Эффект Абни
Эффект Абни или эффект чистоты оттенка описывает воспринимаемый оттенка сдвиг , который возникает, когда белый свет добавляется к монохроматическому источнику света. [ 1 ] [ 2 ]
Добавление белого света приведет к обесцвечиванию монохроматического источника в восприятии человека-наблюдателя. Однако менее интуитивным эффектом добавления воспринимаемого белого света является изменение видимого оттенка . Этот сдвиг оттенка носит скорее физиологический, чем физический характер.
Это изменение оттенка в результате добавления белого света было впервые описано английским химиком и физиком сэром Уильямом де Вивлесли Эбни в 1909 году, хотя обычно датой указывается 1910 год. Источник белого света можно создать комбинацией красный, синий и зеленый свет. Эбни продемонстрировал, что причиной видимого изменения оттенка был красный и зеленый свет, составлявший этот источник света, и что компонент синего света не вносил вклада в эффект Абни. [ 3 ]
Диаграммы цветности
[ редактировать ]
Диаграммы цветности — это двумерные диаграммы, которые отображают проекцию Международной комиссии по освещению (CIE) цветового пространства XYZ на плоскость (x, y). Значения X, Y, Z (или значения тристимула ) просто используются в качестве весов для создания новых цветов из основных цветов, во многом так же, как RGB используется для создания цветов из основных цветов в телевизорах или на фотографиях. Значения x и y, используемые для создания диаграммы цветности, создаются из значений XYZ путем деления X и Y на сумму X, Y, Z. Значения цветности, которые затем можно нанести на график, зависят от двух значений: доминирующей длины волны и насыщенности. . цвета, отличающиеся только своей светлотой Поскольку световая энергия не учитывается, на схеме не выделяются . Например, коричневый цвет, который представляет собой неяркий (и часто ненасыщенный) оранжевый цвет, не будет отображаться как таковой. [ 4 ]
Эффект Абни также можно проиллюстрировать на диаграммах цветности. Если к монохроматическому свету добавить белый свет, на диаграмме цветности получится прямая линия. Мы могли бы представить, что все цвета вдоль такой линии воспринимаются как имеющие один и тот же оттенок. На самом деле это не так, и наблюдается сдвиг оттенка. Соответственно, если мы нанесем на график цвета, которые воспринимаются как имеющие одинаковый оттенок (и различающиеся только чистотой), мы получим изогнутую линию. [ который? ]
На диаграммах цветности линия, имеющая постоянный воспринимаемый оттенок, должна быть изогнутой, чтобы учитывать эффект Абни. [ 5 ] Таким образом, диаграммы цветности, исправленные с учетом эффекта Абни, являются прекрасной иллюстрацией нелинейности. [ нужны разъяснения ] Характер зрительной системы. [ 6 ] Кроме того, эффект Абни не запрещает любые прямые линии на диаграммах цветности. Можно смешать два монохроматических источника света. [ который? ] и не увидеть изменения оттенка, тем самым предполагая, что на диаграмме цветности будет уместным прямой график для различных уровней смеси. [ 7 ]
Физиология
[ редактировать ]Модель процесса противника зрительной системы состоит из двух хроматических нейронных каналов и одного ахроматического нейронного канала. [ 8 ] Хроматические каналы состоят из красно-зеленого канала и желто-синего канала и передают цветовую информацию. Ахроматический канал отвечает за яркость или дискриминацию белого и черного. Цвет и насыщенность воспринимаются из-за различной активности в этих нервных каналах, состоящих из аксонных путей от ганглиозных клеток сетчатки . [ 8 ] Эти три канала тесно связаны со временем реакции на цвета. Ахроматический нейронный канал в большинстве условий имеет более быстрое время отклика, чем хроматические нейронные каналы. Функции этих каналов зависят от задачи. Некоторые виды деятельности зависят от того или иного канала, тогда как другие зависят от обоих каналов. Когда цветной стимул суммируется с белым стимулом, активируются как хроматические, так и ахроматические каналы. Ахроматический канал будет иметь немного замедленное время отклика, поскольку ему придется приспосабливаться к различной яркости; однако, несмотря на эту задержку ответа, скорость ахроматического канала все равно будет выше, чем скорость хроматического канала. [ 5 ] В этих условиях суммирования стимулов величина сигнала, излучаемого ахроматическим каналом, будет сильнее, чем у хроматического канала. Сочетание более быстрого ответа с более высокой амплитудой ахроматического канала означает, что время реакции, скорее всего, будет зависеть как от яркости, так и от уровня насыщенности стимулов. [ 5 ]
Привычные объяснения цветового зрения объясняют разницу в восприятии цвета элементарными ощущениями, присущими физиологии наблюдателя. Однако никакие конкретные физиологические ограничения или теории не смогли объяснить реакцию на каждый уникальный оттенок. наблюдателя С этой целью было доказано, что как спектральная чувствительность , так и относительное количество типов колбочек не играют существенной роли в восприятии различных оттенков. [ 9 ] Возможно, окружающая среда играет большую роль в восприятии уникальных оттенков, чем различные физиологические особенности людей. Это подтверждается тем фактом, что цветовые суждения могут меняться в зависимости от различий в цветовой среде в течение длительных периодов времени, но эти же хроматические и ахроматические суждения остаются постоянными, если цветовая среда одинакова, несмотря на старение и другие индивидуальные физиологические факторы, влияющие на цвет. сетчатка. [ 10 ]
Как и эффект Безольда-Брюке , эффект Абни предполагает нелинейность между реакциями колбочек (LMS) на стадии восприятия оттенка. [ 11 ]
Колориметрическая чистота
[ редактировать ]Насыщенность или степень бледности цвета связана с колориметрической чистотой . Уравнение колориметрической чистоты: P = L /( L w + L ) . [ 12 ] В этом уравнении L равна яркости цветного светового стимула, Lw — это яркость белого светового стимула, подлежащего смешиванию с цветным светом. Приведенное выше уравнение позволяет количественно определить количество белого света, смешанного с цветным светом. В случае чистого спектрального цвета без добавления белого света равно единице, а Lw L равно нулю. Это означает, что колориметрическая чистота будет равна единице, и в любом случае, связанном с добавлением белого света, колориметрическая чистота или значение P будет меньше единицы. Чистоту спектрального цветового стимула можно изменить, добавив белый, черный или серый стимул. Однако эффект Абни описывает изменение колориметрической чистоты при добавлении белого света. Чтобы определить влияние изменения чистоты на воспринимаемый оттенок, важно, чтобы чистота была единственной переменной в эксперименте; яркость должна поддерживаться постоянной.
Дискриминация по оттенкам
[ редактировать ]Термин «дискриминация оттенка» используется для описания изменения длины волны, которое необходимо получить, чтобы глаз мог обнаружить изменение оттенка. Выражение λ + Δλ определяет требуемую регулировку длины волны, которая должна иметь место. [ 12 ] Небольшое (< 2 нм ) изменение длины волны приводит к тому, что большинство спектральных цветов приобретают другой оттенок. Однако для синего и красного света должен произойти гораздо больший сдвиг длины волны, чтобы человек мог определить разницу в оттенке.
История
[ редактировать ]Оригинальная статья, описывающая эффект Абни, была опубликована сэром Уильямом де Вивесли Эбни в «Трудах Лондонского королевского общества», серия А, в декабре 1909 года. [ 3 ] Он решил провести количественное исследование после того, как обнаружил, что визуальные наблюдения цвета не соответствуют доминирующим цветам, полученным фотографически при использовании моделей флуоресценции.
Аппарат для измерения цвета, обычно используемый в экспериментах в 1900-х годах, использовался в сочетании с частично посеребренными зеркалами для разделения одного луча света на два луча. [ 13 ] В результате два луча света, параллельные друг другу, имели одинаковую интенсивность и цвет. Лучи света проецировались на белый фон, создавая блики света в форме квадратов размером 1,25 дюйма (32 мм). Белый свет был добавлен к одному из пятен цветного света, пятну справа. На пути двух лучей был вставлен стержень, чтобы между цветными поверхностями не оставалось пространства. Дополнительный стержень использовался для создания тени, в которой белый свет рассеивался на участок, который не должен был получать дополнительный белый свет (участок с левой стороны). Количество добавленного белого света определяли как половину яркости цветного света. Например, к источнику красного света было добавлено больше белого света, чем к источнику желтого света. Он начал использовать два пятна красного света, и фактически добавление белого света к световому пятну справа привело к более желтому тону, чем источник чисто красного света. Те же результаты были получены, когда экспериментальный источник света был оранжевым. Когда источник света был зеленым, добавление белого света приводило к тому, что внешний вид пятна становился желто-зеленым. Впоследствии, когда к желто-зеленому свету был добавлен белый свет, пятно света выглядело преимущественно желтым. В смеси сине-зеленого света (с немного более высоким процентом синего) с белым светом синий цвет приобретал красноватый оттенок. В случае с источником фиолетового света добавление белого света привело к тому, что фиолетовый свет приобрел синий оттенок. [ 3 ]
Эбни предположил, что произошедшее изменение оттенка произошло из-за добавления красного и зеленого света, которые были компонентами добавленного белого света. Он также считал, что синий свет, который также включает луч белого света, является незначительным фактором, не влияющим на видимый сдвиг оттенка. Эбни смог доказать свою гипотезу экспериментально, почти точно сопоставив экспериментальные значения процентного состава и яркости ощущений красного, зеленого и синего с расчетными значениями. Он исследовал процентный состав и яркость различных спектральных цветов, а также добавленный источник белого света. [ 3 ]
Аналогичный эффект от пропускной способности
[ редактировать ]Хотя нелинейность нейронного цветового кодирования, о чем свидетельствует классическое понимание эффекта Абни и его использование белого света для определенных длин волн света, тщательно изучалась в прошлом, новый метод был предложен исследователями из Университета Невада. [ 10 ] Вместо добавления белого света к монохроматическому свету ширина полосы спектра менялась. Это изменение полосы пропускания напрямую нацелено на три класса рецепторов колбочек как средство идентификации любых изменений оттенка, воспринимаемых человеческим глазом. [ 14 ] Общая цель исследования заключалась в том, чтобы определить, влияет ли на появление цвета фильтрующий эффект спектральной чувствительности глаза. Эксперименты показали, что соотношение конусов, сигнализирующих об оттенке, было отрегулировано так, чтобы обеспечить постоянный оттенок, соответствующий центральной длине волны источника света. Кроме того, проведенные эксперименты по существу показали, что эффект Абни справедлив не для всех изменений чистоты света, а в значительной степени ограничивается определенными способами снижения чистоты, а именно добавлением белого света. Поскольку в проведенных экспериментах менялась ширина полосы света, аналогичные, хотя и разные способы изменения чистоты и, следовательно, оттенка монохроматического света, нелинейность результатов проявлялась иначе, чем это наблюдалось традиционно. В конечном итоге исследователи пришли к выводу, что изменения в спектральной ширине заставляют пострецепторные механизмы компенсировать эффекты фильтрации, вызванные чувствительностью колбочек и преретинальным поглощением, и что эффект Абни возникает потому, что глаз в каком-то смысле обманом заставили увидеть цвет. это не могло бы произойти в природе и поэтому должно приближаться к цвету. Это приближение для компенсации эффекта Абни является прямой функцией конусных возбуждений, испытываемых с широкополосным спектром. [ 10 ]
Разные факты
[ редактировать ]Патент на цветной принтер, который якобы компенсирует эффект Абни, был опубликован в 1995 году. [ 15 ]
Эффект Абни необходимо учитывать при проектировании кабины современных истребителей. Цвета, отображаемые на экране, становятся ненасыщенными, когда на экран падает белый свет, поэтому принимаются специальные меры для противодействия эффекту Абни. [ 5 ]
Существует широкий спектр спектральных цветов, которые можно точно соответствовать чистому цвету путем добавления различных уровней белого света. [ 16 ]
Остается неизвестным, является ли эффект Абни результирующим явлением, возникающим случайно во время восприятия цвета, или же этот эффект играет преднамеренную функцию в том, как глаз кодирует цвет.
Моделирование
[ редактировать ] | В этом разделе отсутствует информация о том, какие специальные конструкции позволяют двум CAM предсказывать эффект. ( февраль 2021 г. ) |
Эффект Абни редко описывается известными моделями цветового восприятия. Из многих моделей, рассмотренных Фэйрчайлдом в журнале «Модели внешнего вида цвета» (3-е изд.), только модели Ханта и ATD предсказывают эффект Абни. [ 17 ]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Придмор, Р. «Влияние чистоты на оттенок (эффект Абни) в различных условиях». Исследование и применение цвета. 32.1 (2007): 25–39.
- ^ Перейти обратно: а б Придмор, Ральф В.; Мельгоса, Мануэль (10 апреля 2015 г.). «Все эффекты психофизических переменных на цветовые характеристики: система классификации» . ПЛОС ОДИН . 10 (4): e0119024. дои : 10.1371/journal.pone.0119024 . ПМЦ 4393130 . ПМИД 25859845 .
- ^ Перейти обратно: а б с д В. де В. Эбни. «Об изменении оттенка цветов спектра при разбавлении белым светом». Труды Лондонского королевского общества. Серия А, содержащая статьи математического и физического характера. 83.560 (1909): 120–127.
- ^ Введение в диаграммы цветности и цветовые гаммы
- ^ Перейти обратно: а б с д Виддел Х., Люсьен Д. Цвет на электронных дисплеях . Спрингер (1992): 21–23.
- ^ К. Мантере, Дж. Парккинен и Т. Яаскелайнен. «Моделирование характеристик адаптации к белому свету с использованием нелинейного нейронного анализа главных компонент». Журнал Оптического общества Америки . А 14 (1997): 2049–2056.
- ^ Фэйрчайлд, М. Модели цветового внешнего вида . Wiley Interscience (2005): 117–119.
- ^ Перейти обратно: а б Кулп Т., Фулд К. «Прогнозирование оттенка и насыщенности для неспектрального освещения». Видение Рез. 35.21 (1995): 2967–2983.
- ^ Шевелл, С.К. «Связь сигналов конуса с внешним видом цвета: нарушение монотонности желтого/синего цвета». Визуальная нейронаука. 18.6 (2001): 901–906.
- ^ Перейти обратно: а б с Мизоками Ю., Вернер Дж., Кроньял М., Вебстер М., «Нелинейность в цветовом кодировании: компенсация цветового восприятия за счет спектральной чувствительности глаза». Журнал видения . 6 (2006): 996–1007.
- ^ Фэйрчайлд, М. Модели цветового внешнего вида . Уайли Интерсайенс (2013): 121–122.
- ^ Перейти обратно: а б «Восприятие цвета» . Архивировано из оригинала 6 марта 2007 г. Проверено 25 ноября 2007 г.
- ^ В. де В. Эбни. «Измерение цвета по контрасту». Труды Лондонского королевского общества . 56,0 (1894): 221–228.
- ^ Вебстер М., Мизоками Ю., Вернер Дж. и Крогнейл М.А. «Постоянство оттенка при изменениях спектральной чистоты и функциональная теория эффекта Абни». Журнал видения . 5.12 (2005):36, 36а.
- ^ Метод и устройство цветной печати, компенсирующие эффект Абни. Архивировано 12 июня 2011 года в Wayback Machine.
- ^ Придмор, Р. « Эффект Безольда-Брюке существует в родственных и несвязанных цветах и напоминает эффект Абни». Исследование и применение цвета. 29.3 (2004): 241–246.
- ^ Фэйрчайлд, М. Модели цветового внешнего вида . Wiley Interscience (2013): 241, 263.