Barevné vidění je schopnost zvířete nebo stroje rozlišit objekty, které se liší pouze spektra ze světla , které odráží .
Koncept z barev je závislá na lidské oko , které, s výjimkou případů slepoty , ví, že elektromagnetické záření mezi 400 a 700 nano metrech prostřednictvím procesu kognitivní založeného na tři typy fotoreceptorů v sítnici . Lidé považují barvu za atribut objektu a interpretují záření, které přijímá z tohoto objektu, ve vztahu k tomu, co ho obklopuje. Tato charakteristika naznačuje, že vizuální systém je schopen vyhodnotit světlo, které přijímá od objektu, s odkazem na to, které přijímá ze svého prostředí.
Zvířata jsou také vybavena fotoreceptory s použitím několika kategorií pigmentových proteinů , opsinů , které detekují změny v intenzitě a frekvenci světla. Podle počtu těchto fotoreceptorů biologové rozlišují zvířata monochromáty , dichromany , trichromáty , tetrachromáty .
Pojem barva se často zobecňuje ve vědeckých a technických aplikacích, které nejsou vždy zaměřeny na produkci barevných obrazů pro použití lidmi, ale obecněji na rozlišení mezi těly, která se liší hlavně ve spektrálním rozložení barvy. vrátit se. K rozlišení chemických prvků podle jejich emisního nebo absorpčního spektra je zapotřebí několik desítek pásem. Tyto pásy se nemusí nutně shodovat s pásmy lidského vidění.
Mluvení o barevném vidění pro zvířata zahrnuje konkrétní pokusy, protože zvířata nemohou slovně reagovat na to, co vidí. Musíme na ně aplikovat operativní definici barvy a určit, zda jsou schopni se rozhodnout na základě charakteristiky spektrální odrazivosti objektů.
Vyšetřování se týká především orgánů zraku, ve kterých je nutné najít senzory různé spektrální citlivosti. Tato podmínka však nestačí k vytvoření barevného vidění, což je schopnost rozlišovat barevné objekty. Některé druhy mají neměnnou reakci na přítomnost určitých spektrálních distribucí, lze jen těžko říci, že vidí. Barevné vidění lze ověřit u druhů schopných učit se změnou barvy stimulu, který spouští trest nebo odměnu, a zajištěním toho, že postoj zvířete odpovídá změně odstínu, nikoli jasu. To nedokazuje, že druhy, které nelze podrobit tomuto testu, nevidí barevně, ale umožňuje to potvrdit a specifikovat pro ty, které to dokážou.
Vyšetřování ukázalo, že mnoho druhů vidí barevně tři jevy, které charakterizují lidské barevné vidění:
Evoluce barevného vidění u zvířat je nesmírně složité, protože to svědčí o jejich adaptaci na způsobu života (komunikace prostřednictvím barev používá jako prostředek ochrany, mimikry , na námluvách , sbírajících , atd ) a velmi rozmanitých prostředích.
Diskriminace světelných spekter, která může mít různé výhody, je možná při absenci vizuálního orgánu. Hlístice Caenorhabditis elegans zdroje na bakterie a odvrací se od těch, které secernují toxin. Tento červ prchá z oblastí, kde namodralé světlo kopíruje barvu toxinu, který bez světla nebo v jantarovém světle detekuje pouze chemicky a na vyšší úrovni. Všechny varianty tohoto druhu nemají stejnou diskriminaci, ale žádný nemá geny kódující opsin , základní protein vidění. Porovnání genů linií citlivých nebo necitlivých na barvu umožnilo identifikovat dva geny korelované s touto spektrální citlivostí.
Vize ryb je přizpůsobena jejich světelnému prostředí: druhy hlubin mají monochromatické vidění díky svým kuželům citlivým na modrou, druhy žijící v mělkých vodách mohou být tetrachromaty , to znamená se čtyřmi druhy kuželů.
Většina teleost ryb, ptáků, plazů a therapsidů („savčích plazů“) má pravděpodobně také tetrachromátové vidění, přičemž jeden z typů kuželů je citlivý na UV záření , je vhodný pro různé funkce a je aktivní při sexuálním výběru . První savci jsou dichromany . Jejich dva druhy šišek jsou citlivé na modrou a zelenou barvu, ztráta dvou pigmentů odpovídá jejich zvykům jako hmyzožravých nočních lovců v triasu . Zrak se také stává ztrátou opsinů u vodních savců monochromatický ( kužel citlivý na modrou) nebo dichromatický (kužel citlivý na modrou a zelenou) . Většina dnešních savců (hovězí, koňovití, špičáky, kočkovití, opice Nového světa ) je dnes považována za dichromany, dědictví nočních předků.
V primátů , ztráta několika genů pro receptory čichových spojena s opsin shoduje s pořízením fotoreceptorů genů podílejících se na trichromatické vidění. U těchto zvířat je evoluční tendence k mizení tlamy a regrese obličejového prognathismu spojena se snížením čichového aparátu ve prospěch hmatového a vizuálního systému (přizpůsobení dennímu stromovému životu díky prehensilním rukám a nohám, vývoj vizuálních oblastí poskytujících binokulární stereoskopii a lepší koordinaci ve tmě lesa) a Trichromacy spojená s vývojem stravy výhradně hmyzožravé pro režim stále vícežravý (barevné ovoce, mladé výhonky, ořechy, hmyz s širokou škálou velikost a konzistence atd.). Toto trichromatické vidění (další červeno-zelené vidění) by bylo selektivní výhodou, která by umožnila rozlišit vše, co nemá stejnou barvu jako barva zralých listů (ovoce a mladé výhonky vegetace). Další hypotéza navrhuje uvážit, že detekce zarudnutí pokožky (a doprovodných humorů) mohla ovlivnit vývoj trichromatismu vidění u primátů. Psychologie barev přiřazených k červené barvy má vliv na chování primátů, včetně lidí.
U haplorrhinových primátů ( opice a lidé ) gen kódující vizuální pigment absorbující střední vlnové délky vede ke zdvojení dvou genů. Tato genetická mutace jim umožňuje získat barvu, ale také ostrost zraku mnohem lépe než u jiných savců.
| název | počet typů kuželů | Dotčené druhy |
|---|---|---|
| Monochromatismus | 1 | Mořští savci , douroucouli , australský lachtan , achromátový primát . |
| Dichromatismus | 2 | Většina savců kromě primátů jsou barvoslepí primáti . |
| Trichromatismus | 3 | Většina primátů, jako jsou lidoopi (včetně lidí), vačnatci , nějaký hmyz (například včely ). |
| Tetrachromatismus | 4 | Většina plazů , obojživelníků , ptáků a hmyzu, zřídka lidí. |
| Pentachromatismus | 5 | Některé druhy motýlů a jiného hmyzu; někteří ptáci mají rádi holuby . |
Počet těchto typů poskytuje index počtu rozměrů barevného prostoru zvířete; ale u některých druhů, jako je například kosman , je třetina populace trichromát, ostatní dichromát; v jiných existuje několik variací detektorových pigmentů v sítnici. Vize denních ptáků, jako jsou holuby a kachny, je ještě složitější. Jejich sítnice má nejméně čtyři typy kuželů a nad nimi jsou vloženy kapičky oleje zbarvené nebo nebarvené karoteny , jako jsou filtry . Holub má dvě odlišné foveální oblasti , schopné vnímat barvy s odlišnou citlivostí a diskriminací. Vizuální systém těchto ptáků zpracovává mnohem více nezpracovaných dat než lidé, s jeho třemi nefiltrovanými typy, a je nejlepší se tomu vyhnout, pokud to vysvětlíme z hlediska barev, jak je chápeme.
Některé druhy motýlů, jako je Graphium sarpedon, mají fotoreceptory s nejméně 15 různými spektrálními senzitivitami, rozdělenými do 6 tříd od ultrafialového (300 nm ) po červené, rozdělených odlišně ve fazetách očí tohoto hmyzu. Fluorescenční nebo nefluorescenční pigmenty a tyto efekty filtrování více odrazů mohou upravit spektrální citlivost opsinů, což umožňuje přeměnu světla na nervové impulsy. Tato rozmanitost receptorů neznamená, že jejich barevné vidění je dekapentochromatické . K tomuto závěru bylo možné dospět pouze experimenty s chováním. Studie dalších motýlů ukazuje, že určité fotoreceptory zasahují pouze při detekci konkrétních signálů nebo ve vidění za slabého osvětlení nebo při detekci barvy rychle se pohybujícího objektu, zatímco vidění je tetrachromatické.
Lidé mají v sítnici tři typy buněk citlivých na světlo. Tyto buňky zvané čípky obsahují pigmenty, které se vystavují určité části světelného spektra a rozkládají se, čímž vytvářejí nervový impuls před tím, než jsou rekonstituovány tělem. Denní vize člověk tříbarevné . Noční vidění používá jediný typ receptorů citlivější než kužely s názvem hůl , a nerozlišuje barvy.
Tyto tři typy kuželů neodpovídají konkrétním barvám. Obvykle se označují podle vlnové délky maxima jejich spektrální citlivosti: krátká (S, krátká ), střední (M) a dlouhá (L). Přítomnost receptorů, jejichž spektrální citlivost pokrývá stejné oblasti spektra, ale jejichž maxima se neshodují, nestačí k vytvoření barevného vidění. Potřebujeme neurální síť schopnou porovnat nervové impulsy, které produkují. Složitý proces vytváří vnímání barev. Shoda mezi odezvami kuželů M a L vytváří pocit jasnosti; jejich rozdíl vytváří osu červeno-zelené, zatímco rozdíl mezi množinou M a L s kužely S vytváří osu žluto-modré.
Tyto dvě diferenciální osy tvoří rozdíl mezi achromatickým viděním a barevným viděním. Opozice, které vytvářejí, nepatří do fyzické sféry; v kontextu fyziky není důvod stavět se proti záření, kterému dominuje vlnová délka 470 nm, proti záření, kterému dominuje vlnová délka 573 nm . Lidská představa o barvě zahrnuje tyto opozice.
Rozdíly v lidském viděníNěkteří lidé jsou dichromatičtí a mají pouze dva ze tří typů kuželů L, M, S. Tato podmínka je obecně považována za zdravotní postižení, protože narušuje výkon určitých úkolů; ale někdy se zjistilo, že má výhody, protože vidění lépe využívá menší rozmanitost signálů ze sítnice.
Studie ukazují, že pigmenty šišek se u člověka liší. Citlivost jednoho z pigmentů, obecně citlivosti jednoho z L nebo M kuželů, se posune do střední polohy mezi těmito dvěma. Tito lidé jsou zjišťováni hlavně podle skutečnosti, že pokud jde o smíchání dvou světel, jednoho červeného a jednoho zeleného, aby se odstín vyrovnal žlutě, dávají odlišné proporce od obecných obyvatel. Podrobnější studie výsledků tohoto psychofyzikálního testu ukazuje, že populace je z tohoto pohledu rozdělena do dvou skupin, které mají odlišnou citlivost na červenou. Tyto skutečnosti nejsou detekovány v každodenních úkolech, ale mají velký význam pro pochopení barevného vidění.
Barevné vidění je proces interakce s prostředím, nikoli míra viditelného záření. Lidé spojují stabilní barvu s objekty a vyrovnávají rozdíly v osvětlení ve srovnání s okolními. Adelson šachovnice upozorní na tento proces. Tyto vizuální adaptační chromatické kompenzuje všech variantách barvy současně kontrast práva výsledky z místní srovnání. Výsledkem je určitá konzistence barvy objektu za různých okolností. Colorimetry uniknout tuto složitost porovnáním barvy jednu po druhé a v jednotném prostředí.
Podle ekologického přístupu k vizuálnímu vnímání tyto zvláštnosti, které se do určité míry liší v barevném vidění od spektrální analýzy záření, zvítězily, protože upřednostňují ty, kteří jsou jimi obdařeni v interakci s prostředím, a to jak živým, tak neživým. Stabilita vnímání barev v nejrůznějších světelných prostředích jim umožňuje ve všech případech spatřit zajímavé objekty.
Aby bylo možné mluvit o barevném vidění pro stroj, musí být schopen založit rozhodnutí na rozdílu v odezvě mezi senzory s různou spektrální citlivostí.
Vyhodnocení teploty podle teploty barev:K hodnocení teploty barev ozařovaného objektu účinkem jeho tepla se nejčastěji používají dva senzory, z nichž alespoň jeden je citlivý na infračervené záření , pro člověka neviditelný.
Stroj se vyhledá teploty na černého tělesa , který by vyvolával stejnou relativní rozdíl mezi těmito dvěma plážemi. Toto bezkontaktní posouzení teploty pak může vyvolat akci.
Příklad: barva zralého ovoce:Stroj může na stejném modelu vyhodnotit podle barvy kůže, stupně zralosti citrusových plodů nebo banánů a zahájit sklizeň. Jelikož vývoj barev sleduje přesně definovanou spektrální cestu ze zelené na žlutou nebo oranžovou, stačí k tomu dva senzory. Stroj musí identifikovat ovoce podle jeho tvaru, který lze provést černobíle, lokalizovat jeho barvu, nezávisle na osvětlení nebo osvětlením známým světlem, a určit jeho místo na stupnici zralosti.
Pokud systém musí identifikovat spektra, jejichž vývoj není, jako ve dvou předchozích případech, upraven zákonem, je nutné, aby se spektrální citlivosti senzorů překrývaly. Svítivost se získá váženým součtem výsledků dvou typů senzorů, „barevností“ podle jejich rozdílu. Nejlepší „barevná“ diskriminace pak nastává v oblasti, kde se citlivost jednoho typu senzoru rychle zvyšuje, zatímco druhá rychle klesá. Počet typů senzorů udává tolik nezávislých proměnných, které definují „barvu“, která se obecně vyjadřuje počtem rozměrů barevného prostoru.
Problém barevného vidění u stroje je stejný jako u zvířat. Spektrum světla přicházejícího z objektu je součinem spektrálního rozložení osvětlovače a odrazu objektu. Je nutné vyhodnotit to osvětlovače, vycházet z obrazu prostředí, vědět, že to souvisí s objektem, což je zajímavá veličina.