Кодирование цветовой информации

Некоторые исследования биофизической природы зрения, главным образом, исследования в сфере сигналов, передающихся от биполярных клеток через ганглионарные к коленчатому телу мозга, наводят на мысль о том, что передача сигналов от сенсорных клеток может происходить тремя способами:

· ахроматический канал построен на оппозиции белый/черный на основе сигналов от L- и М-колбочек и отсутствия сигнала;

· красно-зеленый канал построен на оппозиции сигналов, полученных от L- и М-колбочек;

· сине-желтый канал построен на оппозиции пред­шествующего сигнала и сигнала от S-колбочек.

Эти идеи были впервые выдвинуты Эвальдом Герингом (1834 - 1918) в серии «сообщений», а затем были опубликованы полноценным изданием в 1878 году. Геринг оспаривал теорию Германа фон Гельмгольца о трех типах фоторецепторов, передающих три определенных вида сигналов. Для Геринга при­нципиальной была проблема места желтого в трехцветном пространстве. Геринг предложил шестицветное пространство, состоящее из красного, зеленого, желтого, синего, черного и белого цветов и основанное на оппозициях красный/зеленый, синий/желтый, черный/белый.

Его идеи поддержал почти век спустя Эдвин Герберт Лэнд, изобретатель Polaroid™, в 1977 году в исследовании однородного колориметрического простран­ства с точки зрения восприятия. В своей работе Лэнд основывался на развитии телевидения, использующего только два основных цвета — красный и зеленый. Эту работу подверг критике МакКэми, а Федеральная комиссия по связи США (Fédéral Communications Commission) отказалась от этой системы.

На этом подходе к восприятию цвета основана система цветов Natural Color System и система МКО L*a*b*. Эта идея подкрепляется различными исследова­ниями в области физиологии в сфере передачи нервных импульсов: существуют активирующие и тормозящие механизмы, с помощью которых объясняется час­тичная адаптация клеток глаза к яркости. Таким образом, были выделены два типа биполярных клеток, участвующих в процессе различения контраста цветов: активирующие клетки типа ON и тормозящие типа OFF.

Один из основных аргументов в пользу схемы красный-зеленый — это тот факт, что по опыту устойчивости цветов цветовая доминанта, следующая за красным Цветом, - это зеленый! По моему опыту использования программ на приложенном компакт-диске цвет, следующий за красным, кажется мне сине-зеленым, а цвет, сле­дующий за зеленым - пурпурным: эти названия цветов не очень известны широкой публике. Протестируйте ваше восприятие и сделайте ваши собственные выводы. Такое представление восприятия, основанное исключительно на Устойчивости, весьма спорно. Необходимо отметить, что глаз не различает разницу между этими парами цветов в оппозиции. Невозможно представить себе синевато-жёлтый или красновато-зелёный цвет.

Еще один аргумент, более убедительный, основан на эволюции строения сет­чатки у млекопитающих и высших приматов. Расхождение S- и М-колбочек произошло 300 - 500 миллионов лет назад. Дифференциация L- и М-колбочек произошла гораздо позднее, около 30 - 40 миллионов лет назад. Структуру сигналов цветового восприятия можно логически вывести из этих данных.

Если рассмотреть снова спектральную чувствительность М- и L- колбочек, неверно будет называть L- колбочки чувствительными к красному, тогда как они максимально чувствительны к желтому. Очевидно, что ощущение насыщенного красного цвета может быть получено только в том случае, если L- колбочки передают цветовой сигнал, а М-колбочки практически не передают его. Очевидно и обратное утверждение о восприятии насыщенного зеленого цвета. Обе системы работают на противоречии, а иначе невозможно было бы точно различать все цвета в гамме от зеленого до красного.

Представление о колориметрическом пространстве неизбежно является упро­щенным, так как механизмы зрения - это очень сложная система и ее представление в виде моделей может быть лишь упрощенным. В частности, фон наблюдения, форма цветных объектов и даже движение значительно влияют на цветовое вос­приятие. Так, глаз сразу распознает цвет знакомого объекта даже в плохих условиях видимости.

Вероятно, наш мозг проводит настоящую работу по обработке информации, по распознаванию форм и цветов на основе сложных сигналов, причем часто приори­тетными становятся жизненные потребности. Хельд и Хайн выявили, что феномен зрения основан частично на обучении, в центре которого происходит сильное взаимодействие между восприятием и моторикой. Эксперимент, проведенный на котятах, среди которых была группа котят, управляющих своими движениями и группа, не управляющая своими движениями, показал, что это взаимодействие необходимо для того, чтобы животное могло передвигаться и эффективно воспри­нимать окружающее пространство. Другой эксперимент, проведенный Визелом и Хьюбелом также на котятах, доказывает влияние зрения на развитие мозга: если один глаз оставался закрытым во время процесса роста, открытый глаз контроли­ровал во взрослом возрасте большую часть нейронов.

С конца XIX века Д.М. Стрэттон и Герман фон Гельмгольц проводили опыты с очками, переворачивающими изображение. Опыт показывает, что после некото­рого периода адаптации деятельность опять ведется нормальным образом, так как мозг «исправил» это явление. А после снятия очков требовалось время на обратную адаптацию. Этот опыт доказывает, что кора головного мозга человека обладает большой пластичностью.

Параллельно с тормозящими и активирующими механизмами, в развитии зрения были выявлены два типа связи: предварение (feedforward) и обратная связь (feedback). Было доказано, что у ребенка поздно устанавливается способность раз­личения фоновой формы.

Поэтому допустимо говорить, что в каком-то смысле мы учимся видеть и что тонкость восприятия частично зависит от разнообразия окружающего мира и от опыта детского восприятия. Способность к обучению, тем не менее, не исчезает, а остается частичной. В подтверждение этому можно привести пример некоторых профессионалов видеосъемки, которые улавливают малейшую цветовую доминанту, тогда как широкая публика принимает иногда, без малейших сомнений, довольно странные изображения.