Χρωματική αντίληψη

1. Χρωματική αντίληψη

2. Φυσικά χαρακτηριστικά του φωτός Τα αστρικά αντικείμενα, εκπέμπουν ηλεκτρομαγνητικά κύματα. Ένα τμήμα αυτών των κυμάτων μπορούμε να το αντιληφθούμε ως φως. Το ορατό σε εμάς φως έχει μήκος κύματος από 400 – 700νμ περίπου (1νμ είναι το ένα δισεκατομμυριοστό του μέτρου).

3. Χρώμα και μήκος κύματος Κάθε επιφάνεια, ανάλογα με το χρώμα της, αντανακλά περιορισμένο φάσμα του φωτός(επιλεκτική ανακλαστικότητα) Ανακλαστικότητες για μπλε, πράσινες και κόκκινες επιφάνειες. Επίσης φαίνονται οι ανακλαστικότητες των ουδέτερων χρωμάτων.

4. Μήκος κύματος και χρώμα Αν το αντιληπτικό μας σύστημα είχε κάποιο τρόπο να γνωρίζει το μήκος κύματος φωτός που φτάνει στο μάτι μας, θα μπορούσε να κωδικοποιήσει και το χρώμα της επιφάνειας.

5. Τριχρωματική όραση O Thomas Young (φυσικός, φυσιολόγος, γιατρός, αιγυπτιολόγος), πρότεινε ότι η χρωματική αντίληψη βασίζεται στη λειτουργία τριών διαφορετικών τύπων φωτοϋποδοχέων. Αυτοί, υποτίθεται ότι αντιδρούσαν επιλεκτικά σε ιώδες, πράσινο και κόκκινο φάσμα φωτός. Thomas Young 1773-1829

6. Τριχρωματική όραση Ο Helmholtz, συστηματοποίησε τις ιδέες του Young σε αυτό που γνωρίζουμε σήμερα ως τριχρωματική θεωρία. Η τριχρωματική θεωρία υποστηρίζει την ύπαρξη τριών τύπων κωνίων που αντιδρούν επιλεκτικά σε διαφορετικά μήκη φωτός. Ο Helmholtz έδειξε πειραματικά ότι οι άνθρωποι μπορούν να χρησιμοποιήσουν φώτα με τρία διαφορετικά μήκη κύματος, ώστε να «συνθέσουν» όλα τα χρώματα. Hermann Ludwig Ferdinand von Helmholtz 1821-1894

7. Τριχρωματική όραση Σήμερα γνωρίζουμε ότι πράγματι, οι φωτοϋποδοχείς του αμφιβληστροειδή, αντιδρούν επιλεκτικά σε ορισμένα μήκη κύματος φωτός. Οι ιδέες των Young-Helmholtz επιβεβαιώθηκαν δεκαετίες αργότερα από τη φυσιολογική μελέτη του αμφιβληστροειδούς. Hermann Ludwig Ferdinand von Helmholtz 1821-1894

8. Κωνία και ραβδία Το μάτι μας έχει δύο είδη φωτοϋποδοχέων: Τα κωνία και τα ραβδία. Τα κωνία είναι κυρίως υπεύθυνα για τη χρωματική όραση. Είναι λιγότερα από τα ραβδία, και έχουν μεγάλη συγκέντρωση στο κέντρο του αμφιβληστροειδή χιτώνα.

9. Κωνία και ραβδία Διαφορετικά κωνία αντιδρούν με διαφορετικό τρόπο στα μήκη κύματος του φωτός. Έτσι, έχουμε κωνία που αντιδρούν έντονα στα: μικρά μήκη (S ή «μπλε), στα μεσαία (M ή «πράσινα») και στα μακρά (L ή «κόκκινα»)

10. Κωνία και ραβδία Αντιδράσεις των τριών τύπων κωνίων, και των ραβδίων στα διαφορετικά μήκη κύματος φωτός. Για κάθε μήκος κύματος υπάρχει ένας μοναδικός συνδυασμός αντιδράσεων των υποδοχέων.

11. Πόσα χρώματα διακρίνουμε; Πώς θα κάνατε το πείραμα; Ξεκινάμε από ένα μήκος κύματος φωτός (400nm) και το αυξάνουμε σταδιακά έως ότου ο παρατηρητής διακρίνει κάποια χρωματική διαφορά (χρωματική ευαισθησία). Διακρίνουμε περίπου 150 αποχρώσεις. Ωστόσο τα χρώματα διαφέρουν εκτός από την απόχρωσή τους (που αντιστοιχεί στο μήκος κύματος), και στη φωτεινότητα (ποσότητα φωτός), και στον κορεσμό (περιεκτικότητα σε λευκό). Αν συνδυαστούν όλες οι παράμετροι, μπορούμε να αντιληφθούμε περίπου 7.000.000 χρώματα!

12. Αναπαράσταση χρωμάτων Μπορούμε γραφικά να αναπαραστήσουμε τη σχέση των χρωμάτων με βάση το μήκος κύματος φωτός. Συνήθως αυτή η αναπαράσταση περιλαμβάνει μερικά «βασικά» μόνο χρώματα (Hurvich).

13. Αναπαράσταση χρωμάτων Δισδιάστατη αναπαράσταση των χρωμάτων με βάση την απόχρωση και τον κορεσμό τους.

14. Αναπαράσταση χρωμάτων Τρισδιάστατη αναπαράσταση των χρωμάτων με βάση όλα τους τα χαρακτηριστικά (απόχρωση, κορεσμός, φωτεινότητα).

15. Αχρωματοψία Η τριχρωματική θεωρία «προέβλεψε» κάποιες φυσιολογικές λειτουργίες του οπτικού μας συστήματος. Μία από αυτές είναι η «αχρωματοψία» (color blindness). Τα άτομα που πάσχουν από αχρωματοψία, δυσκολεύονται να αντιληφθούν κάποιες διαφορές ανάμεσα στα χρώματα. Ο πρώτος που περιέγραψε την αχρωματοψία ήταν ο Dalton (Extraordinary facts relating to the vision of colours, 1798). John Dalton 1766-1844

16. Αχρωματοψία Η αχρωματοψία μπορεί να προκληθεί από μία σειρά παραγόντων, αν και οι πιο συνηθισμένες μορφές οφείλονται σε γονιδιακού τύπου προβλήματα. Οι περισσότεροι τύποι αχρωματοψίας αφορούν στην έλλειψη ενός από τα τρία είδη κωνίων (μακρά, μεσαία, βραχέα). Υπάρχουν σπανιότερες περιπτώσεις ανθρώπων που πάσχουν από «μονοχρωματισμό», δηλαδή λείπουν δύο είδη κωνίων. Ακόμη σπανιότερη είναι η «ολοκληρωτική αχρωματοψία», όπου όλα τα κωνία λείπουν. John Dalton 1766-1844

17. Αχρωματοψία Πρωτανοπία Λείπουν τα «μακρά» κωνία Τριτανοπία Λείπουν τα «βραχέα» κωνία Δευτερανοπία Λείπουν τα «μεσαία» κωνία κανονικά

18. Αχρωματοψία Για τη διάγνωση της αχρωματοψίας χρησιμοποιείται το τεστ Ισιχάρα, που αναπτύχθηκε από τον Ιάπωνα γιατρό Shinobu Ishihara. Πρόκειται για κάρτες που έχουν αριθμούς διαφόρων αποχρώσεων σε διάφορα πλαίσια. Άτομα που δεν διακρίνουν τους αριθμούς (25, 45, 6) πιθανώς πάσχουν από αχρωματοψία. Shinobu Ishihara 1879-1963

19. Θεωρία αντιθετικών διεργασιών Ο Hering ήταν ο μεγάλος θεωρητικός αντίπαλος του Helmholtz. Δύο φαινομενολογικές παρατηρήσεις τον οδήγησαν στη διατύπωση της θεωρίας των «αντιθετικών διεργασιών» (opponent processes theory). Η πρώτη αφορά το χρώμα των μετα-εικόνων, και η δεύτερη αφορά την νοερή αναπαράσταση χρωμάτων. Ewald Hering 1834-1918

20. Νοερή αναπαράσταση χρωμάτων Φανταστείτε ένα κόκκινο χρώμα. Τώρα ένα μπλε. Τώρα ένα κόκκινο/μπλε. Τώρα ένα κόκκινο/πράσινο. Ο Hering παρατήρησε ότι είναι αδύνατον να φανταστούμε χρώματα που περιέχουν δύο «αντίθετα» (πράσινο-κόκκινο, μπλε-κίτρινο). Γιατί;

21. Μετα-εικόνες (afterimages) + Εστιάστε στο σταυρό και αποφύγετε να κουνάτε τα μάτια σας.

22. Μετα-εικόνες (afterimages) +

23. Μετα-εικόνες (afterimages) Ο Hering παρατήρησε ότι το χρώμα της μετα-εικόνας είναι πάντα το «συμπληρωματικό-αντίθετο» του αρχικού χρώματος. Συνεπώς η κωδικοποίηση του χρώματος γίνεται σε ζεύγη και όχι από τους τρεις τύπους κωνίων.

24. Θεωρία αντιθετικών διεργασιών Ο Hering πρότεινε ότι υπάρχουν τρεις μηχανισμοί για έξι βασικά χρώματα που λειτουργούν σε ζεύγη: Κόκκινο – πράσινο Μπλε – κίτρινο Λευκό – μαύρο Υπέθεσε ότι για κάθε μηχανισμό, η ύπαρξη μιας χημικής ουσίας, σηματοδοτούσε ένα χρώμα (κόκκινο), ενώ η απουσία της ίδιας ουσίας σηματοδοτούσε το «αντίθετο» χρώμα (πράσινο). Ο συνδυασμός της λειτουργίας αυτών των μηχανισμών μπορεί να κωδικοποιήσει και όλα τα υπόλοιπα χρώματα.

25. Θεωρία αντιθετικών διεργασιών Υποθετικές αντιδράσεις των δύο χρωματικών αντιθετικών μηχανισμών του Hering.

26. Θεωρία αντιθετικών διεργασιών Με αυτό το μοντέλο, ο Hering κατάφερε να ερμηνεύσει τόσο τις μετα-εικόνες, όσο και την αδυναμία να φανταστούμε συνδυασμούς αντιθετικών χρωμάτων. Εφόσον το πράσινο και το κόκκινο επεξεργάζονται από τον ίδιο μηχανισμό, δεν μπορούμε να φανταστούμε συνδυασμούς των δύο χρωμάτων. Για τις μετα-εικόνες η ερμηνεία βασίζεται στην εξοικίωση (habituation), του νευρώνα. Ο «κόκκινος-πράσινος» νευρώνας, εξοικοιώνεται στο συνεχές μακρό μήκος κύματος. Συνεπώς, όταν θα ερεθιστεί από όλα τα μήκη (λευκό πλαίσιο), θα κωδικοποιήσει το αντίθετο χρώμα.

27. Θεωρία αντιθετικών διεργασιών Η θεωρία των αντιθετικών διεργασιών δε συνάντησε αποδοχή για περίπου μισό αιώνα. Τη δεκαετία του ‘50 μελέτες επιβεβαίωσαν την ύπαρξη νευρώνων που λειτουργούν με «αντιθετικό» τρόπο, όπως είχε προβλέψει ο Hering (Svaetichin, 1956, DeValois, 1960). Σήμερα οι περισσότεροι ερευνητές αποδέχονται ότι μία πρώτη κωδικοποίηση χρώματος γίνεται με βάση την τριχρωματική θεωρία σε επίπεδο αμφιβληστροειδούς, και μία δεύτερη κωδικοποίηση γίνεται από νευρώνες τύπου «κόκκινο-πράσινο, μπλε-κίτρινο» σε ανώτερες περιοχές (LGN).

28. Αντιληπτική σταθερότητα χρώματος. Το χρώμα που αντιλαμβανόμαστε εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από το μήκος κύματος φωτός που ερεθίζει τον αμφιβληστροειδή μας. Ωστόσο το μήκος κύματος φωτός μπορεί να διαφέρει δραματικά ανάλογα με την πηγή του. Το ηλιακό φως περιέχει εξίσου όλα τα μήκη κύματος. Το τεχνητό φως ωστόσο, είναι συνήθως «πλουσιότερο» σε μεσαία και μακρά μήκη κύματος. Αυτό σημαίνει ότι μία κίτρινη επιφάνεια στο φως του ήλιου, μπορεί να αντανακλά το ίδιο φως με μία μπλε επιφάνεια κάτω από τεχνητό φως. Ωστόσο, οι μπλε επιφάνειες εξακολουθούν να φαίνονται μπλε ακόμη και σε τεχνητό φως.

29. Αντιληπτική σταθερότητα χρώματος. Ποσοστό ακτινοβολίας Ηλιακό φως Τεχνητό φως Το μήκος κύματος φωτός που φτάνει στο μάτι μας εξαρτάται όχι μόνο από το χρώμα της επιφάνειας, αλλά και από το μήκος κύματος του φωτισμού.

30. Αντιληπτική σταθερότητα χρώματος. Το μήλο φαίνεται κόκκινο επειδή αντανακλά κυρίως μακρό μήκος κύματος φωτός.

31. Αντιληπτική σταθερότητα χρώματος. Το μήλο στη φωτογραφία φαίνεται μωβ. Εκπέμπει κυρίως βραχύ κύμα φωτός (μπλε).

32. Αντιληπτική σταθερότητα χρώματος. Το μήλο φαίνεται κόκκινο,παρότι εκπέμπει κυρίως βραχύ κύμα φωτός (μπλε).

33. Αντιληπτική σταθερότητα χρώματος. Αν το χρώμα του μήλου βασίζεται στο μήκος κύματος φωτός που αντανακλά, τότε γιατί τα δύο μήλα έχουν διαφορετικό χρώμα;

34. Αντιληπτική σταθερότητα χρώματος. Οι δύο θεωρίες της χρωματικής αντίληψης, δεν προσφέρουν ικανοποιητική ερμηνεία στο φαινόμενο της αντιληπτικής σταθερότητας χρώματος. Υπάρχουν ωστόσο κάποιοι παράγοντες που θεωρούμε ότι συμβάλλουν στο φαινόμενο της αντιληπτικής σταθερότητας χρώματος. Οι τρεις κυριότεροι φαίνεται ότι είναι: Προσαρμογή (adaptation) Πλαίσιο Μνήμη χρώματος (memory color).

35. Χρωματική προσαρμογή Η χρωματική προσαρμογή αναφέρεται στην ιδιότητα των υποδοχέων να «προσαρμόζονται» (δηλαδή να αντιδρούν λιγότερο), σε συνεχόμενους ερεθισμούς του ίδιου μήκους κύματος φωτός. Ας υποθέσουμε ότι μπαίνετε σε ένα χώρο με τεχνητό φως, όπου η κυρίαρχη ακτινοβολία έχει μακρό μήκος κύματος. Η προσαρμογή του ματιού στο μακρό αυτό μήκος κύματος, έχει σαν αποτέλεσμα σχετική αντιληπτική σταθερότητα.

36. Πλαίσιο Η αντιληπτική σταθερότητα ευνοείται από την ύπαρξη ενός σύνθετου πλαισίου στην οπτική εικόνα. Εάν δούμε μία επιφάνεια σε απομόνωση από το πλαίσιό της, τότε δεν θα έχουμε αντιληπτική σταθερότητα. Αυτό σημαίνει ότι το σύστημα υπολογίζει με κάποιον τρόπο τη σχέση μεταξύ των κυμάτων του φωτός που εκπέμπουν όλες οι επιφάνειες στο οπτικό μας πεδίο. Ακόμη δεν έχει προταθεί μία ικανοποιητική υπολογιστική θεωρία που να ερμηνεύει τον τρόπο με τον οποίο γίνεται αυτό.

37. Μνήμη για χρώμα Ο Hering πρότεινε ότι συνυπεύθυνος παράγοντας για την αντιληπτική σταθερότητα είναι ένας μηχανισμός του ανώτερου γνωστικού μας συστήματος, η μνήμη για χρώμα (color memory). Η ιδέα είναι ότι για συγκεκριμένα αντικείμενα με χαρακτηριστικό χρώμα (π.χ. μήλα) το ανώτερο γνωστικό σύστημα επεμβαίνει και «διορθώνει» το αισθητηριακό εισιόν του οπτικού μας συστήματος. Πώς θα μελετούσατε πειραματικά την ύπαρξη της μνήμης για χρώμα;

38. Μνήμη για χρώμα Delk & Fillenbaum (1965) Χρωματική ταύτιση για διάφορα ερεθίσματα αντικειμένων (καρδιά, μήλο, μπανάνα, κλπ.) Όλα τα ερεθίσματα είχαν το ίδιο χρώμα Τα ερεθίσματα με χαρακτηριστικό κόκκινο χρώμα, ταυτίστηκαν ως πιο κόκκινα από ότι άλλα αντικείμενα. White & Montgomery (1976) Χρωματικές ταυτίσεις μετα-εικόνων από ερεθίσματα με χαρακτηριστικό χρώμα και μη χαρακτηριστικό χρώμα. Οι μετα-εικόνες των ερεθισμάτων με χαρακτηριστικό χρώμα κρίθηκαν πιο έντονες από ότι εκείνες από ερεθίσματα με μη χαρακτηριστικό χρώμα.

39. Χρωματικές πλάνες Τα τετράγωνα στο κέντρο έχουν το ίδιο χρώμα

40. Χρωματικές πλάνες Τα τετράγωνα στο κέντρο έχουν το ίδιο χρώμα

41. Χρωματικές πλάνες Τα τετράγωνα στο κέντρο των τριών πλευρών έχουν το ίδιο χρώμα

42. Χρωματικές πλάνες Μια διαδεδομένη ερμηνεία των χρωματικών πλανών βασίζεται στην ύπαρξη νευρώνων που έχουν διαφορετικές αντιδράσεις στο κέντρο και την περιφέρειά τους (center on-surround off, center off-surround on cells). Ένας νευρώνας τύπου (Υ+Β-) ερεθίζεται έντονα από το τετράγωνο στα δεξιά, αλλά όχι από το τετράγωνο στα αριστερά. Αυτή η διαφορά στην αντίδραση του νευρώνα είναι σύμφωνη με την αντιληπτική μας εμπειρία.

43. Περίληψη Η κωδικοποίηση του χρώματος μιας επιφάνειας φαίνεται να γίνεται χάρη σε νευρώνες που αντιδρούν επιλεκτικά σε διαφορετικά μήκη κύματος φωτός. Η χρωματική σταθερότητα φαίνεται να στηρίζεται στον μηχανισμό της προσαρμογής, αλλά και σε ανώτερους γνωστικούς παράγοντες που υπολογίζουν το χρώμα του πλαισίου, καθώς και στη μνήμη για χρώμα. Αν και η χρωματική αντίληψη θεωρείται μία από τις πλέον ερμηνεύσιμες αντιληπτικές λειτουργίες, ακόμη δεν υπάρχει μία θεωρία που να ερμηνεύει όλα τα φαινόμενα αντιληπτικής σταθερότητας και πλανών.