2 Фізіологічні основи та моделі кольорового сприйняття
2.1 Будова ока людини та сприйняття оптичного випромінювання
2.1.1 Будова ока людини
У системах передавання візуальної інформації кінцевою ланкою, що сприймає зображення, є зоровий апарат людини, тому правильну побудову систем відтворення та обробки зображень може бути здійснено тільки за умови врахування адекватної моделі зору. Можна зазначити, що за мільйони років еволюції зоровий апарат людини якнайкраще пристосувався до умов навколишнього середовища й у певному розуміння досяг досконалості. Розробляючи сучасні штучні технічні засоби для сприйняття зображень ми прагнемо наблизити їх за параметрами до зору людини.
Про механізм обробки сигналів у зоровому аналізаторі, у результаті якої відбуваються, як думають, розуміння побаченого й розпізнавання знайомих предметів, відомо ще дуже мало. Глибоке вивчення цього механізму й інших фізіологічних особливостей зору й обробки інформації в організмі людини, можливо, відкриє нові шляхи побудови систем сприйняття, відтворення та формування зображень.
Периферійною частиною зорового апарата, що безпосередньо сприймає світлове випромінювання, є око.
Будова ока. Око людини, рис.1.5, є складним органом, що містить склоподібне тіло 1, огорнуте непрозорою оболонкою - склерою 2, що у передній частині переходить у прозору роговицю 3. За роговицею розташована райдужна оболонка 4 з отвором у центрі - зіницею, а за нею - кришталик 5. Простір між роговицею й кришталиком заповнено рідиною. Все це разом утворює оптичну систему ока, за допомогою якої зображення проектується на внутрішню поверхню склери, вкриту світлочутливою оболонкою 6, яка називається сітківкою або ретиною.
Сітківка містить два види світлочутливих рецепторів - колбочки й палички, а також кілька шарів нервових клітин, зв'язаних з рецепторами. Колбочки утворюють апарат денного зору й функціонують за умови, освітленість світлочутливої поверхні ока більше 0,01 лк. Палички, що утворюють апарат сутінкового зору, мають значно більшу чутливість і здатні відрізнити білу поверхню від чорної навіть за умови, що рівень освітленості становить близько 0,000001 лк. Проте апарат денного зору має більш високу роздільну здатність і завдяки йому людина розрізняє кольори.
Під дією м'язів, які утримують кришталик, кривизна кришталика змінюється завдяки чому відбувається наведення різкості зображення – акомодація. Ми кажемо, що зображення є різким, якщо на ньому можна розрізнити дуже дрібні деталі, а контури окремих середніх та великих за розмірами деталей характеризуються малими розмірами прикордонних переходів. У разі максимального розслаблення акомодаційних м'язів заломлю вальна здатність кришталика є мінімальною й око сфокусовано на нескінченність. Адаптація, тобто пристосування до різної освітленості відбувається завдяки зміні діаметра зіниці, що виконує роль діафрагми в оптичній системі ока, а також завдяки перемиканню апаратів денного й сутінкового зору.
Світлочутливі елементи на сітківці розподілені нерівномірно. Найбільша щільність розподілу колбочок спостерігається в області жовтої плями 7 і в його центральному заглибленні – фовеа 8. Кутовий розмір фовеа становить близько одного градуса, число колбочок у ньому дорівнює приблизно 4000, а щільність їхнього розподілу - 180 тисяч на мм2. Жовта пляма визначає область ясного бачення. Воно має овальну форму, подовжену в горизонтальному напрямку. Його кутові розміри приблизно 6° на 8°. Коли людина дивиться на зображення око автоматично розташовує найцікавіший (інформативний) для спостерігача фрагмент зображення з фовеа. Саме тому зорова вісь 9 ока, що проходить від фовеа через центр кришталика до об'єкта спостереження, відхилена приблизно на 5° від оптичної осі 10, що збігається з віссю симетрії оптичної системи ока.
Функція сітківки полягає не тільки у сприйнятті зображення, але й у попередній обробці зорових сигналів перед їхнім надходженням у зоровий нерв 11. Ця обробка відбувається в результаті передавання сигналу від одного шару нервових кліток до іншого. Останній шар, безпосередньо зв'язаний із зоровим нервом, складається з так званих гангліозних клітин. Кожна гангліозна клітина з'єднана з волокном зорового нерва. В області фовеа на одну колбочку припадає одна гангліозна клітина, а в області периферійного зору одна гангліозна клітина обслуговує ділянку рецепторів, що складається з великої кількості світлочутливих елементів.