Felelős a fényjelek észleléséért. A színérzékelés élettana. Színérzékelés. Fizika

A szín csak akkor létezik, ha annak három összetevője megjelenik: a néző, a téma és a világítás. Bár a tiszta fehér fényt színtelennek érzékeljük, valójában a látható spektrum összes színét tartalmazza. Amikor a fehér fény elér egy tárgyat, a felület egyes színeket szelektíven elnyel, másokat pedig visszaver; Csak a visszavert színek alakítják ki a néző színérzékelését.

Az emberi színérzékelés: szem és látás

Az emberi szem ezt a spektrumot rúd- és kúpsejtek kombinációjával érzékeli a látás érdekében. A rudak nagyobb fényérzékenységgel rendelkeznek, de csak a fényintenzitást érzékelik, míg a kúpok a színeket is képesek érzékelni, de erős fényben működnek a legjobban. Mindegyik szemünkben háromféle kúp található, amelyek mindegyike érzékenyebb a rövid (S), közepes (S) vagy hosszú (L) hullámhosszú fényre. A három kúpban lehetséges jelek kombinációja leírja a szemünkkel látható színtartományt. Az alábbi példa szemlélteti az egyes kúptípusok relatív érzékenységét a teljes látható spektrumhoz körülbelül 400 és 700 nm között.

Megjegyzendő, hogy az egyes sejttípusok nem érzékelnek egyetlen színt, hanem különböző fokú érzékenységgel rendelkeznek a hullámhosszok széles tartományában. Vigye az egérmutatót a „Fényerő” fölé, hogy megtekinthesse, mely színek járulnak hozzá leginkább a fényerő érzékeléséhez. Vegye figyelembe azt is, hogy az emberi színérzékelés a legérzékenyebb a fényre a spektrum sárga-zöld tartományában; ezt a tényt a Bayer mátrix használja ki a modern digitális fényképezőgépekben.

Additív és szubtraktív színszintézis

Szinte az összes általunk megkülönböztetett szín összeállítható három alapszín valamilyen kombinációjából, additív (összegző) vagy kivonó (különbség) szintézis folyamatok révén. Az additív szintézis úgy hoz létre színt, hogy fényt ad a sötét háttérhez, míg a szubtraktív szintézis pigmenteket vagy színezékeket használ a fény szelektív blokkolására. Az egyes folyamatok lényegének megértése megteremti az alapot a színvisszaadás megértéséhez.

A három külső kör színeit elsődleges színeknek nevezzük, és mindegyik diagramnál más és más. Az ezeket az alapszíneket használó eszközök a maximális színtartományt képesek reprodukálni. A monitorok fényt bocsátanak ki a színek additív reprodukálására, míg a nyomtatók pigmenteket vagy színezékeket használnak a fény elnyelésére és kivonó színek szintetizálására. Ez az oka annak, hogy gyakorlatilag minden monitor piros (R), zöld (G) és kék (B) pixel kombinációját használja, és ezért a legtöbb színes nyomtató legalább cián (C), bíbor (M) és sárga (Y) tintát használ. . Sok nyomtató fekete (CMYK) tintát is használ a színes tinta mellett, mivel a színes tinta egyszerű kombinációja nem képes elég mély árnyékot létrehozni.

A szubtraktív szintézis érzékenyebb a környezeti fény változásaira, mivel a fény szelektív blokkolása hozza létre a színeket. Ez az oka annak, hogy a színes nyomatok bizonyos típusú környezeti megvilágítást igényelnek a színek pontos visszaadásához.

Színtulajdonságok: színárnyalat és telítettség

A színnek két egyedi összetevője van, amelyek megkülönböztetik az akromatikus fénytől: árnyalat (színárnyalat) és telítettség. A színek vizuális leírása ezeken a kifejezéseken alapul, és meglehetősen szubjektív lehet, de mindegyik objektívebben leírható a spektruma elemzésével.

A természetes színek valójában nem egy meghatározott hullámhosszú fények, hanem valójában a hullámhosszok teljes spektrumát tartalmazzák. A „hang” azt írja le, hogy melyik hullámhossz a legerősebb. Az alább látható objektum teljes spektruma kéknek érzékelhető, még akkor is, ha a spektrum teljes hosszában hullámokat tartalmaz.

Annak ellenére, hogy ennek a spektrumnak a maximuma ugyanabban a tartományban van, mint az objektum tónusa, ez nem szükséges feltétel. Ha egy objektumnak csak a vörös és a zöld tartományban vannak külön kifejezett csúcsai, akkor a tónusát sárgának érzékelnénk (lásd az additív színszintézis táblázatát).

A színtelítettség a tisztaságának mértéke. Egy erősen telített szín nagyon szűk hullámhossz-tartományt tartalmaz, és sokkal hangsúlyosabbnak tűnik, mint egy hasonló, de kevésbé telített szín. A következő példa a telített és a telítetlen kék szín spektrumát mutatja be.

Önkormányzati költségvetési oktatási intézmény tornaterme

Teszt

A témában: „Színérzékelés”

Haritonov Lev

Bevezetés

Mi a szín

Színérzékelés

Hatótávolság. Fő színtípusok

Következtetések és következtetések

Irodalom

Bevezetés

A fény lehetőséget ad arra, hogy mindent lássunk és tanulmányozhassunk, ami körülvesz a földön, valamint sok mindent, ami a földön kívül van, a határtalan világűrben. A fényt a látószervünkön – a szemen – keresztül érzékeljük. Ugyanakkor nemcsak a fényt, hanem a színt is érzékeljük. Nemcsak megvilágított vagy világító tárgyakat látunk magunk körül, hanem a színüket is meg tudjuk ítélni. A szem azon tulajdonsága, hogy nemcsak a körülöttünk lévő tárgyakat és jelenségeket látja, hanem színét is érzékeli - lehetőséget ad arra, hogy megfigyeljük a természet kimeríthetetlen színgazdagságát, és reprodukáljuk azokat a színeket, amelyekre az élet és tevékenység különböző területein szükségünk van. .

Munkánk célja annak tanulmányozása, hogy mi az a szín, hogyan keletkezik és hol használják.

E cél elérése érdekében a következő feladatokat tűztük ki:

Az internetes irodalmi források és anyagok felhasználásával ismerkedjen meg a szín fogalmának meghatározásával, a színtípusokkal, a szem színérzékelésének jellemzőivel és a színes kép előállításának mechanizmusaival.

Kísérleteket végezzen a színek hozzáadásának különböző módszereivel.

Fontolja meg a színek használatát életünk különböző területein

A munka során a következő kutatási módszereket alkalmaztuk:

irodalmi források elemzése;

kísérlet;

fényképezés és videófelvétel.

1. Mi a szín

A szín a látható fény jellemzője, az elektromágneses hullámok tartománya.

A szín összefüggésbe hozható egy bizonyos hullámhosszú fénysugarak spektrális jellemzőivel. A fénynek a szem fotoreceptoraira gyakorolt ​​hatása határozza meg a színérzékelés jellegét. A fény az energia egyik formája. A fényforrások különböző testek, amelyek fénysugarakat bocsátanak ki. Más testek csak a fényt verik vissza. Ennek köszönhetjük, hogy látjuk őket (abszolút sötétben a testek nem verik vissza a fényt, és nem látunk semmit).

A fény különböző színű sugarakból áll. Ezt úgy ellenőrizheti, hogy a napfényt egy prizmán átengedi. Isaac Newton kísérletet végzett a napfény bomlásával kapcsolatban (1. ábra). Egy kis üvegdarabot használt, háromszög hasáb alakú, hogy lebontsa a fényt. Amikor a napsugarak áthaladnak az esőcseppeken, minden csepp prizmaként működik, és megjelenik egy szivárvány. A tárgyak színe attól függ, hogy milyen színű sugarakat nyelnek el és vernek vissza. A szín jellemzői és jellemzői egy tárgy, anyag, fényforrás stb. fizikai tulajdonságaihoz kapcsolódnak, mint például az abszorpciós, reflexiós vagy emissziós spektrum.

színes spektrális fény

Rizs. 1. Egy fehér fénysugár spektrummá bontásának sémája üvegprizma segítségével.

Az üveg minden látható sugarat átenged. A fehér anyag minden látható sugarat visszaver. A fekete anyag minden sugarat elnyel. A zöld levél elnyeli a vörös sugarakat és visszaveri a zöldet. A vörös anyag visszaveri a vörös sugarakat és elnyeli a többit.

Színérzékelés

A szín a tárgyak egyik tulajdonsága az anyagi világban, amelyet tudatos vizuális érzetként érzékelnek. Ezt vagy azt a színt egy személy „rendeli” a tárgyakhoz a vizuális észlelés folyamatában.

Az esetek túlnyomó többségében a színérzékelés annak eredményeként jön létre, hogy a szemet elektromágneses sugárzásnak teszik ki abból a hullámhossz-tartományból, amelyben ezt a sugárzást a szem érzékeli (látható tartomány - 380-760 nm hullámhossz). Néha színérzékelés lép fel a sugárzó áramlás hatása nélkül a szemre - a szemgolyóra gyakorolt ​​nyomással, sokkkal, elektromos stimulációval stb., valamint más érzésekkel - hanggal, hővel stb. a képzelet munkájának eredménye. Különböző színérzeteket okoznak a különböző színű tárgyak, azok eltérően megvilágított területei, valamint a fényforrások és az általuk létrehozott világítás. Ebben az esetben a színek érzékelése eltérő lehet (még a sugárzási fluxusok azonos relatív spektrális összetétele esetén is) attól függően, hogy a sugárzás fényforrásokból vagy nem önvilágító tárgyakból kerül a szembe. Az emberi nyelvben azonban ugyanazokat a kifejezéseket használják e két különböző típusú tárgy színére. A színérzékelést okozó tárgyak legnagyobb része nem önvilágító testek, amelyek csak a források által kibocsátott fényt verik vissza vagy továbbítják. Általában egy tárgy színét a következő tényezők határozzák meg: színe és felületének tulajdonságai; a fényforrások optikai tulajdonságai és a közeg, amelyen a fény terjed; a vizuális elemző tulajdonságait, valamint az agyközpontokban a vizuális benyomások feldolgozásának még nem kellően tanulmányozott pszichofiziológiai folyamatának jellemzőit.

Jelenleg a színérzékelés a háromkomponensű látás hipotéziséhez kapcsolódik. Azon a feltételezésen alapul, hogy a retinának (a test, a szem) háromféle fotoreceptort (úgynevezett kúpsejteket) kell tartalmaznia, amelyek különböző abszorpciós spektrumúak, például a „vörös” fénysugarak elnyelésére, ahol pl. , a kúpok érzékenyebbek a vörös fénysugarakra aktívabban reagálnak rájuk. Ugyanez történik más kúpok kölcsönhatásaival is, amelyek érzékenyebbek más elsődleges színekre (például kék, zöld). Vannak olyan javaslatok is, amelyek szerint az ilyen típusú fotoreceptorok száma háromnál több lehet. Ezeknek a hipotéziseknek azonban a mai napig nincs megerősítése.

Hatótávolság. Fő színtípusok

Emlékezzen az egyik legszebb természeti jelenségre - a szivárványra. Az eső még nem múlt el teljesen, a napsugarak áttörnek a felhőkön, és egy hatalmas, sokszínű szivárvány jelenik meg az égen, melynek színei simán átváltoznak egymásba.

Szivárványra nézve lehetetlen megjelölni az egyes színek határait, csak néhány jellemző területet nevezhetünk meg, amelyek fentről lefelé a következő sorrendben helyezkednek el: piros, narancs, sárga, sárga-zöld, zöld, kék, indigó; és ibolya. A valóságban a szivárvány jelzett színszakaszai számos színárnyalatból állnak, amelyek simán átalakulnak egymásba. Szemünk tulajdonságai olyanok, hogy az egyes színtartományokon belül csak korlátozott számú színt különböztetünk meg egymástól. Newton magyarázatot adott a szivárvány megjelenésére. A napsugarak esőcseppekben törnek meg, akárcsak a prizmákban, és a fehér fény összetevőire bomlik. Ennek eredményeként egy szivárványt látunk, amely sok spektrális színből áll, amelyek egymásba alakulnak át.

A szivárvány a napfény spektruma. Ha egy közönséges elektromos izzólámpa fényét egy háromszög alakú prizmán vezetnénk át, meggyőződnénk arról, hogy az izzólámpa spektruma hasonló a napfény spektrumához. Minden izzótest azonos típusú spektrumot állít elő. Az egyik színről a másikra való átmenet folyamatosan történik, ezért egy ilyen spektrumot folytonosnak neveznek. A teljes spektrum színárnyalatok szerint két részre osztható. Az egyik rész piros, narancssárga, sárga és sárga-zöld színeket, a másik része lila, kék, cián és zöld színeket tartalmaz. A spektrum első részének színei az izzó testek - tűz - színének ötletéhez kapcsolódnak, ezért meleg színeknek nevezik őket. A spektrum második részének színei pedig a víz, a jég, a fém színéhez kapcsolódnak, és hideg színeknek nevezik.

Elsődleges és másodlagos színek.

A „kiegészítő szín” fogalmát az „elsődleges szín” analógiájával vezették be. Azt találták, hogy bizonyos színpárok optikai keverése fehérnek látszhat. Tehát a Piros - Zöld - Kék alapszínek hármasához a további színek a cián - lila - sárga. A színkörön ezek a színek egymással szemben helyezkednek el, így mindkét triád színe váltakozik. A nyomtatási gyakorlatban az „elsődleges színek” különböző készleteit használják elsődleges színként.

Elsődleges és másodlagos színek.

Ez a felosztás számos tudós (Lomonoszov, Jung, Helmholtz, Göring) gondolatainak szintézisén alapul. Az elsődleges színek közé tartoznak az „elsődleges színek”;

Kromatikus és akromatikus színek.

A természetben megtalálható összes szín akromatikusra és kromatikusra osztható. Az akromatikus színek közé tartozik a fehér és a fekete, valamint a szürke, amely a fehér és a fekete között van. Az összes szürke szín a fekete és a fehér színek keverésével érhető el, különböző arányban. Például, ha a kormot krétával különböző arányban keverjük össze, akkor változó világosságú fekete szürke színeket kapunk. Az akromatikus színek hiányoznak a spektrumból - színtelenek. A természetben számtalan szín található. Az emberi szem azonban csak korlátozott számban képes megkülönböztetni őket - körülbelül 300 akromatikus színt a fehértől a feketéig.

A kromatikus színek mind olyan színek, amelyeknek van egy vagy másik árnyalata. Ide tartozik például az összes spektrális szín (zöld, sárga, piros stb.)

Mi határozza meg a tárgyak színét

Mi határozza meg a minket körülvevő tárgyak színét? Milyen fizikai jelentés felel meg azon elképzelésünknek, hogy a fű zöld, az ég kék, a festék piros stb.?

Egy folytonos vagy vonalas spektrumú fényforrásból származó fényáram hulljon valamilyen áttetsző testre. Ennek a fényáramnak egy része visszaverődik a test felszínéről, egy része áthalad a testen, egy részét pedig elnyeli. A test által visszavert és áteresztett fényáram és a beeső fényáram arányát teljes vagy teljes visszaverődési és áteresztőképességi együtthatónak nevezzük, és százalékban fejezzük ki. Így például a frissen esett hó reflexiós együtthatója 85, a fehér papír - 75, a fekete bőr - 1 - 2%. Ez azt jelenti, hogy a hó 85, a fehér papír 75, a fekete bőr pedig a rájuk eső fényáram 1-2%-át visszaveri.

Fehérnek (hónak) nevezzük azokat a felületeket, amelyek nem változtatják meg a rájuk eső fény spektrális összetételét, és amelyek visszaverődési együtthatója legalább 85%. Színtelennek nevezzük azokat a testeket vagy közegeket, amelyeken a fényáram a spektrális összetételének megváltoztatása nélkül halad át. Például átlátszó ablaküveg.

A vörös festékkel borított és fehér napfénnyel megvilágított felület vörösnek tűnik számunkra. Ha egy kék szűrőn (kék üvegen) átnézünk egy izzólámpa világító szálára, az utóbbi kéknek tűnik számunkra. Ez azt jelenti, hogy a festékkel borított felületet vörösnek látjuk, mert jól és rosszul tükrözi vissza a vörös, narancssárga és sárga sugarakat. Ha egy kék szűrőn keresztül nézzük az izzólámpa világító szálát, az utóbbit kéknek látjuk, mert a kék szűrő az izzólámpa teljes sugárkészletéből csak kék, ibolya és cián sugarakat bocsát át, amelyek ennek eredményeként nekünk a kék érzése.

A különböző hullámhosszúságú fényt egyenetlenül visszaverő vagy áteresztő testek és közegek, ha fehér fénnyel világítanak meg, fizikai tulajdonságaiknak megfelelő színt kapnak, és színesnek nevezik.

Így a körülöttünk lévő tárgyak színe egyrészt attól függ, hogy mennyire képesek visszaverni vagy továbbítani a rájuk eső fényáramot, másrészt pedig a fényáram eloszlásától az őket megvilágító fényforrás spektrumában.

Ha azt mondjuk, hogy egy felület zöld színű (fehér fénnyel megvilágítva), ez azt jelenti, hogy a fehér fényt alkotó sugárzások teljes halmazából ez a felület túlnyomórészt zöld sugarakat veri vissza. A felületről visszaverődő sugarak hatnak szemünkre, zöld érzést keltve. Egy közeg (üveg, folyadék), amely számunkra zöldnek tűnik (fehér fénnyel megvilágítva), túlnyomórészt zöld sugarakat ad át a fehér fényt alkotó teljes sugárhalmazból.

A látott tárgyak színe a szín fényességétől is függ.

Végezzünk egy kísérletet. Hagyja, hogy egy bármilyen színűre festett papírlapot megvilágítson közvetlen napfény. Védjük meg a fél papírlapot a közvetlen napfénytől valamilyen fehér, átlátszatlan tárggyal. A lap egy része árnyékolt lesz, és a fényereje kisebb lesz, mint a második részének. És bár a papírlap mindkét fele, árnyékolva és árnyékolatlanul, egyformán verik vissza a fényt, pl. minőségileg ugyanaz, de a színük más. A különbség az, hogy a két papírdarab fényereje nem azonos.

Így a rózsaszín alacsony fényerő mellett bordónak, a sárga barnának és a kéknek kéknek tűnik számunkra. Egy szín fényereje a mennyiségi paramétere.

Színkeverés és színes képalkotás

A spektrális színek a legtisztább színek, amelyeket megfigyelünk, mivel nem tartalmaznak fehér keveréket. Ezek azonban nem merítik ki a természetben létező színválasztékot. A természetben megtalálható színek teljes készlete a spektrális színek különböző arányú egymással való keverésével, valamint a spektrális színek akromatikus színekkel - fehér és fekete - keverésével érhető el.

A színkeverés azt a jelenséget jelenti, hogy új színek keletkeznek két vagy több másik színből történő kombinálással.

Számos kísérlet igazolta, hogy néhány kromatikus színpár bizonyos arányban keverve akromatikus színt alkot. Két olyan színt, amelyek keveredve akromatikus színt alkotnak, komplementernek nevezzük. A természetben számtalan komplementer színpár létezik, beleértve a spektrális színeket is. Ilyen színek például a vörös és a ciánkék, a kék és a sárga, a zöld és a lila. Ha a két kiegészítő szín közül az egyik meleg, akkor a másik hideg. Ez teljesen érthető, hiszen a meleg színek szinte egyáltalán nem tartalmaznak kéket és ciánt, míg a hidegek szinte egyáltalán nem tartalmaznak vörös és narancssárga sugárzást. A fehér meleg és hideg színeket egyaránt tartalmaz.

Színek additív hozzáadása.

Az additív színkeverés egy színszintézis módszer, amely additív színek, azaz közvetlenül kibocsátó tárgyak színeinek hozzáadására épül. A módszer az emberi vizuális elemző szerkezeti sajátosságain, különösen a metamerizmus jelenségén alapul.

A három alapszín: a vörös, a zöld és a kék egy bizonyos arányban történő keverésével az ember által érzékelt színek többsége reprodukálható.

Az additív szintézis alkalmazásának egyik példája a számítógép-monitor, amelyen a színes kép az RGB színtéren alapul, és piros, zöld és kék pontokból származik.

Rizs. 2. Additív (a) és kivonó (b) színösszeadás

Az additív színkeveréssel ellentétben léteznek kivonó szintézis sémák. Ebben az esetben a szín úgy jön létre, hogy a papírról visszaverődő (vagy átlátszó közegen áthaladó) fényből kivonunk bizonyos színeket. A legelterjedtebb szubtraktív szintézis modell a CMYK, amelyet széles körben használnak a nyomtatásban.

A színképzés szubtraktív módszerét széles körben alkalmazzák a színes moziban és a színes fényképezésben. Kivonó színképződés akkor következik be, amikor festéket visznek fel papír, vászon vagy más anyagok felületére. A festék egy vagy több különböző pigment szemcséi, amelyeket összekevernek és valamilyen kötőanyag tart össze. A kötőanyag lehet színtelen és átlátszó, vagy szelektív áteresztőképességgel és némi szóródással rendelkezhet.

Az additív színkeverés tapasztalata fényvisszaveréssel a következő. Két különböző színű, sugár mentén vágott korongot egymásba helyezünk, így két különböző színű szektorból álló lemezt kapunk (3. ábra). Az egyik lemezt a másikra csúsztatva megváltoztathatja a kiválasztott színek szektorai területeinek arányát.

Rizs. 3. Csúszó szektorokkal ellátott lemezek a színek keveréséhez forgás közben

Ha a lemezeket egy kis villanymotor segítségével gyorsan forgatják a középpontjuk körül, nem tudjuk külön megkülönböztetni a kört alkotó színes szektorokat. A színes szektorok gyorsan követik egymást, és egy kevert szín benyomását keltik a szemben. A többszínű szektorok arányának megváltoztatásával mindenféle keveréket kaphat a felvett színek között.

Így az alapszínek kis villanymotorral történő keverésével sokféle köztes árnyalat érhető el.

Hasonlóképpen az elsődleges színek (piros, zöld és kék) additív hozzáadásával képet kapunk a számítógép-monitor, mobiltelefon stb. képernyőjén. Ezt a mobiltelefon képernyőjén megjelenő kép mikroszkóp alatti vizsgálatával igazoltuk (4. ábra). Ahogy a képen is látható, a legkisebb téglalapokból - pixelekből - épül fel, pirosan, kéken és zölden világítanak.

Rizs. 4. Kép ​​töredéke a mobiltelefon képernyőjén mikroszkóp alatt

Amikor festéket viszünk fel egy fehér papírlapra, a színek eltérőek lesznek, mivel ebben az esetben a színek kivonó keveredése történik.

Következtetések és következtetések

A munka eredményei alapján a következő következtetéseket vonhatjuk le:

A szín a tárgyak egyik tulajdonsága az anyagi világban, amelyet tudatos vizuális érzetként érzékelnek. Ezt vagy azt a színt egy személy „rendeli” a tárgyakhoz a vizuális észlelés során. A színérzékelés sok tényezőtől függ.

A tárgyak színét a tárgyról visszavert bizonyos spektrumú (zöld, piros stb.) sugarak szemünkre gyakorolt ​​hatása határozza meg.

Kísérleteink eredményeként rájöttünk, hogyan történik a színek additív és szubtraktív összeadása, és hogyan keletkezik színes kép egy világító képernyőn.

A bemutatott munka nem vizsgálja meg minden szempontból az életünk olyan érdekes és sokrétű jelenségét, mint a szín. A szín összes jellemzőjének, a természetben való jelentésének és az emberi életben való gyakorlati alkalmazásának részletes tanulmányozását egy speciális tudományterület - a színtudomány - végzi. Ennek a munkának a jelentősége a színek általános lényegének megértése és néhány kísérlet elvégzése a színek kialakulásával, keverésével és lebontásával kapcsolatban. A munka kilátásba helyezhető a színek emberi szervezet pszichológiai és funkcionális állapotára gyakorolt ​​hatásának tanulmányozása és ennek alapján az iskola saját projektjének kidolgozása, amelynek részleteit egyelőre nem hozták nyilvánosságra.

Irodalom

1. Ashkenazi G.I. Szín a természetben és a technológiában – 4. kiadás, átdolgozva. és további - M.: Energoatomizdat, 1985. - 96 p., ill.

2. Bukvareva E.N., Chudinova E.V. Természettudomány. 3. osztály, 2000.

Korrepetálás

Segítségre van szüksége egy téma tanulmányozásához?

Szakembereink tanácsot adnak vagy oktatói szolgáltatásokat nyújtanak az Önt érdeklő témákban.
Nyújtsa be jelentkezését a téma megjelölésével, hogy tájékozódjon a konzultáció lehetőségéről.

Színérzékelés(színérzékenység, színérzékelés) - a látás azon képessége, hogy egy bizonyos spektrális összetételű fénysugárzást érzékeljen és különböző színárnyalatok és tónusok érzetévé alakítsa át, holisztikus szubjektív érzetet képezve ("kromatikusság", "színesség", színezés).

A színt három tulajdonság jellemzi:

• színtónus, amely a szín fő jellemzője és a fény hullámhosszától függ;
• telítettség, amelyet a fő tónus aránya határozza meg a különböző színű szennyeződések között;
• világosság vagy világosság, amely a fehérhez való közelség mértékében (a fehérrel való hígítás mértékében) nyilvánul meg.

Az emberi szem csak akkor veszi észre a színváltozást, ha az úgynevezett színküszöböt (a szem számára észrevehető minimális színváltozást) túllépi.

A fény és a szín fizikai esszenciája

A látható elektromágneses rezgéseket fénynek vagy fénysugárzásnak nevezzük.

A fénykibocsátás a következőkre oszlik összetettÉs egyszerű.

A fehér napfény összetett sugárzás, amely egyszerű színösszetevőkből áll - monokromatikus (egyszínű) sugárzásból. A monokromatikus sugárzás színeit spektrálisnak nevezzük.

Ha egy fehér sugarat prizma segítségével spektrummá bontunk, folyamatosan változó színek sorozatát láthatjuk: sötétkék, kék, cián, kék-zöld, sárga-zöld, sárga, narancs, piros.

A sugárzás színét a hullámhossz határozza meg. A sugárzás teljes látható spektruma a 380-720 nm hullámhossz-tartományban helyezkedik el (1 nm = 10-9 m, azaz a méter egy milliárdod része).

A spektrum teljes látható része három zónára osztható

• A 380-490 nm hullámhosszú sugárzást a spektrum kék zónájának nevezzük;
• 490-570 nm - zöld;
• 580-720 nm - vörös.

Az ember különböző színekkel festett különböző tárgyakat lát, mert az egyszínű sugárzás különböző módon, eltérő arányban verődik vissza róluk.

Minden szín fel van osztva akromatikus És kromatikus

• Az akromatikus (színtelen) változó világosságú szürke színek, fehér és fekete. Az akromatikus színeket a könnyedség jellemzi.
• Az összes többi szín kromatikus (színes): kék, zöld, piros, sárga stb. A kromatikus színeket árnyalat, világosság és telítettség jellemzi.

Színtónus- ez a szín szubjektív jellemzője, amely nemcsak a megfigyelő szemébe jutó sugárzás spektrális összetételétől, hanem az egyéni észlelés pszichológiai jellemzőitől is függ.

Könnyűség szubjektíven jellemzi egy szín fényerejét.

Fényerősség meghatározza az egységnyi felületről arra merőleges irányban kibocsátott vagy visszavert fény intenzitását (fényesség mértékegysége - kandela méterenként, cd/m).

Telítettség szubjektíven jellemzi a színtónus érzetének intenzitását.
Mivel nem csak a sugárforrás és a színes tárgy, hanem a megfigyelő szeme és agya is részt vesz a színlátás vizuális érzetének kialakulásában, érdemes megfontolni néhány alapvető információt a színlátás folyamatának fizikai lényegéről.

A szín érzékelése szemmel

Ismeretes, hogy a szem szerkezetében hasonló a kamerához, amelyben a retina fényérzékeny réteg szerepét tölti be. A különböző spektrális összetételű sugárzásokat a retina idegsejtjei (receptorai) rögzítik.

A színlátást biztosító receptorok három típusra oszthatók. Az egyes receptortípusok a spektrum három fő zónájától - kéktől, zöldtől és vöröstől - eltérően nyeli el a sugárzást, azaz. eltérő spektrális érzékenységgel rendelkezik. Ha kék zóna sugárzás éri a retinát, azt csak egy típusú receptor fogja fel, amely információt továbbít a sugárzás erejéről a megfigyelő agyába. Az eredmény kék érzés lesz. A folyamat hasonlóan fog lezajlani, ha a szem retináját a spektrum zöld és vörös zónáiból származó sugárzás éri. Ha egyidejűleg két vagy három típusú receptort gerjesztenek, színérzékelés keletkezik, a spektrum különböző zónáinak sugárzási teljesítményének arányától függően.

A sugárzást érzékelő receptorok, például a spektrum kék és zöld zónáinak egyidejű stimulálásával fényérzés léphet fel, a sötétkéktől a sárgászöldig. Több kék színárnyalat érzete nagyobb sugárzási teljesítmény esetén a kék zónában, zöld árnyalatok esetén - nagyobb sugárzási teljesítmény esetén a spektrum zöld zónájában jelentkezik. A kék és zöld zónák egyenlő sugárzási teljesítménye a kék szín érzetét, a zöld és a piros zónák - a sárga szín érzetét, a piros és a kék zónák - a lila szín érzetét okozza. A ciánt, a bíbort és a sárgát ezért kétzónás színeknek nevezik. A spektrum mindhárom zónájából egyenlő sugárzási teljesítmény a változó világosságú szürke szín érzetét okozza, amely megfelelő sugárzási teljesítménnyel fehérré válik.

Additív fényszintézis

Ez az a folyamat, amelynek során a spektrum három fő zónájából - kék, zöld és piros - származó sugárzás keverésével (hozzáadásával) különböző színeket nyernek.

Ezeket a színeket az adaptív szintézis fő vagy elsődleges sugárzásainak nevezzük.

Különböző színek állíthatók elő ilyen módon, például egy fehér képernyőn három kivetítővel, kék (kék), zöld (zöld) és piros (piros) szűrőkkel. A képernyő különböző kivetítőkről egyidejűleg megvilágított területein bármilyen szín elérhető. A színváltozást a fő sugárzások teljesítményarányának megváltoztatásával érjük el. A sugárzás hozzáadása a megfigyelő szemén kívül történik. Ez az additív szintézis egyik fajtája.

Az additív szintézis másik típusa a térbeli eltolás. A térbeli elmozdulás azon alapul, hogy a szem nem különbözteti meg a külön elhelyezkedő kis, sokszínű képelemeket. Ilyenek például a raszteres pontok. De ugyanakkor kis képelemek mozognak a szem retináján, így ugyanazokra a receptorokra egymás után hat a szomszédos, különböző színű raszterpontokból származó különböző sugárzás. Tekintettel arra, hogy a szem nem tesz különbséget a sugárzás gyors változásai között, azokat keverék színeként érzékeli.

Szubtraktív színszintézis

Ez a színek elnyelésével (levonásával) történő színszerzés folyamata a fehér színből.

A kivonó szintézis során a festékrétegek segítségével új színt kapnak: cián (cián), bíbor (magenta) és sárga (sárga). Ezek a szubtraktív szintézis elsődleges vagy elsődleges színei. A cián tinta elnyeli (levonja a fehérből) a vörös sugárzást, a bíbor a zöldet, a sárga pedig a kéket.

Ahhoz, hogy például kivonó módszerrel vörös színt kapjunk, sárga és bíbor fényszűrőket kell elhelyezni a fehér sugárzás útján. Elnyelik (levonják) a kék és zöld sugárzást. Ugyanezt az eredményt kapjuk, ha sárga és lila festéket viszünk fel fehér papírra. Ekkor csak a vörös sugárzás éri el a fehér papírt, amely visszaverődik róla és bejut a megfigyelő szemébe.

• Az additív szintézis fő színei a kék, zöld és piros, ill
• A szubtraktív szintézis elsődleges színei - sárga, bíbor és cián - komplementer színpárokat alkotnak.

A komplementer színek két sugárzás vagy két szín színei, amelyek összekeverve akromatikus színt adnak: F + S, P + Z, G + K.

Additív szintézis esetén további színek szürke és fehér színt adnak, mivel összességében a spektrum teljes látható részének sugárzását képviselik, szubtraktív szintézis esetén pedig ezeknek a színeknek a keveréke szürke és fekete színt ad, mivel ezeknek a színeknek a rétegei elnyelik sugárzás a spektrum minden zónájából.

A színképzés figyelembe vett alapelvei a nyomdai színes képek előállítását is megalapozzák. A nyomtatott színes képek előállításához úgynevezett folyamatnyomtató tintákat használnak: cián, bíbor és sárga. Ezek a festékek átlátszóak, és amint már jeleztük, mindegyik kivonja az egyik spektrumzóna sugárzását.

A szubtaktív szintézis komponenseinek tökéletlensége miatt azonban egy negyedik további fekete tintát használnak a nyomtatott termékek gyártása során.

A diagramból látható, hogy ha a folyamatfestékeket különféle kombinációkban alkalmazzuk fehér papírra, akkor az összes alap (elsődleges) szín megkapható mind az additív, mind a kivonó szintézishez. Ez a körülmény bizonyítja, hogy színes nyomdai termékek technológiai tintákkal történő előállítása során a kívánt tulajdonságokkal rendelkező színek elnyerhetők.

A reprodukált szín jellemzőiben a nyomtatási módtól függően eltérően változnak. A mélynyomtatásban a kép világos területeiről a sötétre való átmenet a festékréteg vastagságának változtatásával történik, ami lehetővé teszi a reprodukált szín alapvető jellemzőinek beállítását. A mélynyomtatásban a színképzés szubtraktív módon történik.

A magasnyomásban és az ofszetnyomtatásban a kép különböző területeinek színeit különböző méretű raszterelemek közvetítik. Itt a reprodukált szín jellemzőit a különböző színű raszterelemek mérete szabályozza. Korábban már megjegyezték, hogy a színek ebben az esetben additív szintézissel jönnek létre - a kis elemek színeinek térbeli keverésével. Ha azonban a különböző színű féltónuspontok egybeesnek egymással, és a színek egymásra helyezkednek, akkor kivonó szintézissel új pontszín jön létre.

Színértékelés

A színinformációk méréséhez, továbbításához és tárolásához szabványos mérőrendszerre van szükség. Az emberi látás az egyik legpontosabb mérőeszköznek tekinthető, de nem tud konkrét számértékeket rendelni a színekhez, és nem is emlékszik rájuk pontosan. A legtöbb ember nem veszi észre, hogy a színek milyen jelentős hatással vannak mindennapi életükre. Ha ismétlésről van szó, az egyik személy számára "vörösnek" tűnő színt a másik "vöröses-narancssárga"-nak érzékeli.

Kolorimetriás módszereknek nevezzük azokat a módszereket, amelyekkel a színek és a színkülönbségek objektív kvantitatív jellemzését végzik.

A háromszínű látáselmélet lehetővé teszi számunkra, hogy megmagyarázzuk a különböző színárnyalatú, világosságú és telítettségű érzések előfordulását.

Színterek

Színkoordináták
L (Lightness) - a színek fényerejét 0 és 100% között mérik.
a - színtartomány a színkörön zöldtől -120-tól piros értékig +120,
b - színtartomány kék -120-tól sárga +120-ig

1931-ben a Nemzetközi Világítási Bizottság – CIE (Commission Internationale de L'Eclairage) egy matematikailag kiszámított XYZ színteret javasolt, amelyben az emberi szem által látható teljes spektrum benne van. A valós színek (piros, zöld és kék) rendszerét választották alapul, és egyes koordináták szabad konvertálása másokhoz különböző típusú mérések elvégzését tette lehetővé.

Az új tér hátránya az egyenetlen kontraszt volt. Ezt felismerve a tudósok további kutatásokat végeztek, és 1960-ban McAdam néhány kiegészítést és változtatást eszközölt a meglévő színtéren, elnevezte UVW-nek (vagy CIE-60-nak).

1964-ben aztán G. Visetszkij javaslatára bevezették az U*V*W* (CIE-64) űrt.
A javasolt rendszer a szakemberek várakozásaival ellentétben nem bizonyult kellően tökéletesnek. Egyes esetekben a színkoordináták kiszámításához használt képletek kielégítő eredményt adtak (főleg az additív szintézisben), míg más esetekben (a kivonó szintézisnél) a hibák túlzottnak bizonyultak.

Ez arra kényszerítette a CIE-t, hogy új egyenlő kontrasztos rendszert fogadjon el. 1976-ban minden nézeteltérés feloldódott, és megszülettek a Luv és a Lab terek, ugyanazon XYZ alapján.

Ezeket a színtereket használják a független CIELuv és CIELab kolorimetriás rendszerek alapjául. Úgy gondolják, hogy az első rendszer jobban megfelel az additív szintézis feltételeinek, a második pedig kivonó.

Jelenleg a CIELab színtér (CIE-76) a színekkel való munka nemzetközi szabványaként szolgál. A tér fő előnye, hogy független a monitorokon lévő színvisszaadó eszközöktől és az információbeviteli és -kimeneti eszközöktől. A CIE szabványok segítségével az emberi szem által észlelt összes szín leírható.

A mért szín mennyiségét három számmal jellemezzük, amelyek a kevert sugárzás relatív mennyiségét mutatják. Ezeket a számokat színkoordinátáknak nevezzük. Minden kolorimetriás módszer három dimenzión alapul, azaz. a szín egyfajta volumetrikusságán.

Ezek a módszerek ugyanazokat a megbízható mennyiségi színjellemzőket biztosítják, mint például a hőmérséklet vagy a páratartalom mérése. A különbség csak a jellemző értékek számában és azok kapcsolatában van. A három alapszínkoordináta kapcsolata a megvilágítás színének megváltozásakor koordinált változásban fejeződik ki. Ezért a „háromszínű” méréseket szigorúan meghatározott feltételek mellett, szabványos fehér megvilágítás mellett végzik.

Tehát a színt kolorimetrikus értelemben egyedileg a mért sugárzás spektrális összetétele határozza meg, de a színérzetet nem egyértelműen a sugárzás spektrális összetétele határozza meg, hanem a megfigyelési körülményektől, és különösen a sugárzás színétől függ. a megvilágítást.

A retina receptorainak élettana

A színérzékelés összefügg a retina kúpos sejtjeinek működésével. A kúpokban található pigmentek elnyelik a rájuk eső fény egy részét, a többit pedig visszaverik. Ha a látható fény egyes spektrális komponensei jobban elnyelődnek, mint mások, akkor ezt a tárgyat színesnek érzékeljük.

A színek elsődleges megkülönböztetése a retinában a pálcikákban és a kúpokban történik, a fény elsődleges irritációt okoz, amely elektromos impulzusokká alakul át az agykéregben az észlelt árnyalat végleges kialakításához.

A rodopszint tartalmazó rudaktól eltérően a kúpok tartalmazzák a jodopszin fehérjét. A jodopszin a kúpos vizuális pigmentek általános neve. A jodopszin három típusa létezik:

• klorolab ("zöld", GCP),
• eritrolab („piros”, RCP) és
• cianolab ("kék", BCP).

Ma már ismert, hogy a fényérzékeny pigment jodopszin, amely a szem minden kúpjában megtalálható, olyan pigmenteket tartalmaz, mint a klorolab és az eritrolab. Mindkét pigment a látható spektrum teljes tartományára érzékeny, azonban az első a sárgászöldnek megfelelő abszorpciós maximummal rendelkezik (abszorpciós maximum kb. 540 nm), a második pedig a sárga-piros (narancssárga) (abszorpció) maximum körülbelül 570 nm) a spektrum részei. Figyelemre méltó az a tény, hogy abszorpciós maximumuk a közelben található. Ezek nem felelnek meg az elfogadott "elsődleges" színeknek, és nincsenek összhangban a három részből álló modell alapelveivel.

A harmadik, hipotetikus, a spektrum lilás-kék tartományára érzékeny pigmentet, amelyet korábban cianolabnak neveztek, a mai napig nem találták meg.

Ráadásul nem lehetett különbséget találni a retinában lévő kúpok között, és azt sem, hogy minden kúpban csak egyféle pigment jelenléte található. Ezenkívül felismerték, hogy a kúpok egyidejűleg tartalmazzák a chlorolab és az eritrolab pigmenteket.

A chlorolalab (az OPN1MW és OPN1MW2 gének által kódolt) és az erythrolab (az OPN1LW gén által kódolt) nem allél gének az X kromoszómákon találhatók. Ezeket a géneket régóta jól izolálták és tanulmányozták. Ezért a színvakság leggyakoribb formái a deuteronópia (a klorolab képződésének zavara) (a férfiak 6%-a szenved ebben a betegségben) és a protanopia (az eritolab képződés károsodása) (a férfiak 2%-a). Ugyanakkor egyesek, akiknek csökkent a vörös és zöld árnyalatok érzékelése, jobban érzékelik más színek árnyalatait, például a khakit, mint a normál színérzékelésű emberek.

Az OPN1SW cyanolabe gén a hetedik kromoszómán található, így a tritanopia (a színvakság egy autoszomális formája, amelyben a cianolabe képződése károsodott) ritka betegség. A tritanópiás ember mindent zöld és piros színben lát, és nem tudja megkülönböztetni a tárgyakat az alkonyatban.

A látás nemlineáris kétkomponensű elmélete

Egy másik modell szerint (S. Remenko nemlineáris kétkomponensű látáselmélete) a harmadik „hipotetikus” pigment-cianolabra nincs szükség, a rúd a spektrum kék részének vevőjeként szolgál. Ez azzal magyarázható, hogy amikor a világítás fényereje elegendő a színek megkülönböztetéséhez, a rúd maximális spektrális érzékenysége (a benne lévő rodopszin elhalványulása miatt) a spektrum zöld területéről a kékre tolódik el. Ezen elmélet szerint a kúpnak csak két szomszédos maximális érzékenységű pigmentet kell tartalmaznia: a klorolabot (érzékeny a spektrum sárga-zöld részére) és az eritrolabot (érzékeny a spektrum sárga-piros részére). Ezt a két pigmentet régóta megtalálták és alaposan tanulmányozták. Ebben az esetben a kúp egy nemlineáris arányérzékelő, amely nemcsak a piros és a zöld színek arányáról ad információt, hanem kiemeli a sárga szín szintjét ebben a keverékben.

Annak bizonyítéka, hogy a spektrum kék részének vevője a szemben a rúd, az is lehet, hogy a harmadik típusú színanomáliánál (tritanopia) az emberi szem nemcsak hogy nem érzékeli a spektrum kék részét, hanem szintén nem különbözteti meg a tárgyakat a szürkületben (éjszakai vakság), és ez pontosan jelzi a botok normál működésének hiányát. A háromkomponensű elméletek támogatói megmagyarázzák, hogy a pálcák miért szűnnek meg mindig, miközben a kék vevő leáll, és a rudak miért nem.

Ráadásul ezt a mechanizmust erősíti meg a régóta ismert Purkinje Effect, melynek lényege, hogy alkonyatkor, amikor a fényszint csökken, a vörös színek feketévé válnak, a fehérek pedig kékesek. Richard Phillips Feynman megjegyzi, hogy: „Ez azzal magyarázható, hogy a rudak jobban látják a spektrum kék végét, mint a kúpok, de a kúpok például sötétvöröst, míg a rudak egyáltalán nem látják.”

Éjszaka, amikor a fotonok áramlása nem elegendő a szem normál működéséhez, a látást főként rudak biztosítják, így éjszaka az ember nem tudja megkülönböztetni a színeket.

A mai napig még nem sikerült konszenzusra jutni a szem színérzékelésének elvét illetően.

világos színek élettani észlelése

A biztonságos munkakörülmények megteremtéséhez nemcsak a munkafelületek megfelelő megvilágítására van szükség, hanem a racionális fényirányra, az éles árnyékok és a vakító káprázást okozó tükröződés hiányára is.

A felszerelések, veszélyes helyek megfelelő megvilágítása, festése lehetővé teszi azok alaposabb megfigyelését (egyszínűre festett gép), a veszélyes helyek figyelmeztető színezése pedig csökkenti a sérüléseket. Ezen túlmenően, a megfelelő színkombináció és intenzitásuk kiválasztása minimálisra csökkenti azt az időt, ami ahhoz kell, hogy a szem alkalmazkodjon, amikor az alkatrészről a munkafelületre néz. A helyesen megválasztott színezés befolyásolhatja a dolgozók hangulatát, és ennek következtében a munka termelékenységét. Így a világítás, a szín és a fény megválasztásának alábecsülése a test idő előtti kifáradásához, hibák felhalmozódásához, csökkent termelékenységhez, megnövekedett selejthez és ennek következtében sérülésekhez vezet. A megvilágítási problémák némi elhanyagolása annak a ténynek köszönhető, hogy az emberi szem nagyon széles alkalmazkodási tartományban van: 20 luxtól (telihold idején) 100 000 luxig.

A természetes világítás a napenergia elektromágneses hullámaiból származó sugárzás látható spektruma, amelynek hossza 380-780 nm (1 nm = 10-9 m). A látható fény (fehér) a színek spektrumából áll: lila (390 - 450 nm), kék (450 - 510 nm), zöld (510 - 575 nm), sárga (575 - 620 nm), vörös (620 - 750 nm). ). A 780 nm-nél nagyobb hullámhosszú sugárzást infravörösnek, a 390 nm-nél kisebb hullámhosszú sugárzást ultraibolya sugárzásnak nevezzük.

A szín és a fény összefügg egymással. Az emberek által megfigyelt színeket kromatikus és akromatikus színekre osztják. Az akromatikus színek (fehér, szürke, fekete) különböző reflexiós együtthatókkal rendelkeznek, ezért fő jellemzőjük a fényerő. A kromatikus színeket (vörös, narancs, sárga, zöld, cián, indigó és ibolya) elsősorban a színárnyalat jellemzi, amelyet a hullámhossz és a tisztaság vagy telítettség (az alapszín fehér általi „hígításának” mértéke) határoz meg. A feketére festő felszerelések, anyagok stb. elnyomja az embert. A szabványos fehér és fekete dobozok szállításakor minden dolgozó azt állította, hogy a fekete dobozok nehezebbek. A fehér alapon lévő fekete szál 2100-szor jobban látható, mint a feketén, ugyanakkor éles kontraszt (fényességarány) van. A fényerő és a megvilágítás bizonyos határokig történő növelésével nő a látásélesség és az a fényerő, amellyel a szem megkülönbözteti az egyes tárgyakat, pl. a diszkrimináció sebessége. A túl erős fény negatívan hat a látószervekre, vakságot és fájdalmat okozva a szemekben. A szemnek a fényerő változásaihoz való alkalmazkodását sötét- és fényadaptációnak nevezzük. Sötétszürke (a fény 5%-át visszaverő) és fényes (a szín 95%-át visszaverő) géppel végzett munka során a dolgozó percenként egyszer a gépről az alkatrészre néz, és körülbelül 5 másodpercbe telik szem alkalmazkodni. Egy hétórás munkanapban 35 perc vész el. Ha azonos működési feltételek mellett az adaptációs idő 1 másodpercre módosul a kontraszt helyes megválasztása miatt, a munkaidő vesztesége 7 perc lesz.

A világítás helytelen megválasztása nemcsak a dolgozók munkaidejének elvesztését és fáradtságát befolyásolja, hanem növeli a sérülések számát az alkalmazkodási időszakban, amikor a dolgozó nem, vagy rosszul látja az alkatrészt, és automatikusan elvégzi a munkaműveleteket. Hasonló feltételek figyelhetők meg a szerelési munkák, a daru üzemeltetése és más esti munkák során mesterséges világítás mellett. Ezért a fényerő arány (a kontraszt lényege) nem lehet nagy.

Az emberi színérzékelésben a színkontraszt fontos szerepet játszik, i.e. az egyidejű észlelések közötti tényleges különbség eltúlzása. Egy francia kereskedelmi cég egy tételt rendelt piros, lila és kék szövetből, fekete mintával. A megrendelés elkészültekor a cég nem volt hajlandó átvenni, mert... a vörös szöveten fekete helyett zöldes minta volt; kéken - narancssárga, ibolyán - sárga-zöldes. A bíróság szakemberekhez fordult, és amikor lezárták az anyagot, a papír résein fekete volt a minta.

Mostanra megállapították, hogy a vörös szín izgatja, de gyorsan el is fárasztja az embert; a zöld jó az embernek; a sárga hányingert és szédülést okoz. A természetes fényt tartják a legjobbnak az emberi egészség szempontjából.

A napfény biológiai hatással van a szervezetre, így a természetes fény higiénikus. A természetes megvilágítás mesterséges világítással való helyettesítése csak akkor megengedett, ha valamilyen okból a munkahely természetes megvilágítása nem használható (vagy nem használható).

Ezért az ipari helyiségek és munkahelyek világításának szabályozása tudományos alapon történik, figyelembe véve a következő alapvető követelményeket:

• 1. A munkahelyek és a munkadarabok megfelelő és egyenletes megvilágítása;
• 2. A dolgozók látóterében a fényerő hiánya, fakulás és tükröződés;
• 3. Éles árnyékok és kontrasztok hiánya;
• 4. A világítási rendszerek optimális hatékonysága és biztonsága.

Következésképpen a megfelelő megvilágításhoz figyelembe kell venni a higiéniai feltételek teljes komplexumát, pl. a világítás mennyiségi és minőségi vonatkozásai.

A megvilágított munkahelyek és a helyiségek általános megvilágításának mérésére használjon Yu-116, Yu-117 típusú luxmérőt, TES 0693 univerzális fénymérőt, 1105 típusú fotométert a Brühl and Care cégtől. A készülékek működési elve a fotoelektromos hatás – a fény hatására bekövetkező elektronkibocsátás – alkalmazásán alapul (2.4.1. ábra).

Különböző típusú munkák elvégzésekor természetes, mesterséges és vegyes világítást használnak, amelynek paramétereit a GOST 12.1.013-78, az SNiP II-4-79 „Természetes és mesterséges világítás”, az elektromos világítás tervezésére vonatkozó utasítások szabályozzák. építkezések (SN 81-80). Minden állandó lakott helyiségnek természetes fényt kell biztosítania.

Ahol lehetetlen természetes megvilágítást biztosítani, vagy ha azt az SNiP P-4-79 nem szabályozza, mesterséges vagy vegyes világítást használnak.

A spektrum ultraibolya, látható és infravörös sugárzásból álló optikai részének hullámhossza 0,01 és 340 mikron között van. A szem által érzékelt látható sugárzást fénynek nevezik, hullámhossza 0,38-0,77 mikron, az ilyen sugárzás erejét pedig fényáramnak (F). A fényáram mértékegysége a lumen. Ez az érték 1/621 fénywattnak felel meg. A lumen [lm] az a fényáram, amelyet egy teljes emitter (abszolút fekete test) bocsát ki a platina megszilárdulási hőmérsékletén, 530,5? a térszög csúcsánál található 1 szteradiánban). A szteradián egy egységnyi u térszög, amely egy 1 m sugarú közeg része, és egy gömbfelület területe, amelynek alapja 1 m2.

ahol u egységnyi térszög, 1 korszak;

S - gömbfelület, 1 m2;

R - a gömbfelület sugara, 1 m.

A fényáram adott irányú térbeli sűrűségét fényintenzitásnak (I) nevezzük. A fényerősség mértékegysége a kandela [cd].

ahol Y a fényerősség, cd;

F - fényáram, lm.

Az egységnyi megvilágított felületre jutó fényáram mennyiségét megvilágításnak (E) nevezzük. A megvilágítás mértéke lux-ban történik. Lux - 1 m 2 felület megvilágítása 1 lm egyenletes eloszlású fényárammal.

A tárgyak láthatósága a tárgy által visszavert fény részétől függ, és a fényesség (B) jellemzi. A fényerő mértéke [cd/m2].

ahol b az S felületelemhez viszonyított normál és az irány közötti szög, amelyre a fényerőt meghatározták.

A fényerő olyan megvilágítási érték, amelyre a szem közvetlenül reagál. Az 5000 cd-ig terjedő fényerő higiéniailag elfogadható. A 30 000 cd-nél nagyobb fényerő vakító. A megvilágítás minőségi mutatói közé tartozik a háttér és a kontraszt, a láthatóság, a tükröződésjelző stb.

A háttér az a felület, amely az objektummal szomszédos (különbség). A háttér akkor tekinthető világosnak, ha a visszaverődési együttható c > 0,4; átlagos c = 0,2-0,4; és sötét vele< 0,2.

A kontrasztot a kérdéses tárgy és a háttér fényerejének aránya jellemzi:

A megvilágítási kontraszt akkor tekinthető nagynak, ha > 0,5; átlag = 0,2-0,5; és kicsi at< 0,2.

A megvilágítás egyenletességét a minimális megvilágítás és a maximális érték aránya jellemzi a teljes helyiségben.

Napfény

A természetes fény a legalkalmasabb az ember számára, ezért az állandó lakott helyiségekben többnyire természetes fényt kell biztosítani. A természetes világítást ablakok, ajtónyílások, lámpák és átlátszó tetők biztosítják. Ezért fel van osztva (2.4.2. ábra):

• a) felső világítás - tetőablakon keresztül, átlátszó tetőn;
• b) oldalsó világítás - ablakokon keresztül;
• c) kombinált világítás - ablakokon és lámpákon keresztül stb.

A természetes megvilágítás kritériuma a természetes megvilágítás együtthatója (KEO vagy E N), amely az égbolt fény által adott természetes megvilágításának az E ext helyiségen belüli egy adott pontján való természetes megvilágításának arányát jelenti a külső vízszintes megvilágítás egyidejű értékéhez egy teljesen nyitott égbolt E hirdetés fényében, és százalékban van kifejezve:

A KEO szabványosítása az SNiP YY-4-79 "Természetes és mesterséges világítás. Tervezési szabványok" követelményeinek megfelelően történik.

Az SNiP YY-4-79 szerint egyoldali oldalsó világítás esetén az értékelési szempont a KEO minimális értéke a faltól 1 m-re, a fénynyílásoktól legtávolabbi pontban, a fénynyílások függőleges síkjának metszéspontjában. a helyiség jellegzetes része és a hagyományos munkafelület vagy padló. A helyiség jellegzetes metszete egy helyiség keresztmetszete, amelynek síkja merőleges a világítónyílások üvegezésének síkjára. A helyiségek jellemző részének tartalmaznia kell a legtöbb munkahelyet tartalmazó területeket. A padlótól 0,8 m magasságban elhelyezkedő vízszintes felületet feltételes munkafelületnek tekintik. Kétirányú oldalvilágításnál az értékelési szempont a minimális KEO érték a helyiség közepén, a helyiség jellemző metszetének függőleges síkja és a hagyományos munkafelület (padló) metszéspontjában.

Felső, oldalsó és kombinált világítás esetén az átlagos KEO értéket normalizáljuk (2.4.1. táblázat).

Minden világítási paramétert a vizuális munka szintje határozza meg. A vizuális munka kategóriáját, amikor a különbség tárgya és a munkavállaló szeme közötti távolság több mint 0,5 m, a különbség tárgyának minimális méretének (d) és a tárgytól a szem távolságához viszonyított aránya határozza meg. a munkavállalóé (l). Különbség tárgya alatt a kérdéses tárgyat, annak egyedi részét vagy hibáját kell érteni, amelyet a munkafolyamat során meg kell különböztetni. Összesen nyolc vizuális munka kategóriát állapítottak meg (2.4.1. táblázat).

A KEO (E n) normalizált értékét a vizuális munka szintjétől, a világos éghajlat és a napklíma jellemzőitől függően veszik.

A FÁK-országok I, II, JV és V könnyű éghajlati övezetében található épületek esetében a világítás típusától függően a KEO oldalirányú vagy felső normalizált értékét (E n b, E n v) a következő képlet határozza meg:

ahol m a fényklíma együtthatója; Az éghajlat napsütésének c-együtthatója.

Az E n III értéke a 2.4.1. táblázatban található; könnyű éghajlati együttható (m) - a 2.4.2. táblázat szerint; klíma napfény együttható (C) - a 2.4.3. táblázat szerint. Az ipari és középületek természetes megvilágításának egyenetlensége a fő helyiségek felső vagy felső és oldalsó megvilágításával, gyermekek és serdülők számára oldalvilágítással nem haladhatja meg a 3:l-t.

A természetes világítás egyenetlenségeit nem szabványosítják az oldalsó megvilágítású helyiségek esetében, amikor VYY, VIII kategóriájú munkavégzést végeznek felső és kombinált világítással, YYY és IV csoportok kisegítő és középületeinél (1.2 SNiP YY-4-79 szakasz). Épületek tervezésekor az YYY és V éghajlati régiókban, ahol I-IV kategóriájú munkákat végeznek, napvédő eszközöket kell biztosítani. Ha a helyiségek természetes megvilágításúak, nagyon fontos az ablakok és lámpák gondozása. A piszkos üvegtömbök az összes fény 50%-át. Ezért az üvegek rendszeres tisztítását és a helyiségek meszelését el kell végezni. Enyhe porkibocsátás mellett az üvegtisztítás félévente, a meszelés háromévente történik; porosban - évente négyszer takarítás és évente egyszer meszelés.

Az épületek tervezésekor az egyik fontos feladat a természetes fényben lévő világos nyílások területének helyes kiszámítása.

Ha a fénynyílások területe kisebb a szükségesnél, ez a megvilágítás csökkenéséhez és ennek következtében a munka termelékenységének csökkenéséhez, a dolgozók fokozott fáradásához, betegségekhez és sérülésekhez vezet.

2.4.1. táblázat. A természetes fénytényező normalizálása

2.4.2. táblázat. Fényklíma együttható értéke, m

2.4.3. táblázat. Klíma napfény együttható értéke, s

Rizs. 2.4.3

Ennek a hibának a kijavításához mesterséges világítást is be kell vezetni, ami állandó többletköltségeket okoz. Ha a fénynyílások területe nagyobb, akkor az épületek fűtéséhez állandó többletköltségekre lesz szükség. Ezért az SNiP II-4-79 megtiltja, hogy a fűtött épületekben nagyobb legyen a világos nyílások területe, mint amit ezek a szabványok megkövetelnek (2.4.5. ábra). A fénynyílások megállapított méretei +5, -10%-kal változtathatók.

A fényben lévő fénynyílások területe kiszámításra kerül

Oldalsó világítással, m 2:

• (2.4.8)
• - felső világítással, m 2:

ahol a KEO normalizált értéke;

S 0 és S f - ablakok és lámpák területe;

S p - alapterület;

z 0 és z f - az ablak és a lámpa fénykarakterisztikája (kb. 8.0 - 15.0 ablakokhoz, 3.0 - 5.0 lámpákhoz elfogadott).

Az ablakok fénykarakterisztikáját (z o) a 26. táblázat szerint értékeljük, figyelembe véve a helyiség jellemzőit, valamint a lámpa vagy fénynyílás fényjellemzőit (z f) - az SNiP YY 5. függelékének 31. és 32. táblázata szerint. -4-79, figyelembe véve a helyiség és a lámpák adottságait.

Az ablakok ellentétes épületek (K épület) árnyékolását figyelembe vevő együtthatók, a lámpa típusa (K f) az SNiP II-4-79 3. táblázata szerint vannak meghatározva; Kz - biztonsági tényezőt az 5. táblázat szerint vettünk.

Oldalsó világítás esetén a munkavégzés előtt meg kell becsülni a helyiség szélességének (mélységének) (B) és a feltételes munkafelület szintje és az ablak felső széle közötti távolság arányát (h 1) .

A teljes fényáteresztési együttható (2.4.3. ábra) (f 0) függ az anyag fényáteresztési együtthatóitól (f 1), a fénynyílás kereteiben bekövetkező fényveszteségeket figyelembe vevő együtthatók (ph 2) , fényveszteség a tartószerkezetekben (ph 3), fényveszteség a napvédő eszközökben (f 4), fényveszteség a lámpák alá szerelt védőhálóban (f 5 = 0,9). Az együttható értékeket az SNiP II-4-79, 5. függelék, 28. és 29. táblázat tartalmazza.

Azok az együtthatók, amelyek figyelembe veszik a fényvisszaverődésből származó KEO növekedését (r 1 és r 2), az SNiP YY-4-79 5. függelékének 30. és 33. táblázatában találhatók, figyelembe véve a visszaverődési együtthatót (c sr) és a jellemzőket. a szobából.

Az oldalsó (S 0) vagy felső (S f) világítású világítónyílások (fényben) területének helyes kiszámításához nemcsak a tervezett helyiség paramétereit kell ismerni, hanem a világítás típusait is. munka, amelyre az épületet tervezik, Ukrajna vagy a FÁK milyen fénykörülményei között épül objektum, az objektumok egymáshoz viszonyított helyzete.

Itt megvizsgálunk néhány tudományos adatot a fizika és a fiziológia területéről, hogy megértsük, hogyan megy végbe az észlelési folyamat.

Kezdjük a vizuális csatornával. A látás a leginformatívabb információs csatorna. Ezen keresztül kapjuk a legtöbb információt a külvilágtól. A fizikából tudjuk, hogy a látás a környezet fényének érzékelése. A Föld legnagyobb fényforrása a Nap. A fény természeténél fogva egy bizonyos frekvenciájú elektromágneses hullám.

Szubjektíven ezeket a hullámokat bizonyos színként érzékeljük. Például a 400-480 THz frekvenciájú fényt vörösnek, a 620-680 THz frekvenciájú fényt kéknek érzékeljük. Azt, hogy miért így érzékeljük ezeket a fényfrekvenciákat, egy kicsit később fogjuk megvitatni. Valójában, ha az elektromágneses sugárzás teljes frekvenciatartományát vesszük, azt látjuk, hogy csak nagyon rövid frekvenciatartományt észlelünk látható fényként. A többit nem érzékeljük, pl. van egy hullám, de nem látjuk. Például nem látjuk a rádióhullámokat, amelyeket a TV-készüléke fogad, bár azok fizikailag jelen vannak az űrben.

A napból érkező fénysugár különböző frekvenciájú elektromágneses hullámok egész nyalábját tartalmazza. Lényegében ebben a fénysugárban szinte minden frekvenciájú hullámok vannak. Ezt a fénysugarat fehér fénynek nevezik. Ahhoz, hogy lássuk, hogy fehér fényben minden frekvenciájú hullám van, csak egy prizmára kell irányítanunk a fénysugarat, és ezt látjuk.

A fehér fény minden színű szivárványra bomlott. Úgy tűnt, hogy a prizma különböző irányú, különböző frekvenciájú hullámokat választ el egymástól.

Most pedig nézzük meg, hogyan derül ki, hogy a körülöttünk lévő tárgyak különböző színűek. Amikor fehér fénysugár esik egy tárgyra, a tárgy felülete elnyeli szinte az összes különböző frekvenciájú hullámot, és visszaveri egy bizonyos szűk frekvenciatartományú hullámokat. Ha például egy fehér fénysugár esik egy vörös tárgy felületére, akkor ez az objektum maga elnyeli az összes olyan hullámot, amelynek frekvenciája eltér a vörös frekvenciájától, és a vörös frekvenciájú hullámok visszaverődnek a felületéről.

Kérjük, ne feledje, hogy amikor azt mondom, hogy "vörös frekvencia", nem azt értem, hogy a hullám valójában vörös. Ez azt jelenti, hogy ennek a hullámnak a frekvenciája 400-480 THz tartományba esik. Nem több. Magának a fényhullámnak nincsenek színei.

Tehát egy vörös frekvenciájú fényhullám különböző irányokba verődik vissza egy tárgyról. Ezután a tárgyról visszaverődő fény a szemünkbe jut. A különböző tárgyak különböző színben jelennek meg számunkra, mert ezeknek a tárgyaknak a felülete eltérően tükrözi a rájuk eső fehér fényt. Egyesek túlnyomórészt vörös hullámokat, mások zöld hullámokat, mások szinte az összes hullámot elnyelik, és ekkor a tárgy feketének tűnik számunkra.

Mi történik, ha különböző frekvenciájú fény éri a szemünket? A szem retinájában fényreceptorok - kúpok és rudak találhatók. A kúpoknak három típusa van: egyesek a kék-ibolya tartományban érzékelik a legjobban a fényt, mások a sárga-zöld régióban, mások a vörös tartományban. Azok. különböző kúpok reagálnak egy adott frekvenciatartományból származó fényhullámokra.

Ezután a retinán lévő kúpok idegimpulzust hoznak létre. Ez az impulzus a retinából az idegrostok (neuronok) mentén az emberi agyba jut. Az emberi agyban van egy terület, amely feldolgozza a szemből érkező jeleket. az agy vizuális területe. Maga az agy egy hatalmas gyűjtemény neuronok. Ezek egy testből, egy axonból és több ezer dendritből álló sejtek.

A dendritek egy neuron folyamatai, amelyek egy másik neuron axonjától érkező jelet kapnak. Az axon egy neuron meghosszabbítása, amely jelet továbbít ettől a neurontól más neuronokhoz. Ezenkívül az axon a végén elágazik, és ezért egy adott neuronból egyidejűleg több neuronhoz is továbbíthat jelet.

Az agy minden neuronja axonokon és dendriteken keresztül kapcsolódik egymáshoz. Neuronok ezrei csatlakoznak egy neuronhoz dendriten keresztül, és axonjaikon keresztül továbbítják a jeleiket. Ezután az idegsejt összesíti az összes jelet egybe, és az axonján keresztül továbbítja azokat a többi neuronhoz, amelyekhez kapcsolódik. Az eredmény egyfajta neurális hálózat, amely több milliárd agysejtet köt össze.

Az agynak a neuronokon kívül ún gliasejtek. További funkciókat látnak el, és a neuronokat szolgálják a jelátvitel biztosításában. Az agyban lényegében semmi más nincs.

Tehát a szem jele belép az agy vizuális zónájába, amely a fej hátsó részén található. Továbbá a vizuális zónából a jel kiágazik, és bejut az agy más részeibe, beleértve az agykérget is, ahol a jelek vizuális képekké alakulnak, amelyeket észlelünk.

Szeretném hangsúlyozni, hogy az agyban sehol nincsenek képek. Csak idegimpulzusok jutnak át egyik neuronból a másikba.

Az agy csak az alapján különbözteti meg a különböző tartományú fényhullámokat, hogy a különböző kúpok különböző frekvenciájú fényhullámokra reagálnak. Ezután ezekből a kúpokból rendszeres elektromos jel érkezik. Az agy vizuális területe megkülönbözteti a színeket az alapján, hogy melyik kúpból származik a jel. Magának a jelnek nincs színe.

Úgy tűnik, a látás így működik. A fény, akárcsak a különböző frekvenciájú elektromágneses hullámok, visszaverődik a tárgyakról és bejut a szemünkbe. A tárgyak felülete bizonyos hullámokat elnyel és néhányat visszaver (ez a felület tulajdonságaitól függ). A visszavert hullámok bejutnak a szemünkbe, ahol a retinán lévő kúpok és rudak segítségével idegi impulzusokká alakulnak. Ezek az idegi impulzusok neuronok hálózatán keresztül jutnak el az agyba, pontosabban az agy vizuális területére. A vizuális területről a jel átterjed az agy más részeire. A gliasejteket és az idegi jeleket támogató neuronhálózaton kívül semmi más nincs az agyban.

Most röviden tekintsük át a fennmaradó észlelési csatornák működését. Az észlelési csatornák működési sémái lényegében nem különböznek a vizuális csatorna működési sémáitól.

A hang természeténél fogva a levegő rezgése. Azok. egy tárgy, mivel rezeg, rezgéseket kelt a körülötte lévő levegőben. Ezek a rezgések a levegőben különböző irányokba terjednek, és végül az ember fülébe esnek. Ha nem lenne levegő, a tárgy nem közvetítene rezgéseket, és nem lenne hang.

A hanghullámok, akárcsak a fényhullámok, eltérő frekvenciájúak. Minél alacsonyabb a hanghullám rezgési frekvenciája, annál szubjektíven úgy tűnik számunkra, hogy a hang alacsonyabb. Ez a basszusra vonatkozik. Minél magasabb a hanghullám rezgése, annál szubjektíven úgy tűnik számunkra, hogy a hang magasabb és csikorgó.

A hangmagasságnak azonban semmi köze a hanghullámokhoz. A hanghullámok egyszerűen különböző frekvenciájú hullámok, amelyek a levegőben terjednek. Ezeknek a hullámoknak maguknak nincs hangjuk.

Ezután a tárgyak hanghullámai elérik a fülünket. A fülnek van egy dobhártyája, amely finoman reagál a fülbe jutó levegő rezgéseire. Ugyanolyan frekvencián rezeg, mint a fülbe jutó hanghullám. Ezután a fülben lévő rezgések átalakítására szolgáló komplex rendszer segítségével a hanghullám idegimpulzussá alakul, amely a hallóideg mentén eljut az agyba, azokhoz a részlegekhez, amelyek felelősek a hallási információ feldolgozásáért.

Tehát a fényhez hasonlóan a hang is idegimpulzussá alakul, amelyet az agy dolgoz fel. A szemből érkező idegimpulzus nem különbözik a fülből érkező idegimpulzustól. E jelek közötti különbségtétel és annak meghatározása, hogy milyen jelet hordoznak, az agyban történik. Az agy határozza meg ezt, hogy a jel mely idegpályákon keresztül érkezett. Ha egy idegimpulzus (jel) a fény érzékeléséért felelős neuronoktól származik, akkor az agy ezt a jelet vizuálisként értelmezi. Ha a jel a hang észleléséért felelős neuronoktól származik, akkor az agy ezt a jelet hallásként (hangként) értelmezi.

Ami a tapintást, szaglást és ízt illeti, röviden a következőket mondhatjuk. A bőr speciális receptorokkal rendelkezik, amelyek reagálnak az érintésre és a levegő hőmérsékletére. Továbbá minden ugyanazt a sémát követi. Az ezekből a receptorokból származó idegi jelek eljutnak az agyba.

Az orrban receptorok vannak, amelyek reagálnak bizonyos molekulákra. Például egy rózsa virág molekulákat szabadít fel. Ezek a molekulák bejutnak az orrba, és a szaglóreceptorok reagálnak bizonyos molekulákra. Ezután a szaglóreceptorok továbbítják a jelet az agyba.

Ami az ízt illeti, a nyelven vannak megfelelő receptorok, amelyek reagálnak az emberi szájba kerülő anyagok molekuláira. És továbbra is a séma szerint az idegi jelek ezektől a receptoroktól az agyba jutnak.

Tehát felhívom a figyelmet arra, hogy a külvilág nem hordoz semmilyen képet, hangot, ízt, érzést. A külvilágban csak különféle hullámok és anyagmolekulák léteznek. A amit látunk, hallunk és érzünk, az agyunk munkájának eredménye. Itt az ideje, hogy feltegyünk egy fontos kérdést: miért érzékeljük az agy vizuális területéről érkező jeleket pontosan úgy, ahogyan mi észleljük őket, pl. háromdimenziós kép formájában? Miért a hangokért felelős agyterület jelei hangként érzékelhetők? Végül is sem a fényhullámok, sem a levegő rezgései nem tartalmaznak olyan tulajdonságokat, mint a szín és a hang.