه الإشارات إلى الدماغ. يساعد الدماغ أيضًا في التحكم في العين لمساعدتها على التركيز والتحكم في المكان الذي تبحث فيه. تتحرك كلتا العينين معًا بسرعة ودقة للسماح لنا بالرؤية بمساعدة الدماغ.

من خلال مقلتي عين ، يحصل دماغنا على صورتين مختلفتين قليلاً من زوايا مختلفة. على الرغم من أننا "نرى" صورة واحدة فقط ، إلا أن الدماغ يستخدم هاتين الصورتين لتزويدنا بمعلومات عن مدى بعد شيء ما. وهذا ما يسمى إدراك العمق.


تم تمويل HL من قبل Lundbeck Foundation و Novo Nordisk Foundation و Velux Foundations و Helga og Peter Kornings Fond. تم تمويل CW من قبل مؤسسة نوفو نورديسك.

الانتماءات

كلية نانسي إي وبيتر سي مينيج للهندسة الطبية الحيوية ، جامعة كورنيل ، 304 ويل هول ، إيثاكا ، نيويورك ، 14853-7202 ، الولايات المتحدة الأمريكية

هنريك لوريسين وسيلينا جونزاليس وجوناثان تي بوتشر

قسم الطب السريري ، جامعة آرهوس ، Palle Juul-Jensens Boulevard 99 ، 8200 ، آرهوس إن ، الدنمارك

Henrik Lauridsen & amp Michael Pedersen

جامعة ولاية كاليفورنيا ، 333 S Twin Oaks Valley Rd ، سان ماركوس ، كاليفورنيا ، 92096 ، الولايات المتحدة الأمريكية

مختبر كورنيل لعلم الطيور ، جامعة كورنيل ، 159 طريق سابسوكر وودز ، إيثاكا ، نيويورك ، 14850 ، الولايات المتحدة الأمريكية

دانييلا هيدويج & أمبير ؛ بيتر هـ. وريج

مركز صحة الحيوانات والحيوانات البرية ، حديقة حيوان كوبنهاغن ، روسكيلديفي 32 ، 2000 ، فريدريكسبيرج ، الدنمارك

كاثرين إل بيرين ، كاثرين جيه.أيه.ويليامز وأمبير مادس إف بيرتلسن

قسم العلوم السريرية البيطرية ، كلية الصحة والعلوم الطبية ، جامعة كوبنهاغن ، Dyrlægevej 6 ، 1870 ، Frederiksberg C ، الدنمارك


شاهد الفيديو: My New Camera!!! Plus the filters u0026 settings I use for Instagram. Laureen Uy (أغسطس 2022).