Сенсорные системы

Важными движениями являются сведение (конвергенция)  и разведение (дивергенция ) зрительных осей глаз. Конвергенция требуется при переводе взгляда с далекого объекта на близкий, дивергенция – наоборот, с близкого объекта на  более удаленный. При удаленности объекта на расстояние более 6 м зрительные оси глаз считаются параллельными.  Эти движения совершается непроизвольно, автоматически. Конвергенция тесно связана с аккомодацией так как они вызываются одной причиной – приближением или удалением наблюдаемого объекта. Недостаточность конвергенции или аккомодации, нарушение связи между ними приводят к зрительному дискомфорту, быстрому утомлению при чтении, затруднению при слежении за движущимися объектами.

Когда взор наблюдателя направлен  на объект, то глазодвигательная система  должна какое-то время сохранить  фиксацию объекта относительно сетчатки для получения нужной информации. Эта фиксация не является абсолютной и ее сопровождают три вида движений: дрейф, тремор и непроизвольные скачки. Дрейф- сравнительно медленное движение глаз небольшой амплитуды, тремор – это мелкие колебания глаз с частотой  30-90 Гц, непроизвольные скачки (флики) – быстрые движения, длительность около 25 мс.

Показано, что если искусственно стабилизировать  изображение на одном месте сетчатки, то уже через 1-3 с испытуемый перестает  что бы то ни было видеть. Устанавливается так называемое пустое поле, которое не кажется темным, но на  нем не различается никаких деталей. В естественных условиях все три типа движений (дрейф, тремор, скачки) обеспечивают перемещение изображения по сетчатке даже в тех случаях, когда человек считает, что его глаза неподвижны, таким образом, предотвращается появление пустого поля.

При фиксации взором движущегося объекта  глазодвигательная система также  должна удерживать изображение в  пределах какой-то ограниченной зоны на сетчатке. Прослеживающие движения осуществляются со скоростью движения объекта. Глаза  следят плавно с редкими скачками, необходимыми для ликвидации рассогласования  из-за несовпадения скорости движения глаза и объекта.

Движения глаз управляются центрами, которые находятся в области  ретикулярной формации. Горизонтальные движения управляются нейронами  РФ варолиева моста. При патологических процессах, затрагивающих эту зону, возникает паралич горизонтального смещения глаз в сторону очага поражения. При вертикальных движениях управление глазными мышцами осуществляется РФ среднего мозга. Рефлекторным изменением направления взора управляют нейроны верхних бугров четверохолмия и премоторной области коры. Для точной регуляции движениями глаз важно участие мозжечка. При его поражениях нарушаются следящие и саккадические движения. Движения глаз тесно связаны с регуляцией со стороны вестибулярного аппарата.  В процессах и координации движений двух глаз важную роль играют нейроны переднего двухолмия. Они организованы в колонки, которые воспринимают сигналы, поступающие от одних и тех же участков полей зрения. Активность  таких нейронов, на которые конвергирует импульсация от правого и левого глаза, является пусковым механизмом для глазодвигательных нейронов. Все рассмотренные подкорковые центры координируются сигналами из зрительной, теменной и лобной коры, которые отвечают за целостное программирование движений тела и оценку его положения в пространстве. Координированные движения глаз способствуют объединению информации, идущей от обоих глаз в центры мозга.

Бинокулярное зрение и  стереоэффект. Нормальное бинокулярное зрение характеризуется следующими двумя особенностями. Во-первых, слиянием  двух монокулярных изображений, воспринимаемых раздельно правым и левым глазом в одно изображение. Во-вторых, стереовосприятием, включающим как ощущение объемности предметов, так и восприятие удаленности видимых объектов относительно фиксированного объекта.

Бинокулярное зрение осуществляется в результате совместной деятельности сенсорных и моторных систем обоих  глаз, обеспечивающих одновременное  направление зрительной оси каждого  глаза на объект фиксации взора. Изображения  предмета, на который фиксируются  глаза, и окружающих его предметов  на обеих сетчатках получаются несколько  различными вследствие расстояния между  глазами. Однако в норме оба изображения  в мозгу сливаются в одно. Это  слияние называется фузией. Фузия  не просто дает слитное изображение, а придает ему новое качество – трехмерность. Итак, бинокулярное зрение приводит к возникновению стереоэффекта, т.е. к тому, что наблюдаемые предметы воспринимаются объемно, трехмерно, размещенными в пространстве друг относительно друга.

Возникновение пространственных объемных образов при бинокулярном зрении объясняет теория корреспондирующих  точек (идентичных) точек. Когда человек  смотрит на удаленный предмет, например, на звездное небо, оси его глаз параллельны  и изображение звезды в обоих  глазах попадает на симметричные точки  сетчатки, лежащие на равном расстоянии от зрительных осей глаз. Такие точки  называют идентичными или корреспондирующими, неидентичные точки называются диспарантными. При фиксации взора на относительно близком объекте, вследствие конвергенции оси глаз сойдутся на определенной  точке,  и ее изображение в обоих глазах попадет на идентичные точки.  Изображение же других более удаленных точек в правом и левом глазу попадут уже на диспарантные точки. Степень диспарантности каждой точки ощущается как различие в расстояниях до нее относительно точки фиксации. Стереоэффект определяется геометрическим фактом – если объект находится ближе точки фиксации взгляда, то две его проекции на сетчатках правого и левого глаза оказываются дальше друг от друга, чем корреспондирующием точки. Объект, проекции которого на сетчатках двух глаз попадают на корреспондирующие точки, воспринимается как расположенный на том же расстоянии от глаз, что и точка фиксации. Если проекции этого объекта раздвинуты по сравнению с корреспондирующими точками, объект кажется ближе точки фиксации, если же они сближены, объект кажется расположенным дальше точки фиксации.

Бинокулярную диспарантность относят к первичным признакам глубины. Имеются также вторичные или косвенные признаки глубины- это частичное перекрытие (заслонение) одних предметов другими, перспектива (линейная и воздушная), отбрасываемая предметом тень

Для нормального бинокулярного  стереоскопического зрения необходима постоянная связь между аккомодацией и конвергенцией. Нарушение этой связи является одной из причин косоглазия. При  косоглазии проекции рассматриваемого объекта не попадают на корреспондирующие  точки двух сетчаток, что может  препятствовать возникновению нормального  стереоскопического эффекта. Косоглазие может приводить к снижению остроты  зрения одного глаза.

2.5.Цветовое зрение

Природа и параметры  цвета. Оценивая яркости предметов, глаз отмечает только количественные различия в интенсивности света. Но глаз способен воспринимать и качество света, зависящее от его спектрального состава, т.е. воспринимать цвет. Все многообразие зрительных ощущений можно разделить на две группы. К одной относятся ощущения ахроматических цветов - черного, белого и всех оттенков серого. Другую группу составляют ощущения хроматических цветов ,  в которую входят все наблюдаемые цвета, кроме черного, белого и серого.

Цветовое зрение повышает ценность зрительного восприятия, дает возможность  по-новому рассмотреть предметы, не говоря уже о эстетическом компоненте. Цвет не только признак, присущий всем предметам окружающего мира и определяющий отличия одних поверхностей от других, для людей цвет является источником сильных эмоциональных впечатлений, основанных на ассоциациях и предпочтениях. Большинство людей прежде всего обращают внимание на цвет окружающих предметов. Цвет привлекает внимание, пробуждают эстетические чувства, является дополнительным источником информации. Благодаря цвету легче отличить одну поверхность от другой, что облегчает зрительное обнаружение предметов, их опознавание.

Известно, что солнечный свет, проходя  через призму, расщепляется на  несколько  цветов, каждый из которых имеет  свою длину волны. Цветовое зрение - это способность человека различать  электромагнитные излучения разных длин волн в пределах так называемого  видимого спектра т.е. приблизительно 370-760 нм. Известный из физики непрерывный спектр, получаемый разложением белого солнечного света, состоит из семи основных цветов – красного, оранжевого, желтого, зеленого, голубого, фиолетового. Каждой длине волны соответствует ощущение определенного цвета. Примерное соотношение между длинами волн и цветами им соответствующими следующее: красный – 680 нм, оранжевый – 590 нм, желтый – 580 нм, зеленый - 525, голубой – 490 нм, синий – 430 нм, фиолетовый 400 нм. Свет одной длины волны называется монохроматическим. При смешении двух монохроматических лучей образуется новый цвет.

Восприятие цвета определяется доминирующей длиной волны света, стимулирующего зрительную систему. Говоря о синем  или красном цвете имеет на самом деле коротко- или длинноволновый свет соответственно, который таким образом воздействует на зрительную систему, что вызывает ощущение синего или красного. Цветоощущение – это субъективный результат воздействия на зрительную систему светового луча, принадлежащего  к видимой части спектра. Воспринимаемые цвета зависят от того как зрительная система интерпретирует световые лучи с разной длиной волны. Когда «белый» солнечный свет или свет от  специального источника освещения попадает на поверхности или предметы, одни, входящие в его состав лучи поглощаются содержащимися в них пигментами, а другие отражаются от них. Цвет поверхности (предмета) зависит от  длины волны того светового луча, который они отражают.

Любой цвет может быть определен  тремя характеристиками: цветовым тоном (хроматичностью), яркостью (светлотой) и насыщенностью (степень выраженности цветового тона). Под цветовым тоном понимается то качество цвета, которым он отличается от ахроматического, Цветовой тон определяется доминирующей длиной волны. Под яркостью понимается интенсивность светового потока. В краске светлота – это степень разбавления белым. Насыщенность – это доля чистого спектрального света, имеющего определенную длину волны. Самые насыщенные – это чистые спектральные цвета. При работе с красками насыщенность определяется долей чистого пигмента данного цвета.

Первые научные исследования феномена цвета были проведены

И. Ньютоном. Он разложил солнечный  свет с помощью призмы на основные цвета. И. Ньютон подчеркивал, что цвет - это атрибут восприятия, для  которого нужен наблюдатель, способный  воспринять лучи света и интерпретировать их как цвет, и отмечал, что видимый  цвет зависит от длины волны света, попадающего в глаз.  Все основные спектральные цвета И. Ньютон изображал  в виде круга, разделенного на семь частей, соответственно  красному, оранжевому, желтому, зеленому, голубому, синему и  фиолетовому цветам. На таком круге  цвета, расположенные на противоположных  концах диаметра являются дополнительными  при их оптическом смешении получается ахроматический  (серый или белый) цвет. Например, дополнительными цветами являются красный и голубовато-зеленый, синий и желтый и др.

Смешение цветов – это получение нового цвета из двух или более цветов, которые качественно отличаются как друг от друга, так и от полученного цвета. Известно, что чистые цвета с одной длиной волны (монохроматические) встречаются редко. Воздействующий на глаз свет обычно представляет собой смесь лучей с разной длиной волны.  Результирующий цвет определяется совокупностью попадающих в глаз излучений, отличающихся по своим длинам волн. Исследования этого явления показало, что, смешивая цвета по определенным правилам, можно получить все цвета с помощью минимального числа исходных. Выделяют два типа смешения цветов: аддитивное ( смешение световых потоков)  и субтрактивное (смешение красок).

Законы аддитивного (оптического) смещения цветов определяют, какой  результирующий цвет мы видим при  одновременном попадании в глаз световых лучей с различными длинами  волн.  Эти  законы впервые были выведены Н. Грассманом (1853)  на основе  ньютоновской схемой цветового круга и экспериментально доказаны Дж. Максвеллом (1860),

Г. Гельмгольцем (1864) и др. Результаты исследований получили обобщение в  форме законов аддитивного смешения цветов.

1.Для всех основных цветов  существует другой, при их смешении  получается ахроматический (белый,  серый) цвет. Такие цвета называются  дополнительным по цветовому  тону. В круге Ньютона они располагаются  на противоположных концах диаметра.

2.При смешении двух разных  цветов результирующая смесь  есть цвет, промежуточный между  исходными.

3.Основные цвета – синий,  красный, зеленый, при их смешении  в разных пропорциях можно  получить любой цвет.

Аддитивное (слагательное) смешение цветов – это смешение световых потоков. Этот эффект получается при одновременном освещении темного поля лучами разного цвета. При аддитивном смешении новый цвет получается в результате оптического сложения нескольких световых потоков, имеющих разный спектральный состав, при их попадании на один и тот же участок сетчатки глаза.

Субрактивное (вычитательное) смешение  цветов имеет место при смешении красок. Оно обусловлено тем, что лучи различных длин волн поглощаются крупинками смешиваемых красок и в результате хроматическое тело отражает лучи своего цвета. При субтрактивном смешении новый цвет является результатом вычитания исходных из белого (солнечного) света.  Его называют вычитательным, так как из луча часть энергии выделяется посредством поглощения. При субтрактивном смешении основными цветами, из которых могут быть получены все остальные, являются красный, желтый и синий. Это основные краски в живописи, полиграфии, текстильной промышленности.

Основные закономерности восприятия цвета. Как уже отмечалось, цвет объекта определяется прежде всего длиной волны света, отражающегося от его поверхности. Однако в реальных условиях цвет объекта зависит также и от того света который его освещает.  При изменении спектрального состава падающего света, изменяется и отражаемый объектом  цвет. Например, использование при освещении ламп накаливания (в их свете преобладают длинноволновые лучи)  придает воспринимаемым цветам желтоватый оттенок, а свет люминесцентных ламп (с преобладанием коротковолновых лучей) может придавать голубовато-синеватый оттенок.