Сколько цветов воспринимает человеческий глаз: Как много цветов способен различать человеческий глаз?
Сколько тонов видит человеческий глаз. Что такое на самом деле цветное зрение. Причины нарушений цветового зрения
Орган человеческого зрения это не растровая камера. Глаза это уникальный сложнейший механизм , которые все время воспринимают любую внешнюю информацию и переводящий ее в идеальное панорамную «объектную» картинку. Поэтому медики отвечают, что количество мегапикселей в глазу человека равняется нулю. Система зрительного восприятия работает по совершенно иным принципам, нежели цифровая и сенсорная техника. Густота и концентрация палочек и колбочек настолько впечатляющая, что матрицам современных камер ее точно не достичь. Глаза воспринимают аналоговые изображения, а не оцифровывают его, поэтому сравнение нашего зрительного восприятия с ПЗС матрицей, это не более чем интересное развлечение, не имеющее под собой научного основания.
Сколько ресниц у человека на одном глазу?
Ресницы (Cilia)это щетинистые волоски, которые обрамляют глаз снизу и сверху.
Они выполняют не только роль эстетического украшения внешности, а и служат защитным барьером от всевозможных загрязнений, попаданий пыли, пота и мелких инородных предметов.
- Ресницы растут на протяжении всей жизни человека. У молодых людей они растут и обновляются интенсивней, а людей старшего возраста растут медленней, становятся реже и тоньше.
- Средний период обновления волосков у человека составляет 8-9 недель.
- Защитные волоски на краях век начинают образовываться еще в утробе матери, примерно на седьмой неделе внутриутробного развития.
- За всю жизнь общая длина ресничек, выросших и выпавших у человека, достигает 30 метров.
- Количество ресниц это не постоянная величина, в среднем она варьируется от 250 до 400 штук на одном глазу. Причем на верхнем веке их в два раза больше чем на нижнем.
- На 97% щетинистые волоски состоят из кератина, и лишь на 3% из воды.
Клещи на ресницах глаз у человека — опасно ли это?
Демодекс или как говорят в народе глазной клещ, это весьма распространенная проблема.
Основные симптомы заражения
- Появление зуда, припухлости и покраснения век.
- Образование корочек на ресничных корнях.
- Повышенное выпадение ресниц и усиленное шелушение.
- Ухудшение зрения, появление светобоязни развитие аллергических реакций.
Как только вы заметили у себя вышеперечисленные признаки, обратитесь к офтальмологу для установления диагноза и определения схемы последующего лечения.
Сколько оттенков различает глаз человека?
И напоследок немного интересной информации об удивительных возможностях нашего зрения. В цветовом пространстве, доступному обычному человеку около семи миллионов цветов и оттенков, различной валентности.
Обычного человека около 150 основных , профессионала – до 10-15 тысяч , при определенных условиях глаз человека отличает действительно несколько миллионов цветовых валентностей, так составляют таблицы для американских астронавтов. Цифры могут меняться с учетом тренировки, состояния человека, условий освещенности и других факторов.
Если верить источнику – «Биология в вопросах и ответах» – Цветовое пространство» нормального человека содержит примерно 7 млн. различных валентностей, включая небольшую категорию ахроматических и весьма обширный класс хроматических. Хроматические валентности поверхностной окраски объекта характеризуются тремя феноменологическими качествами: тоном, насыщенностью и светлотой.
Исследования показали, что на видимом участке спектра глаз человека способен различать при благоприятных условиях около 100 оттенков по цветовому фону. По всему спектру, дополненному чистыми пурпурными цветами, в условиях достаточной для цветоразличения яркости, число различаемых оттенков по цветовому тону достигает 150.
Эмпирически установлено, что глаз воспринимает не только семь основных цветов, но и огромное множество промежуточных оттенков цвета и цветов, полученных от смешения света разных длин волн. Всего насчитывается до 15000 цветовых тонов и оттенков.
Наблюдатель с нормальным цветовым зрением при сопоставлении различно окрашенных предметов или разных источников света может различать большое количество цветов.
Натренированный наблюдатель различает по цветовым тонам около 150 цветов, по насыщенности около 25, по светлоте от 64 при высокой освещенности до 20 при пониженной.
По-видимому, разночтение справочных данных связано с тем, что восприятие цвета может частично меняться в зависимости от психофизиологического состояния наблюдателя, степени его тренированности, условий освещения и т. п.
Информация
Видимое излучение
– электромагнитные волны, воспринимаемые человеческим глазом, которые занимают участок спектра с длиной волны приблизительно от 380 до 740 нм. Такие волны занимают частотный диапазон от 400 до 790 терагерц. Электромагнитное излучение с такими длинами волн также называется видимым светом , или просто светом . Первые объяснения спектра видимого излучения дали Исаак Ньютон в книге «Оптика» и Иоганн Гёте в работе «Теория Цветов», однако ещё до них Роджер Бэкон наблюдал оптический спектр в стакане с водой.Глаз – сенсорный орган человека и животных, обладающий способностью воспринимать электромагнитное излучение в световом диапазоне длин волн и обеспечивающий функцию зрения.
У человека через глаз поступает около 90 % информации из окружающего мира. Даже простейшие беспозвоночные животные обладают способностью к фототропизму благодаря своему, пусть крайне несовершенному, зрению.
Сколько цветов распознает человеческий глаз
С давних времен ученые определяли количество распознаваемых человеком цветов и оттенков по-разному. Сейчас они сходятся во мнении, что существует около 150000 цветовых тонов и оттенков. При этом человеческий глаз в обычных может различать порядка 100 оттенков по цветовому фону. Способность распознавать большее количество цветов можно натренировать. Художники, декораторы, дизайнеры и люди схожих профессий могут различать около 150 цветов по цветовым тонам, порядка 25 по насыщенности и до 64 по уровню света.Приведенные цифры могут меняться в зависимости от степени натренированности человека, его физиологического состояния, а также условий освещенности. Например, при определенных условиях человек может различить порядка 500 оттенков серого цвета.
А если сравнить с фотоаппаратом
В эпоху цифровых фотоаппаратов и камер интересным будет сопоставление светочувствительных рецепторов сетчатки с мегапикселями фотокамер. Переведя цветовосприимчивость глаза человека на язык цифровых камер, можно сказать, что в каждом глазу будет примерно по 120-140 мегапикселей.
У современных фотокамер среднее количество пикселей на порядок меньше, следовательно и плотность пикселей на миллиметр будет ниже. Именно поэтому угловое разрешение у глаза будет в несколько раз выше, чем у камеры с фокусным расстоянием объектива 23 мм (именно таким фокусным расстоянием обладает хрусталик глаза).– это окна в мир и зеркало нашей души. Но насколько хорошо мы знаем наши глаза?
Знали ли вы, сколько весят наши глаза? Или сколько оттенков серого мы способны увидеть?
Знали ли вы, что карие глаза – это голубые глаза с коричневой прослойкой сверху?
Вот несколько интересных фактов о глазах, которые вас удивят.
Цвет глаз человека
1. Карие глаза на самом деле голубые под коричневым пигментом. Существует даже лазерная процедура, которая позволяет превратить карие глаза в голубые навсегда.
2. Зрачки глаз расширяются на 45 процентов, когда мы смотрим на того, кого любим .
3. Роговица глаз человека так похожа на роговицу акулы, что последнюю используют в качестве заменителя при операциях на глазах.
4. Вы не можете чихнуть с открытыми глазами .
5. Наши глаза могут различить около 500 оттенков серого .
6. Каждый глаз содержит 107 миллионов клеток , и все они чувствительны к свету.
7. Каждый 12-й представитель мужского пола – дальтоник.
8. Глаз человека видит только три цвета: красный, синий и зеленый . Остальные цвета являются сочетанием этих цветов.
9. Диаметр наших глаз составляет около 2,5 см, и они весят около 8-ми грамм .
Строение глаз человека
10. Из всех мышц нашего тела, мышцы, контролирующие наши глаза – самые активные.
11. Ваши глаза всегда останутся такого же размера, что и при рождении , а уши и нос не перестают расти.
12. Только 1/6 часть глазного яблока видна.
13. В среднем за всю жизнь мы видим около 24 миллионов разных изображений .
14. Ваши отпечатки пальцев имеют 40 уникальных характеристик, в то время как радужная оболочка глаза – 256.
Именно по этой причине сканирование сетчатки используется в целях безопасности.
15. Люди говорят «не успеешь глазом моргнуть», так как это самая быстрая мышца в теле. Моргание длится около 100 – 150 миллисекунд, и вы
16. Глаза обрабатывают около 36 000 частиц информации каждый час.
17. Наши глаза фокусируются примерно на 50 вещах в секунду .
18. Наши глаза моргают в среднем 17 раз в минуту, 14 280 раз в день и 5,2 миллиона раз в год.
19. Идеальная продолжительность зрительного контакта с человеком, которого вы впервые встретили, составляет 4 секунды. Это нужно, чтобы определить какой у него цвет глаз.
Мозг и глаза
20. Мы видим мозгом, а не глазами . Во многих случаях размытое или плохое зрение вызвано не глазами, а проблемами со зрительной корой мозга.
21. Изображения, которые отправляются в наш мозг, на самом деле перевернуты.
22. Глаза используют около 65 процентов ресурсов мозга .
Это больше чем любая другая часть тела.
23. Глаза начали развиваться около 550 миллионов лет назад. Самым простым глазом были частицы белков фоторецепторов у одноклеточных животных.
24. Каждая ресница живет около 5 месяцев .
26. У глаз осьминога нет слепого пятна, они развились отдельно от других позвоночных.
27. Около 10 000 лет назад у всех людей были карие глаза , пока у человека, жившего в области Черного моря, не появилась генетическая мутация, которая привела к появлению голубых глаз.
28. Извивающиеся частички, появляющиеся в ваших глазах, называются «плавающие помутнения «. Это тени, отбрасываемые на сетчатку крошечными нитями белка внутри глаза.
29. Если вы зальете холодную воду в ухо человеку, глаза переместятся в направлении противоположного уха. Если вы зальете теплую воду в ухо, глаза переместятся к тому же уху. Этот тест, называемый «калорическая проба», используется для определения повреждения мозга.
Признаки болезни глаза
30.
Если на фотографии со вспышкой у вас только один глаз красный , есть вероятность наличия у вас опухоли глаз (в случае если оба глаза смотрят в одном направлении в камеру). К счастью уровень излечения составляет 95 процентов.
31. Шизофрению можно определить с точностью до 98,3 процентов с помощью обычного теста на движение глаз.
32. Люди и собаки – единственные, кто ищут зрительные подсказки в глазах других, а собаки делают это только, общаясь с людьми.
33. Примерно у 2 процентов женщин есть редкая генетическая мутация , благодаря которой у них наблюдается дополнительная колбочка сетчатки. Это позволяет им видеть 100 миллионов цветов.
34. Джонни Депп слеп на левый глаз и близорук на правый.
35. Зафиксирован случай сиамских близнецов из Канады, у которых общий таламус. Благодаря этому они могли слышать мысли друг друга и видеть глазами друг друга .
Факты о глазах и зрении
36. Глаз человека может делать плавные (не прерывистые) движения, только если следит за движущимся объектом.
37. История циклопов появилась благодаря народам средиземноморских островов, которые обнаружили останки вымерших карликовых слонов. Черепа слонов была в два раза больше черепа человека, а центральная носовая полость часто ошибочно принималась за глазницу.
38. Космонавты не могут плакать в космосе из-за гравитации. Слезы собираются в маленькие шарики и начинают пощипывать глаза.
39. Пираты использовали повязку на глаза , чтобы быстро адаптировать зрение к среде над палубой и под ней. Таким образом, один глаз у них привыкал и к яркому свету, а другой к тусклому.
40. Вспышки света, которые вы видите в глазах, когда потираете их, называются «фосфен».
41. Существуют цвета, которые слишком сложные для человеческого глаза, и их называют «невозможные цвета «.
42. Если вы поместите две половинки мячиков от пинг-понга на глаза и будете смотреть на красный свет, слушая радио, настроенное на помехи, то у вас появятся яркие и сложные галлюцинации .
Этот метод называется процедура Ганцфелда .
43. Мы видим определенные цвета, так как это единственный спектр света, которые проходит сквозь воду – область, где появились наши глаза. Не существовало никаких эволюционных причин на земле, чтобы видеть более широкий спектр.
44. Астронавты миссии Аполлона рассказывали о том, что видели вспышки и полосы света, когда закрывали глаза. Позже выяснилось, что это было вызвано космической радиацией, облучавшей их сетчатку за пределами магнитосферы Земли.
45. Иногда люди, страдающие афакией – отсутствием хрусталика, сообщают о том, что видят ультрафиолетовый спектр света .
46. У пчел в глазах есть волоски. Они помогают определять направление ветра и скорость полета.
47. Около 65-85 процентов белых кошек с голубыми глазами – глухие.
48. У одного из пожарных Чернобыльской катастрофы глаза из карих стали голубыми из-за сильной полученной радиации. Он погиб через две недели от отравления радиацией.
49. Чтобы следить за ночными хищниками, многие виды животных (утки, дельфины, игуаны) спят с одним открытым глазом . Одна половина полушария их мозга спит, в то время как другая бодрствует.
50. Практически у 100 процентов людей старше 60-ти лет диагностируют герпес глаз при вскрытии.
Рассказывает об удивительных свойствах нашего зрения — от способности видеть далекие галактики до возможности улавливать невидимые, казалось бы, световые волны.
Окиньте взглядом комнату, в которой находитесь – что вы видите? Стены, окна, разноцветные предметы – все это кажется таким привычным и само собой разумеющимся. Легко забыть о том, что мы видим окружающий нас мир лишь благодаря фотонам — световым частицам, отражающимся от объектов и попадающим на сетчатку глаза.
В сетчатке каждого из наших глаз расположено примерно 126 млн светочувствительных клеток. Мозг расшифровывает получаемую от этих клеток информацию о направлении и энергии попадающих на них фотонов и превращает ее в разнообразие форм, цветов и интенсивности освещения окружающих предметов.
У человеческого зрения есть свои пределы. Так, мы не способны ни увидеть радиоволны, излучаемые электронными устройствами, ни разглядеть невооруженным глазом мельчайшие бактерии.
Благодаря прогрессу в области физики и биологии можно определить границы естественного зрения. «У любых видимых нами объектов есть определенный «порог», ниже которого мы перестаем их различать», — говорит Майкл Лэнди, профессор психологии и нейробиологии в Нью-Йоркском университете.
Сперва рассмотрим этот порог с точки зрения нашей способности различать цвета — пожалуй, самой первой способности, которая приходит на ум применительно к зрению.
Правообладатель иллюстрации SPL Image caption Колбочки отвечают за цветовосприятие, а палочки помогают нам видеть оттенки серого цвета при низком освещенииНаша способность отличать, например, фиолетовый цвет от пурпурного связана с длиной волны фотонов, попадающих на сетчатку глаза. В сетчатке имеются два типа светочувствительных клеток — палочки и колбочки.
Колбочки отвечают за цветовосприятие (так называемое дневное зрение), а палочки позволяют нам видеть оттенки серого цвета при низком освещении — например, ночью (ночное зрение).
В человеческом глазе есть три вида колбочек и соответствующее им число типов опсинов, каждый из которых отличается особой чувствительностью к фотонам с определенным диапазоном длин световых волн.
Колбочки S-типа чувствительны к фиолетово-синей, коротковолновой части видимого спектра; колбочки M-типа отвечают за зелено-желтую (средневолновую), а колбочки L-типа — за желто-красную (длинноволновую).
Все эти волны, а также их комбинации, позволяют нам видеть полный диапазон цветов радуги. «Все источники видимого человеком света, за исключением ряда искусственных (таких, как преломляющая призма или лазер), излучают смесь волн различной длины», — говорит Лэнди.
Правообладатель иллюстрации Thinkstock Image caption Не весь спектр полезен для наших глаз…Из всех существующих в природе фотонов наши колбочки способны фиксировать лишь те, которые характеризуются длиной волн в весьма узком диапазоне (как правило, от 380 до 720 нанометров) – это и называется спектром видимого излучения.
Ниже этого диапазона находятся инфракрасный и радиоспектры – длина волн низкоэнергетических фотонов последнего варьируется от миллиметров до нескольких километров.
По другую сторону видимого диапазона волн расположен ультрафиолетовый спектр, за которым следует рентгеновский, а затем — спектр гамма-излучения с фотонами, длина волн которых не превышает триллионные доли метра.
Хотя зрение большинства из нас ограничено видимым спектром, люди с афакией — отсутствием в глазу хрусталика (в результате хирургической операции при катаракте или, реже, вследствие врожденного дефекта) — способны видеть ультрафиолетовые волны.
В здоровом глазе хрусталик блокирует волны ультрафиолетового диапазона, но при его отсутствии человек способен воспринимать волны длиной примерно до 300 нанометров как бело-голубой цвет.
В исследовании 2014 г. отмечается, что в каком-то смысле мы все можем видеть и инфракрасные фотоны. Если два таких фотона практически одновременно попадут на одну и ту же клетку сетчатки, их энергия может суммироваться, превратив невидимые волны длиной, скажем, в 1000 нанометров в видимую волну длиной в 500 нанометров (большинство из нас воспринимает волны этой длины как холодный зеленый цвет).
Сколько цветов мы видим?
В глазе здорового человека три типа колбочек, каждый из которых способен различать около 100 различных цветовых оттенков. По этой причине большинство исследователей оценивает количество различаемых нами цветов примерно в миллион. Однако восприятие цвета очень субъективно и индивидуально.
Джемесон знает, о чем говорит. Она изучает зрение тетрахроматов – людей, обладающих поистине сверхчеловеческими способностями к различению цветов. Тетрахроматия встречается редко, в большинстве случаев у женщин. В результате генетической мутации у них имеется дополнительный, четвертый вид колбочек, что позволяет им, по грубым подсчетам, видеть до 100 млн цветов. (У людей, страдающих цветовой слепотой, или дихроматов, всего два типа колбочек — они различают не более 10 000 цветов.)
Сколько нам нужно фотонов, чтобы увидеть источник света?
Как правило, колбочкам для оптимального функционирования требуется гораздо больше света, чем палочкам. По этой причине при низком освещении наша способность различать цвета падает, а за работу принимаются палочки, обеспечивающие черно-белое зрение.
В идеальных лабораторных условиях на тех участках сетчатки, где палочки по большей части отсутствуют, колбочки могут активироваться при попадании на них всего нескольких фотонов. Однако палочки справляются с задачей регистрации даже самого тусклого света еще лучше.
Правообладатель иллюстрации SPL Image caption После операции на глазе некоторые люди приобретают способность видеть ультрафиолетовое излучениеКак показывают эксперименты, впервые проведенные в 1940-х гг., одного кванта света достаточно для того, чтобы наш глаз его увидел. «Человек способен увидеть один-единственный фотон, — говорит Брайан Уонделл, профессор психологии и электротехники в Стэнфордском университете. – В большей чувствительности сетчатки просто нет смысла».
В 1941 г. исследователи из Колумбийского университета провели эксперимент – испытуемых заводили в темную комнату и давали их глазам определенное время на адаптацию. Для достижения полной чувствительности палочкам требуется несколько минут; именно поэтому, когда мы выключаем в помещении свет, то на какое-то время теряем способность что-либо видеть.
Затем в лицо испытуемым направляли мигающий сине-зеленый свет. С вероятностью выше обычной случайности участники эксперимента регистрировали вспышку света при попадании на сетчатку всего 54 фотонов.
Не все фотоны, достигающие сетчатки, регистрируются светочувствительными клетками. Учитывая это обстоятельство, ученые пришли к выводу, что всего пяти фотонов, активирующих пять разных палочек в сетчатке, достаточно, чтобы человек увидел вспышку.
Самый маленький и самый удаленный видимые объекты
Следующий факт может вас удивить: наша способность увидеть объект зависит вовсе не от его физических размеров или удаления, а от того, попадут ли хотя бы несколько излучаемых им фотонов на нашу сетчатку.
«Единственное, что нужно глазу, чтобы что-то увидеть, — это определенное количество света, излученного или отраженного на него объектом, — говорит Лэнди. – Все сводится к числу достигших сетчатки фотонов. Каким бы миниатюрным ни был источник света, пусть даже он просуществует доли секунды, мы все равно способны его увидеть, если он излучает достаточное количество фотонов».
В учебниках по психологии часто встречается утверждение о том, что в безоблачную темную ночь пламя свечи можно заметить с расстояния до 48 км. В реальности же наша сетчатка постоянно бомбардируется фотонами, так что один-единственный квант света, излученный с большого расстояния, просто затеряется на их фоне.
Чтобы представить себе, насколько далеко мы способны видеть, взглянем на ночное небо, усеянное звездами. Размеры звезд огромны; многие из тех, что мы наблюдаем невооруженным взглядом, достигают миллионов км в диаметре.
Однако даже самые близкие к нам звезды расположены на расстоянии свыше 38 триллионов километров от Земли, поэтому их видимые размеры настолько малы, что наш глаз не способен их различить.
С другой стороны, мы все равно наблюдаем звезды в виде ярких точечных источников света, поскольку испускаемые ими фотоны преодолевают разделяющие нас гигантские расстояния и попадают на нашу сетчатку.
Все отдельные видимые звезды на ночном небосклоне находятся в нашей галактике – Млечном Пути. Самый удаленный от нас объект, который человек в состоянии разглядеть невооруженным глазом, расположен за пределами Млечного Пути и сам представляет собой звездное скопление – это Туманность Андромеды, находящаяся на расстоянии в 2,5 млн световых лет, или 37 квинтильонов км, от Солнца. (Некоторые люди утверждают, что особо темными ночами острое зрение позволяет им увидеть Галактику Треугольника, расположенную на удалении около 3 млн световых лет, но пусть это утверждение останется на их совести.)
Туманность Андромеды насчитывает один триллион звезд. Из-за большой удаленности все эти светила сливаются для нас в едва различимое пятнышко света. При этом размеры Туманности Андромеды колоссальны. Даже на таком гигантском расстоянии ее угловой размер в шесть раз превышает диаметр полной Луны.
Однако до нас долетает настолько мало фотонов из этой галактики, что она едва различима на ночном небе.
Предел остроты зрения
Почему же мы не способны разглядеть отдельные звезды в Туманности Андромеды? Дело в том, что у разрешающей способности, или остроты, зрения есть свои ограничения. (Под остротой зрения подразумевается способность различать такие элементы, как точка или линия, как отдельные объекты, не сливающиеся с соседними объектами или с фоном.)
Фактически остроту зрения можно описывать так же, как и разрешение компьютерного монитора — в минимальном размере пикселей, которые мы еще способны различать как отдельные точки.
Правообладатель иллюстрации SPL Image caption Достаточно яркие объекты можно разглядеть на расстоянии в несколько световых летОграничения остроты зрения зависят от нескольких факторов — таких как расстояние между отдельными колбочками и палочками сетчатки глаза. Не менее важную роль играют и оптические характеристики самого глазного яблока, из-за которых далеко не каждый фотон попадает на светочувствительную клетку.
В теории, как показывают исследования, острота нашего зрения ограничивается способностью различать около 120 пикселей на угловой градус (единицу углового измерения).
Практической иллюстрацией пределов остроты человеческого зрения может являться расположенный на расстоянии вытянутой руки объект площадью с ноготь, с нанесенными на нем 60 горизонтальными и 60 вертикальными линиями попеременно белого и черного цветов, образующими подобие шахматной доски. «По всей видимости, это самый мелкий рисунок, который еще в состоянии различить человеческий глаз», — говорит Лэнди.
На этом принципе основаны таблицы, используемые окулистами для проверки остроты зрения. Наиболее известная в России таблица Сивцева представляет собой ряды черных заглавных букв на белом фоне, размер шрифта которых с каждым рядом становится все меньше.
Острота зрения человека определяется по тому, на каком размере шрифта он перестает четко видеть контуры букв и начинает их путать.
Правообладатель иллюстрации Thinkstock Image caption В таблицах для проверки остроты зрения используются черные буквы на белом фонеИменно пределом остроты зрения объясняется тот факт, что мы не способны разглядеть невооруженным глазом биологическую клетку, размеры которой составляют всего несколько микрометров.
Но не стоит горевать по этому поводу. Способность различать миллион цветов, улавливать одиночные фотоны и видеть галактики на удалении в несколько квинтильонов километров – весьма неплохой результат, если учесть, что наше зрение обеспечивается парой желеобразных шариков в глазницах, соединенных с полуторакилограммовой пористой массой в черепной коробке.
Каковы пределы человеческого зрения? — Hi-News.ru
От наблюдения далеких галактик за световые годы от нас до восприятия невидимых цветов, Адам Хэдхейзи на BBC объясняет, почему ваши глаза могут делать невероятные вещи. Взгляните вокруг. Что вы видите? Все эти цвета, стены, окна, все кажется очевидным, как будто так и должно быть здесь. Мысль о том, что мы все это видим благодаря частицам света — фотонам — которые отскакивают от этих объектов и попадают нам в глаза, кажется невероятной.
Эта фотонная бомбардировка всасывается примерно 126 миллионами светочувствительных клеток. Различные направления и энергии фотонов транслируются в наш мозг в разных формах, цветах, яркости, наполняя образами наш многоцветный мир.
Наше замечательное зрение, очевидно, обладает рядом ограничений. Мы не можем видеть радиоволны, исходящие от наших электронных устройств, не можем разглядеть бактерий под носом. Но с достижениями физики и биологии мы можем определить фундаментальные ограничения естественного зрения. «Все, что вы можете различить, имеет порог, самый низкий уровень, выше и ниже которого вы видеть не можете», — говорит Майкл Лэнди, профессор неврологии Нью-Йоркского университета.
Начнем рассматривать эти визуальные пороги сквозь призму — простите за каламбур — что многие ассоциируют со зрением в первую очередь: цвет.
Почему мы видим фиолетовый, а не коричневый, зависит от энергии, или длины волн, фотонов, падающих на сетчатку глаза, расположенную в задней части наших глазных яблок. Там находится два типа фоторецепторов, палочки и колбочки. Колбочки отвечают за цвет, а палочки позволяют нам видеть оттенки серого в условиях низкой освещенности, например, ночью.
Опсины, или пигментные молекулы, в клетках сетчатки поглощают электромагнитную энергию падающих фотонов, генерируя электрический импульс. Этот сигнал идет через зрительный нерв к мозгу, где и рождается сознательное восприятие цветов и изображений.
У нас есть три типа колбочек и соответствующих опсинов, каждый из которых чувствителен к фотонам определенной длины волны. Эти колбочки обозначаются буквами S, M и L (короткие, средние и длинные волны соответственно). Короткие волны мы воспринимаем синими, длинные — красными. Длины волн между ними и их комбинации превращаются в полную радугу. «Весь свет, который мы видим, кроме созданного искусственно с помощью призм или хитроумных устройств вроде лазеров, представляет собой смесь разных длин волн, — говорит Лэнди».
Из всех возможных длин волн фотона наши колбочки обнаруживают небольшую полосу от 380 до 720 нанометров — то, что мы называем видимым спектром. За пределами нашего спектра восприятия есть инфракрасный и радиоспектр, у последнего диапазон волн составляет от миллиметра до километра длиной.
Над нашим видимым спектром, на более высоких энергиях и коротких длинах волн, мы находим ультрафиолетовый спектр, потом рентгеновские лучи и на вершине — гамма-лучевой спектр, длины волн которого достигают одной триллионной метра.
Хотя большинство из нас ограничены видимым спектром, люди с афакией (отсутствием хрусталика) могут видеть в ультрафиолетовом спектре. Афакия, как правило, создается вследствие оперативного удаления катаракты или врожденных дефектов. Обычно хрусталик блокирует ультрафиолетовый свет, поэтому без него люди могут видеть за пределами видимого спектра и воспринимать длины волн до 300 нанометров в голубоватом оттенке.
Исследование 2014 года показало, что, условно говоря, все мы можем видеть инфракрасные фотоны. Если два инфракрасных фотона случайно попадают в клетку сетчатки почти одновременно, их энергия объединяется, конвертируя их длину волны из невидимой (например, 1000 нанометров) в видимую 500-нанометровую (холодный зеленый цвет для большинства глаз).
Содержание
- 1 Сколько цветов мы можем видеть?
- 2 Сколько минимум фотонов нам нужно видеть?
- 3 Каков предел самого мелкого и дальнего, что мы можем увидеть?
- 4 Насколько острым может быть зрение?
Сколько цветов мы можем видеть?
Здоровый человеческий глаз имеет три типа колбочек, каждый из которых может различать порядка 100 разных цветовых оттенков, поэтому большинство исследователей сходятся во мнении, что наши глаза в общем могут различить примерно миллион оттенков. Тем не менее восприятие цвета — это довольно субъективная способность, которая варьируется от человека к человеку, поэтому определить точные цифры довольно сложно.
«Довольно трудно переложить это на цифры, — говорит Кимберли Джеймисон, научный сотрудник Калифорнийского университета в Ирвине. — То, что видит один человек, может быть лишь частью цветов, которые видит другой человек».
Джеймисон знает, о чем говорит, поскольку работает с «тетрахроматами» — людьми, обладающими «сверхчеловеческим» зрением.
Эти редкие индивиды, в основном женщины, обладают генетической мутацией, которая подарила им дополнительные четвертые колбочки. Грубо говоря, благодаря четвертому набору колбочек, тетрахроматы могут разглядеть 100 миллионов цветов. (Люди с цветовой слепотой, дихроматы, имеют только два вида колбочек и видят примерно 10 000 цветов).
Сколько минимум фотонов нам нужно видеть?
Для того чтобы цветное зрение работало, колбочкам, как правило, нужно намного больше света, чем их коллегам-палочкам. Поэтому в условиях низкой освещенности цвет «гаснет», поскольку на передний план выходят монохроматические палочки.
В идеальных лабораторных условиях и в местах сетчатки, где палочки по большей части отсутствуют, колбочки могут быть активированы лишь горсткой фотонов. И все же палочки лучше справляются в условиях рассеянного света. Как показали эксперименты 40-х годов, одного кванта света достаточно, чтобы привлечь наше внимание. «Люди могут реагировать на один фотон, — говорит Брайан Уонделл, профессор психологии и электротехники в Стэнфорде.
— Нет никакого смысла в еще большей чувствительности».
В 1941 году исследователи Колумбийского университета усадили людей в темную комнату и дали их глазам приспособиться. Палочкам потребовалось несколько минут, чтобы достичь полной чувствительности — вот почему у нас возникают проблемы со зрением, когда внезапно гаснет свет.
Затем ученые зажгли сине-зеленый свет перед лицами испытуемых. На уровне, превышающем статистическую случайность, участники смогли зафиксировать свет, когда первые 54 фотона достигли их глаз.
После компенсации потери фотонов через всасывание другими компонентами глаза, ученые обнаружили, что уже пять фотонов активируют пять отдельных палочек, которые дают ощущение света участникам.
Каков предел самого мелкого и дальнего, что мы можем увидеть?
Этот факт может вас удивить: нет никакого внутреннего ограничения мельчайшей или самой далекой вещи, которую мы можем увидеть. Пока объекты любого размера, на любом расстоянии передают фотоны клеткам сетчатки, мы можем их видеть.
«Все, что волнует глаз, это количество света, которое попадает на глаз, — говорит Лэнди. — Общее число фотонов. Вы можете сделать источник света до смешного малым и удаленным, но если он излучает мощные фотоны, вы его увидите».
К примеру, расхожее мнение гласит, что темной ясной ночью мы можем разглядеть огонек свечи с расстояния 48 километров. На практике, конечно, наши глаза будут просто купаться в фотонах, поэтому блуждающие кванты света с больших расстояний просто потеряются в этой мешанине. «Когда вы увеличиваете интенсивность фона, количество света, которое вам необходимо, чтобы что-то разглядеть, увеличивается», — говорит Лэнди.
Ночное небо с темным фоном, усеянным звездами, являет собой поразительный пример дальности нашего зрения. Звезды огромны; многие из тех, что мы видим в ночном небе, составляют миллионы километров в диаметре. Но даже ближайшие звезды находятся минимум в 24 триллионах километров от нас, а потому настолько малы для нашего глаза, что их не разберешь.
И все же мы их видим как мощные излучающие точки света, поскольку фотоны пересекают космические расстояния и попадают в наши глаза.
Все отдельные звезды, которые мы видим в ночном небе, находятся в нашей галактике — Млечный Путь. Самый далекий объект, который мы можем разглядеть невооруженным глазом, находится за пределами нашей галактики: это галактика Андромеды, расположенная в 2,5 миллионах световых лет от нас. (Хотя это спорно, некоторые индивиды заявляют, что могут разглядеть галактику Треугольника в чрезвычайно темном ночном небе, а она находится в трех миллионах световых лет от нас, только придется поверить им на слово).
Триллион звезд в галактике Андромеды, учитывая расстояние до нее, расплываются в смутный светящийся клочок неба. И все же ее размеры колоссальны. С точки зрения видимого размера, даже будучи в квинтиллионах километрах от нас, эта галактика в шесть раз шире полной Луны. Однако наших глаз достигает так мало фотонов, что этот небесный монстр почти незаметен.
Насколько острым может быть зрение?
Почему мы не различаем отдельных звезд в галактике Андромеды? Пределы нашего визуального разрешения, или остроты зрения, накладывают свои ограничения. Острота зрения — это возможность различать такие детали, как точки или линии, отдельно друг от друга, чтобы те не сливались воедино. Таким образом, можно считать пределы зрения числом «точек», которые мы можем различить.
Границы остроты зрения устанавливают несколько факторов, например, расстояния между колбочками и палочками, упакованными в сетчатке. Также важна оптика самого глазного яблока, которое, как мы уже говорили, предотвращает проникновение всех возможных фотонов к светочувствительным клеткам.
Теоретически, как показали исследования, лучшее, что мы можем разглядеть, это примерно 120 пикселей на градус дуги, единицу углового измерения. Можете представить это как черно-белую шахматную доску 60 на 60 клеток, которая умещается на ногте вытянутой руки.
«Это самый четкий паттерн, который вы можете разглядеть», — говорит Лэнди.
Проверка зрения, вроде таблицы с мелкими буквами, руководствуется теми же принципами. Эти же пределы остроты объясняют, почему мы не может различить и сосредоточиться на одной тусклой биологической клетке шириной в несколько микрометров.
Но не списывайте себя со счетов. Миллион цветов, одиночные фотоны, галактические миры за квантиллионы километров от нас — не так уж и плохо для пузырька желе в наших глазницах, подключенных к 1,4-килограммовой губке в наших черепах.
Как люди видят в цвете
Цвет помогает нам запоминать объекты, влияет на наши покупки и вызывает эмоции. Но знаете ли вы, что предметы не обладают цветом? Они отражают световые волны с длиной волны, воспринимаемой человеческим мозгом как цвет.
Видимый для человека спектр находится между ультрафиолетовым и красным светом. Ученые подсчитали, что люди могут различать до 10 миллионов цветов.
Когда свет падает на объект, например на лимон, объект поглощает часть этого света и отражает оставшуюся часть.
Этот отраженный свет попадает в человеческий глаз сначала через роговицу, самую внешнюю часть глаза. Роговица преломляет свет к зрачку, который контролирует количество света, попадающего на хрусталик. Затем хрусталик фокусирует свет на сетчатке, слое нервных клеток в задней части глаза.
Ваша сетчатка имеет два разных типа клеток, которые обнаруживают свет и реагируют на него — палочки и колбочки. Эти клетки, чувствительные к свету, называются фоторецепторами. Палочки активируются, когда вы находитесь в условиях слабого или тусклого освещения. Колбочки стимулируются в более яркой среде. У большинства из нас около 6 миллионов колбочек и 110 миллионов палочек.
Колбочки содержат фотопигменты или молекулы, определяющие цвет. У людей обычно есть три типа фотопигментов — красный, зеленый и синий. Каждый тип колбочек чувствителен к различным длинам волн видимого света.
Днем отраженный свет лимона активирует красные и зеленые колбочки.
Затем колбочки посылают сигнал по зрительному нерву в зрительную кору головного мозга. Мозг обрабатывает количество активированных колбочек и силу их сигнала. После обработки нервных импульсов вы видите цвет — в данном случае желтый.
В более темной среде свет, отраженный лимоном, будет стимулировать только палочки глаза. Если активированы только палочки, вы не видите цвета, только оттенки серого.
Ваш прошлый зрительный опыт с объектами также влияет на ваше восприятие цвета. Это явление известно как постоянство цвета. Постоянство цвета гарантирует, что воспринимаемый цвет объекта остается примерно одинаковым при просмотре в различных условиях. Например, если вы посмотрите на лимон при красном свете, вы, вероятно, по-прежнему будете воспринимать лимон как желтый.
Аномалии цветового зрения
Дальтонизм может возникнуть, когда один или несколько типов колбочек не функционируют должным образом. Колбочки могут отсутствовать, не функционировать или обнаруживать другой цвет, чем обычно.
Красно-зеленая цветовая слепота является наиболее распространенной, за ней следует сине-желтая цветовая слепота. Мужчины чаще страдают дальтонизмом, чем женщины. В настоящее время ученые разрабатывают новые методы лечения дальтонизма.
По оценкам исследователей, до 12 процентов женщин имеют четыре типа колбочек в сетчатке, а не три. Эти люди способны воспринимать в 100 раз больше цветов, чем остальные из нас.
Многие птицы, насекомые и рыбы имеют четыре типа колбочек. Благодаря своим разным колбочкам они могут видеть ультрафиолетовый свет. Ультрафиолетовый свет имеет длину волны короче, чем может видеть человеческий глаз. У других животных, таких как собаки, меньше типов и количества колбочек, поэтому они могут видеть меньше цветов, чем люди.
Глаз и цветовосприятие
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Обновлено 30 ноября 2019 г.
Когда длины волн короткие — около 380 нм — мы воспринимаем их как сине-фиолетовые, а когда они длиннее — около 700 нм — мы воспринимаем их как красные. Все видимые волны называются спектром видимого света. За пределами спектра, видимого человеку, находятся ультрафиолетовые, рентгеновские и другие гамма-лучи на стороне еще более коротких волн и инфракрасные, а затем радиоволны на стороне более длинных волн. Традиционно спектр солнечного света получают, пропуская его через призму или через капли воды. Это создает радугу в определенных погодных условиях, когда воспринимаются все цвета ниже.
Вот они…
Заметим мимоходом, что «синие» колбочки на самом деле сосредоточены на синем, «зеленые» колбочки на самом деле сосредоточены на зеленом, но так называемые «красные» колбочки больше сосредоточены на желтом. Наконец, обратите внимание, что «зеленые» и «красные» колбочки воспринимают много общих цветов.
Таким образом, экраны или датчики APN имеют красно-зелено-синие или RGB пиксели и видят только в RGB! Они приближаются к функционированию человеческого глаза через три «типа» пикселей. Экрану достаточно включить более-менее каждый пиксель экрана для воспроизведения ВСЕХ видимых цветов! Если вы подойдете слишком близко к экрану компьютера (рисунок вверху справа), вы увидите, что пиксели RGB разделены, но они сделаны достаточно маленькими, чтобы человек с нормального расстояния видел их объединенными в один пиксель с несколькими цвета. 
Ученые заметили, что глаз обладает более широкой чувствительностью к зеленому, чем к двум другим основным цветам (R и B). Вот почему датчики APN имеют два зеленых пикселя для красного пикселя и синий, если смотреть с близкого расстояния через очень увеличительное стекло. 
Для этого разберем, как работает экран и принтер. 
Например, чтобы отобразить желтый цвет (255, 255, 0), вы должны перестать подсвечивать синие пиксели (экран желтый на пересечении зеленого и красного, потому что синие пиксели выключены). Только три цвета требуют только одного пикселя. Три основных цвета и их вариации яркости (от 0 до 255). Все остальные, то есть миллионы других, будут смесью не менее двух пикселей более или менее ярких основных цветов.
Эти чернила, спроецированные в одном и том же месте, будут иметь свойство поглощать все световые излучения. Так что это место теперь будет выглядеть черным. Если вы хотите, чтобы бумага выглядела синей, вы должны проецировать на нее пурпурный и голубой цвета в одном и том же месте. Все световое излучение, кроме синего, будет поглощено. В этом месте будут отражаться только синие длины волн света.
Эта работа проводилась в 1930-х годов под эгидой Compagnie Internationale de l’éclairage (La CIE). Она попросила очень многих людей тщательно сравнить оттенки синего, зеленого и красного, чтобы подсчитать, сколько разных цветов в среднем они способны различать. Две важные вещи выявились из этой серии тестов.
