Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА І. ФИЛОЛОГИЧЕСКИЕ И ПСИХОФИЗИЧЕСКИЕ АСПЖШ ЦВЕТОВОГО ВОСПРИЯТИЯ
1. Физиологический аспект изучения цветовосприятия 9 12
1.1. Фоторецепторы J2
1.2. Синяя колбочковая система ХЗ
1.3. Средне-спектральная система сетчатки 24
1.4. Нейроны латерального коленчатого тела J5
1.5. Зрительная кора 27
1.6. Нейронные механизмы восприятия ахроматических компонент цветового сигнала: кодирование яркости цвета в системе "В"- и "Д"-неиронов # г, j
1.7. Нейрофизиологические модели цветового зрения е;А-
2. Психофизический аспект изучения цветового зрения. Проблема размерности цветового перцептивного пространства 25
2.1. Хроматическое перцептивное пространство 25
2.2. Психофизические исследования природы ахроматического зрения 26
Заключение 36
ГЛАВА II. НЕКОТОРЫЕ АСПЕКТИ МЕТОДА. МНОГОМЕРНОГО ШКАЛИРОВАНИЯ
I. Общее понятие о многомерном шкалировании 39
1.2. Современные представления о методах многомерного шкалирования 45
1.3. Применение метода многомерного шкалирования для изучения перцептивного пространства пигментных цветов 46
ГЛАВА III. ПОСТРОЕНИЕ ЦВЕТОВОГО ПРОСТРАНСТВА ГОШШШШ ЦВЕТОВ РАЗНОЙ СВЕТЖШ. МЕТОДИКА 52
3.1. Стимулы 52
3.2. Экспериментальная установка 52
3.3. Испытуемые 53
3.4. Обработка данных 53
3.5. Индивидуальные данные 54
3.5.1. Испытуемый "М" 54
3.5.2. Испытуемый "С" 59
3.6. Сводные результаты 73
3.6.1. Анализ сводной матрицы цветовых различий по всем испытуемым 73
3.6.2. Сферичность цветового пространства пигментных цветов 73
3.6.3. Анализ сводной матрицы цветовых различий до вращения сферы 75
3.6.4. Анализ сводной матрицы цветовых различий после вращения сферы 78
3.6.5. Расположение подмножества цветов, образованных хроматическими цветами и белым цветом, на поверхности сферы в трехмерном пространстве 80
3.6.6. Ориентация сферы относительно основных цветов 81
3.6.7. Корреляция между четырехмерным пространством пигментных цветов и схемой ї.іанселла и физическими параметрами отражения света 61
ГЛАВА. IV. ОЕЦЩПШИЕ. СїРЖСУЕА ШЩШЖБШО ПРОСТРАНСТВА ІШШЖШХ ЦВЕТОВ. 85
І.А. Первичные детекторы 85
І.Б. Четырехмерное пространство 86
І.В. Переход от декартовых координат к сферическим координатам 88
2. Сравнение перцептивного пространства пигментных цветов и цветового тела анселла через
угловые координаты SI
- Физиологический аспект изучения цветовосприятия
- Современные представления о методах многомерного шкалирования
- Стимулы
- Переход от декартовых координат к сферическим координатам
Физиологический аспект изучения цветовосприятия
Бурное развитие оптики и электроники позволило исследовать кодирование сенсорной информации на уровне отдельных клеток. Новый статус теории цвета придало открытие пигментов колбочек 1964), которые показали, что три типа колбочек сетчатки приматов содержат три различных фотопигмента, избирательно поглощающих световую энергию в синей (475 нм), зеленой (535 нм) и оранжево-красной (570 нм) областях видимого участка спектра. Это со всей очевидностью подтвердило трехкомпонентную теорию Ломонос ова-Юнга-Гельмгольца.
Почти все исследования относительно механизмов, связанных с детектированием световой энергии, сходятся на факте существования трех типов рецепторных клеток, трех типов колбочек, которые избирательно реагируют на излучения видимой части спектра.
В пи предприняты попытки измерить вклад трех типов колбочек в работу механизмов цветового зрения человека. При этом подтвердилась гипотеза о том, что в процессе цветового зрения участие принимают только Три Переменные ( Maxwell J., 1868; Heimhoitz н., 1924). В этих исследованиях использовался анализ генетических нарушений цветового зрения, что было особенно эффективно в комбинации с измерением чувствительности к стимулам видимой части спектра.
Одно из наиболее полных измерений спектральных характеристик трех типов колбочек у человека было проведено Смитом и Покорным ( Smith V. and Pokorny J., 1975), использовавших вьішє описанный метод. Наиболее существенным результатом этих работ явилось заключение о том, что у человека имеется три колбочко-вых механизма. Два из них являются средне спектральными колбоч-ковыми механизмами с максимальной чувствительностью около 570 нм и около 540 нм, соответственно. Первый часто называют красным механизмом, а второй - зеленым механизмом. Третий колбочко-вый механизм, имеющий высокую чувствительность в коротковолновой части спектра (около 440 нм), является синим механизмом. Несмотря на избирательную чувствительность,, почти все монохроматические излучения стимулируют все три типа колбочковых механизмов, что объясняется относительно широкой полосой поглощения света молекулами этих фотопигментов. В сетчатке приматов число каждого из этих типов колбочковых механизмов не одинаково. Сетчатка глаза приматов содержит около 6-7 миллионов красных ( Я) и ЗелеНЫХ ( G ) КОЛбОЧеК ( Gouras P. and Zrenner Е., 1981) И, ВОЗМОЖНО, МеНЬШе ОДНОГО МИЛЛИОНа СИНИХ КОЛбОЧеК (В ) ( Marc R. and Sperling н., 1977). Последнее подтверждается более низким ВКЛаДОМ СИНИХ КОЛбОЧеК В ЭЛеКТрОретИНОГраММу (ЭРГ) ( Gouras Р., 1970; Van Иоггеп P. and Padmos P., 1973).
"Все фоторецепторы, однако, обладают общей характеристикой реакций на свет: они деполяризованы в темноте и гиперполяризуются При ДеЙСТВИИ СВета ( Tornita Т., 1965).
Современные представления о методах многомерного шкалирования
В последнее время теория многомерного шкалирования интенсивно развивается ( Carroll J. and Arabie P., 1980).
В настоящее время более всего распространены метрика Мин-ковского-р и ее частный случай - евклидова метрика, хотя были были попытки использовать и другой тип метрики - неевклидовой. Например, Индоу Т. (1974, 1975, 1979) пытался употребить рима-нову метрику с отрицательной постоянной кривизной с тем, чтобы интерпретировать данные относительно геометрии воспринимаемого зрительного пространства (оценка расстояния между двумя постоянными источниками света).
Тверски А. и Гати И. (1982) использовали геометрическую модель близости данных в многомерном шкалировании, применяя неравенство треугольника: J){X,,j ) +){1,К)% ])(УС,К) И сегмент-нуго аддитивность:j) c,/J+j)(uk)=J)foK){если /С и к находятся на прямой линии).
В многомерном шкалировании объекты представлены как точки в некотором координатном пространстве, а степень близости между точками (объектами) выражается посредством одной метрической функции расстояния. Сложные объекты можно характеризовать
Как СОВОКУПНОСТИ Особенностей (Tversky А., 1977).
Согласно теории многомерного шкалирования, каждый объект представляет собой множество особенностей. Эта теория предполагает введение одной шкалы J) , промежутков близости. Различие определяется функцией от трех аргументов:i,f] J особенностей из УС И // , УС - -j » особенностей из л, , которых нет В yj , j-As , особенностей из , которых нет В /С .
Эта формула, названная контрастной моделью, выражает степень сходства как линейную комбинацию из контрастных измерений общих и различных особенностей.
Стимулы
В качестве стимулов использовался 21 цветовой стимул, представляющие собой бумажные выкраски круглой формы, проколоримет-рированные в цветовой системе Манселла. Колориметрические характеристики стимулов приводятся в таблице В I.
12 стимулов, при постоянной светлоте и насыщенности, характеризовались разным цветовым тоном. 9 стимулов были ахроматическими цветами, образуя ряд от белого до черного.
Цвета предъявлялись парами. Предъявление пар стимулов осуществлялось по предварительно составленной программе в квазислучайном порядке. Различие между цветами испытуемый оценивал в баллах.
Для предъявления стимулов была сконструирована и построена специальная установка.
Двадцать одна пара стимулов, которые использовались в нашем исследовании, были расположены на двух дисках (диаметр диска 34 см). Диски были установлены на одном уровне" на специальных осях. На каждом диске было расположено по двадцать одному цветовому сигналу. Каждому цвету соответствовало определенное положение диска, в котором он фиксировался. Поворачивая диски, можно было устанавливать разные комбинации цветов в каждой паре. В центре установки было небольшое окно, в котором появлялась пара стимулов. Окно открывалось и закрывалось автоматически с помощью электрического двигателя. Цвета были освещены вольфрамовой лампочкой накаливания 100 Вт, расположенной на расстоянии одного метра от экрана. Для того, чтобы источник освещения не мешал испытуемому, лампочка была расположена под углом в 30 относительно плоскости экрана. Напряжение лампочки подцерживалось на постоянном уровне с помощью автотрансформатора и контролировалось вольтметром. Для контроля силы электрического тока в цепь был включен амперметр. Испытуемые сидели на расстоянии 0,5 м от прибора. При этом размер стимула составлял 9.
Испытуемыми были студенты Гаванского университета, обладающие нормальным цветовым зрением.
Цветовые стимулы предъявлялись испытуемому парами с помощью вышеописанного прибора. У каждого испытуемого цветовое зрение исследовалось монокулярно (для каждого глаза отдельно) и бинокулярно. В каждом опыте испытуемому давалось по 5250 проб. Всего каждому испытуемому было дано 15750 проб. Общее число предъявлений в группе составило 31500 проб. Степень различия между цветами оценивалась в баллах от "О" (тождественные цвета) до 9 (максимально различающиеся).
Переход от декартовых координат к сферическим координатам
Таким образом, все множество изученных пигментных цветов в виде точек расположено на поверхности сферы в четырехмерном пространстве. Траектория точек, представляющих цвета, позволяет показать на плоскости Х и Х подмножество хроматических цветов, образующих окружность. Траектория точек на плоскости Xg и Х позволяет выделить подмножество черно-белых ахроматических цветов в виде дуги 180 с радиусом, равным радиусу сферы. Объединение хроматических цветов с одним из ахроматических цветов расположена на сфере в трехмерном пространстве. Это означает, что трехмерная сферическая модель для равноярких цветов (Измайлов Ч.А., 1980) является частным случаем более общего решения, представляющего собой сферу в четырехмерном пространстве. Субъективные различия в этой модели равны евклидовым расстояниям между концами векторов, представляющих соответствующие цвета.
В связи с тем, что четырехмерное представление лишено наглядности, цвета можно представить в угловых координатах. Тогда подмножество равно ярких хроматических цветов будет расположено на плоскости. В этом случае длина радиуса-вектора, из - 89 -меряемого вершинным углом, соответствует насыщенности, а угол поворота - цветовому тону. Такие плоскости будут иметь место для каждого уровня светлоты, измеряемой третьим углом четырехмерном сферы. Все множество пигментных цветов разной светлоты тогда располагается в трехмерном пространстве в виде цилиндра с координатами, образованными полярными координатами. Высота цилиндра соответствует углу поворота вектора в плоскости ХэХ , что соответствует светлоте, расстояние до вертикальной оси - углу поворота вектора относительно плоскости XjX2» что соответствует насыщенности, а горизонтальный угол - углу поворота вектора в плоскости Х-тХ)» что соответствует тону. Такое представление цветов близко напоминает систему Мансел-ла. Оказалось, однако» что связь полярных координат сферической модели пигментных цветов с коэффициентами системы Манселла более глубокая. Это доказывается высоким коэффициентами линейной корреляции между ними.