Kā mūsu acis redz krāsas

Par to, kā mūsu acis redz krāsas. Ziņas smēlos pa daļai no P. Ķikusta datorgrafikas semināriem, pa daļai no vikipēdijas. Varbūt kādam būs interesanti. Ak, un jācer, ka es nesastāstu pārāk lielas muļķības. Ja kur kļūdos, lūdzu labojiet.
Iemesls, kāpēc šo rakstu, ir lai pakutinātu smadzenes, atgādinātu par jēdziena ‘krāsa’ abstraktumu. Pie krāsām ir tā pierasts, ka var šķist, – krāsas, tās ir tā kā tādas vērtības pašas par sevi. Bet izrādās, patiesībā, there is no spoon, smadzenes lieto krāsas lai reprezentētu dažādus elektromagnētiskā starojuma spektrus. Zinātnieki min, varbūt sikspārnis “krāsainu” “redz” savu ultraskaņas atbalsi.

Elektromagnētiskie viļņi. Ir visādi elektromagnētiskie viļņi. Tos iedala pēc viļņa garuma vai frekvences. Viļņa garums un frekvence ir apgriezti proporcionāli, jo lielāka frekvence, jo īsāks viļņa garums un otrādi. Iedala – gamma stari, rentgena stari, ultravioletais starojums, redzamā gaisma, infrasarkanais starojums, mikroviļņi, radio viļņi. Visi dzirdēti, vai ne, ar rentgena stariem bildē kaulus, infrasarkanais starojums pazīstams arī kā siltums, mikroviļņos raida mobīlie un WiFi, radioviļņos raida radio un TV. Te ir bildīte no vikipēdijas:

Var ievērot, ka šajā bildītē uzskatāmībai ne frekvences skala, ne viļņu garumu skala nav attēlotas lineāri. Un var ievērot, ka, piemēram, rentgena staru frekvences diapazons ir dikti šaurs, salīdzinot, piemēram, ar mikroviļņiem. Mums pazīstamā redzamā gaisma ir tikai neliels gabaliņš tajā skalā. Gaisma, tātad, ir elektromagnētisks starojums. Cilvēka acī ir receptori, kas māk šo redzamo gaismu uztvert. Cilvēka acī ir vairāku veidu gaismas receptori, kopā tie ļauj “redzēt” viļņus ar garumu diapazonā 400-700nm. Dzīvniekiem redzamās gaismas diapazoni var atšķirties, un var izrādīties, ka viņi redz tādas lietas, ko cilvēki ar savām acīm neredz, bet varbūt neredz ko tādu, ko cilvēki redz. Piemēram, bites redz ultravioleto, tas palīdzot tām meklēt nektāru.

Cilvēka acs acābola dziļumā atrodas tīklene, kuru noklāj gaismas receptori, un uz kuras caur acs lēcu tiek projicēts attēls. Šķiet, ka attēls tur projicējas kājām gaisā, bet mēs to ij nemanām :) Gaismas receptori ir divu veidu – nūjiņas un vālītes. Nūjiņas atrodas vairāk pa radzenes malām un ir paredzētas lietošanai vājā apgaismojumā.

Neliela atkāpe. Nūjiņu doto signālu smadzenes redz kā melnbaltu. Var pamēģināt šādu eksperimentu – atrodam aptumšotu telpu, kurā spīdētu kāda neliela krāsaina gaismiņa, piemēram, sarkana lampiņa pie televizora ieslēgšanas pogas. Skatāmies sāņus šai gaismiņai, tā, lai to redzētu ar acs kaktiņu. Redzēsim to melnbaltu, jo vājā apgaismojumā bildi dod nūjiņas, kas krāsu neizšķir.

Otro receptoru tipu, vālītes, atkal var iedalīt trīs veidos – S, M, L. Katru tipu raksturo tas, kādus viļņu garumus tās vislabāk uztver. Bildīte no vikipēdijas:

Varam jau sākt saprast, kā strādā krāsu uztvere. Iedomāsimies, ka mēs skatāmies kaut kādā vienkrāsainā gaismas avotā. To raksturo spektrs – cik stipri izstaro katrā viļņa garumā (kaut kā neveikli izsakos, neko nevar padarīt). Nu vārdsakot, tūlīt uzzīmēšu GIMPā...

Melnā slīpā švīka ir domāts gaismas avota spektrs. Tā kā labajā malā tā iet uz augšu, var nojaust, ka tā ir sarkanīga gaisma. Katrs acs receptora veids dod savu “mērījumu” par šo gaismu – cik stiprs ir starojums šī receptora uztveramajā gabaliņā. Vizuāli to var attēlot kā to bildē iekrāsoto pleķīšu laukumus.

Ja mēs izvēlamies kādu vietiņu uz acs tīklenes, tad par šajā vietiņā redzamo smadzenēm pieejami trīs signāli – no trīs dažādajiem vālīšu veidiem. Tīklenes centrā vālīšu blīvums ir daudz lielāks, kā malā, attiecīgi, “izšķirtspēja” ir lielāka. Zināms jau, mēs, aplūkojot lietas, paskatāmies tām virsū. Skatoties ar acs kaktiņu – it kā redz, it kā neredz. Bet, atpakaļ pie krāsām, no šiem trim signāliem smadzenes sakombinē mums redzamo krāsu. Šis ir svarīgi – gaismas avota spektru var raksturot visai sarežģīta spektra līkne, bet gaismas receptori no tās tik un tā izvilks tikai trīs vērtības. Var pat sanākt tā, ka gaismas avotus ar dažādiem spektriem mēs redzam kā vienu un to pašu krāsu. Šādu gadījumu sauc par metamerismu.

Tālāk būtu jārunā, kā šos trīs signālus sasaistīt ar krāsām, kā krāsas pierakstīt, par krāsu telpām, bet man tagad ir laiks doties uz laukiem, tā ka par to varbūt pēc Jāņiem.