Введение

Теория цветового зрения у человека – универсальная психологическая и неврологическая модель.

Теория цветового оппонента утверждает, что зрительная система человека интерпретирует информацию о цвете, обрабатывая сигналы от фоторецепторных клеток антагонистическим способом. Согласно теории цветового оппонента, существует три оппонентных канала, каждый из которых состоит из пары противоположных цветов: красный против зеленого, синий против желтого и черный против белого (яркость). Эта теория была впервые предложена в 1892 году немецким физиологом Эвальдом Герингом.

Дополнительные цвета

Когда долго смотришь на яркий цвет (например, красный), а затем переводишь взгляд на белое поле, возникает послеобраз, при котором исходный цвет вызывает свое дополнительное (комплементарное) цвет (зеленый, в случае красного). Когда комплементарные цвета сочетаются или смешиваются, они "нейтрализуют" друг друга и становятся нейтральными (белыми или серыми). То есть, комплементарные цвета никогда не воспринимаются как смесь; не существует "зеленовато-красного" или "желтовато-синего", вопреки некоторым утверждениям. Наивысший цветовой контраст, который может иметь цвет, достигается с его комплементарным цветом. Комплементарные цвета также называют "противоположными цветами" и они, закономерно, лежат в основе цветовой модели, используемой в теории цветового оппонента.

Уникальные оттенки

Цвета, определяющие предельные значения для каждого цветопротивоположного канала, называются уникальными оттенками, в отличие от составных (смешанных) оттенков. Эвальд Геринг впервые определил уникальные оттенки как красный, зеленый, синий и желтый, основываясь на концепции, что эти цвета не могут восприниматься одновременно. Например, цвет не может казаться одновременно красным и зеленым. Несмотря на значительную индивидуальную вариативность при экспериментальном определении уникальных оттенков, уникальные оттенки конкретного человека остаются очень стабильными, с точностью до нескольких нанометров.

Отношение к цветовому пространству LMS

Хотя изначально теории трихроматического зрения и оппонентных процессов казались взаимоисключающими, впоследствии было показано, что механизмы, ответственные за оппонентные процессы, получают сигналы от трех типов колбочек, предсказанных теорией трихроматического зрения, и обрабатывают их на более сложном уровне. У большинства людей в сетчатке есть три различных типа колбочек, обеспечивающих трихроматическое цветовое зрение. Цвета определяются пропорциональным возбуждением этих трех типов колбочек, то есть их квантовым уловом. Уровни возбуждения каждого типа колбочек являются параметрами, определяющими цветовое пространство LMS. Для вычисления значений тристимула оппонентного процесса из цветового пространства LMS необходимо сравнить возбуждения колбочек: световой оппонентный канал равен сумме возбуждений всех трех типов колбочек (плюс клеток палочек в определенных условиях). Красный-зеленый оппонентный канал равен разности возбуждений колбочек L и M. Сине-желтый оппонентный канал равен разности возбуждения колбочки S и суммы возбуждений колбочек L и M.

Преимущество

Передача информации в цветовом пространстве соперничающих каналов предпочтительнее, чем передача ее в цветовом пространстве LMS ("сырые" сигналы от каждого типа колбочек). Поскольку существует некоторое перекрытие в длинах волн света, на которые реагируют три типа колбочек (L для длинноволнового, M для средневолнового и S для коротковолнового света), визуальной системе (с точки зрения динамического диапазона) эффективнее регистрировать разности между сигналами колбочек, а не индивидуальный сигнал каждого типа колбочек.

Цветовое слепота

Цветовую слепоту можно классифицировать по типу пораженных колбочек (протан, деутан, тритан) или по пораженному цветовому каналу (красно-зеленый или сине-желтый). В любом случае, канал может быть неактивным (при дихромазии) или иметь пониженный динамический диапазон (при аномальной трихромазии). Например, люди с дейтеранопией испытывают трудности с различением уникальных оттенков красного и зеленого.

История

Иоганн Вольфганг фон Гете впервые изучил физиологическое воздействие дополнительных цветов в своей "Теории цветов" в 1810 году. Гете расположил свое цветовое колесо симметрично, "поскольку цвета, диаметрально противоположные друг другу на этой диаграмме, взаимно вызывают друг друга в глазу. Таким образом, жёлтый требует фиолетового; оранжевый – синего; красный – зелёного; и наоборот: таким образом, все промежуточные оттенки взаимно вызывают друг друга". Эвальд Херинг предложил теорию цветового оппонента в 1892 году. Он считал, что красный, жёлтый, зелёный и синий цвета особенны тем, что любой другой цвет можно описать как их смесь, и что они существуют в виде противоположных пар. То есть, воспринимается либо красный, либо зелёный, но никогда красновато-зелёный: хотя жёлтый является смесью красного и зелёного в цветовой модели RGB, глаз не воспринимает его как таковой. Новая теория Херинга противоречила преобладающей теории Юнга-Гельмгольца (трихроматической теории), впервые предложенной Томасом Янгом в 1802 году и развитой Германом фон Гельмгольцем в 1850 году. Две теории казались несовместимыми до 1925 года, когда Эрвин Шрёдингер смог примирить их и показать, что они могут быть взаимодополняющими.

В других областях

Другие исследователи применили идею противоположных стимуляций не только к зрительным системам, как описано в статье о теории процесса оппонента. В 1967 году Род Григг распространил эту концепцию на широкий спектр процессов оппонента в биологических системах. В 1970 году Соломон и Корбит расширили общую неврологическую модель процесса оппонента, предложенную Хурвичем и Джеймсоном, для объяснения эмоций, наркотической зависимости и рабочей мотивации.

Приложения

Теория цветового оппонента может быть применена в компьютерном зрении и реализована в виде гауссовской цветовой модели и модели обработки естественного зрения.