26.3: Maono ya Rangi na Rangi

Malengo ya kujifunza

Mwishoni mwa sehemu hii, utaweza:

• Eleza nadharia rahisi ya maono ya rangi.
• Eleza mali ya rangi ya vyanzo vya mwanga.
• Eleza nadharia ya retinex ya maono ya rangi.

Zawadi ya maono inafanywa tajiri kwa kuwepo kwa rangi. Vitu na taa zimejaa maelfu ya hues ambazo huchochea macho yetu, akili, na hisia zetu. Maswali mawili ya msingi yanashughulikiwa katika matibabu haya mafupi - rangi ina maana gani katika maneno ya kisayansi, na tunaijuaje kama wanadamu?

Nadharia rahisi ya Maono ya Rangi

Tumebainisha kuwa rangi inahusishwa na wavelength ya mionzi inayoonekana ya umeme. Wakati macho yetu yanapokea mwanga wa wavelength safi, tunaona rangi chache tu. Sita kati ya hizi (mara nyingi zimeorodheshwa) ni nyekundu, machungwa, njano, kijani, bluu, na violet. Hizi ni upinde wa mvua wa rangi zinazozalishwa wakati mwanga mweupe unatawanyika kulingana na wavelengths tofauti. Kuna maelfu ya hues nyingine ambazo tunaweza kutambua. Hizi ni pamoja na kahawia, teal, dhahabu, nyekundu, na nyeupe. Nadharia moja rahisi ya maono ya rangi ina maana kwamba hues hizi zote ni jibu la jicho letu kwa mchanganyiko tofauti wa wavelengths. Hii ni kweli kwa kiasi, lakini tunaona kwamba mtazamo wa rangi ni mdogo zaidi kuliko majibu ya jicho letu kwa wavelengths mbalimbali za mwanga.

Aina mbili kuu za seli za kuhisi mwanga (photoreceptors) katika retina ni fimbo na mbegu Fimbo ni nyeti zaidi kuliko mbegu kwa sababu ya kuhusu 1000 na ni wajibu tu kwa maono ya pembeni pamoja na maono katika mazingira ya giza sana. Pia ni muhimu kwa kugundua mwendo. Kuna viboko milioni 120 katika retina ya binadamu. Fimbo hazizalishi habari za rangi. Unaweza kuona kwamba unapoteza maono ya rangi wakati ni giza sana, lakini unahifadhi uwezo wa kutambua mizani ya kijivu.

JARIBIO LA NYUMBANI: FIMBO NA MBEGU

1. Nenda kwenye chumba cha giza kutoka kwenye chumba kilichopangwa, au kutoka nje ya Jua. Ilichukua muda gani ili kuanza kuona maumbo wazi zaidi? Nini kuhusu rangi? Rudi kwenye chumba mkali. Je, ilichukua dakika chache kabla ya kuona mambo wazi?
2. Onyesha uelewa wa maono ya foveal. Angalia barua G katika neno ROGERS. Nini kuhusu uwazi wa barua upande wowote wa G?

Vipande vinajilimbikizia zaidi katika fovea, eneo la kati la retina. Hakuna fimbo hapa. Fovea iko katikati ya macula, eneo la kipenyo cha 5 mm linalohusika na maono yetu ya kati. Vipande hufanya kazi vizuri katika mwanga mkali na huwajibika kwa maono ya azimio la juu. Kuna takriban milioni 6 katika retina ya binadamu. Kuna aina tatu za mbegu, na kila aina ni nyeti kwa safu tofauti za wavelengths, kama ilivyoonyeshwa kwenye Kielelezo\(\PageIndex{1}\). Nadharia iliyorahisishwa ya maono ya rangi ni kwamba kuna rangi tatu za msingi zinazofanana na aina tatu za mbegu. Maelfu ya hues nyingine ambazo tunaweza kutofautisha kati yake zinaundwa na mchanganyiko mbalimbali wa kuchochea kwa aina tatu za mbegu. Televisheni ya rangi hutumia mfumo wa rangi tatu ambapo skrini inafunikwa na idadi sawa ya dots nyekundu, kijani, na bluu za phosphor. Mbalimbali pana ya hues mtazamaji anaona huzalishwa na michanganyiko mbalimbali ya rangi hizi tatu. Kwa mfano, utaona njano wakati nyekundu na kijani zinaangazwa na uwiano sahihi wa nguvu. Nyeupe inaweza kuhisi wakati wote watatu wanaangazwa. Kisha, inaonekana kwamba hues zote zinaweza kuzalishwa kwa kuongeza rangi tatu za msingi kwa idadi mbalimbali. Lakini kuna dalili kwamba maono ya rangi ni ya kisasa zaidi. Hakuna seti ya kipekee ya rangi tatu za msingi. Seti nyingine inayofanya kazi ni njano, kijani, na bluu. Dalili zaidi ya haja ya nadharia ngumu zaidi ya maono ya rangi ni kwamba mchanganyiko tofauti unaweza kuzalisha hue sawa. Njano inaweza kuhisi na mwanga wa njano, au kwa mchanganyiko wa nyekundu na kijani, na pia na mwanga mweupe ambao violet imeondolewa. Kipengele cha rangi tatu za msingi cha maono ya rangi ni imara; nadharia za kisasa zaidi zinapanua juu yake badala ya kukataa.

Kielelezo\(\PageIndex{1}\): Picha inaonyesha unyeti wa jamaa wa aina tatu za mbegu, ambazo huitwa kulingana na wavelengths ya unyeti mkubwa. Rods ni karibu 1000 nyeti zaidi, na curve yao peaks saa 500 nm. Ushahidi kwa aina tatu za koni hutoka kwa vipimo vya moja kwa moja katika macho ya wanyama na binadamu na upimaji wa watu vipofu vya rangi.

Fikiria kwa nini vitu mbalimbali vinaonyesha rangi — yaani, kwa nini manyoya ya bluu na nyekundu katika Rosella nyekundu? Rangi ya kweli ya kitu inaelezwa na sifa zake za kufyonza au za kutafakari. Kielelezo\(\PageIndex{2}\) kinaonyesha mwanga mweupe unaoanguka kwenye vitu vitatu tofauti, bluu moja safi, nyekundu moja, na nyeusi moja, pamoja na mwanga mweusi safi unaoanguka kwenye kitu nyeupe. Hues nyingine huundwa na sifa nyingi za kunyonya. Pink, kwa mfano juu ya cockatoo ya galah, inaweza kuwa kutokana na ngozi dhaifu ya rangi zote isipokuwa nyekundu. Kitu kinaweza kuonekana rangi tofauti chini ya mwanga usio nyeupe. Kwa mfano, kitu safi cha bluu kilichoangazwa na mwanga safi nyekundu kitatokea nyeusi, kwa sababu inachukua mwanga wote nyekundu unaoanguka juu yake. Lakini, rangi ya kweli ya kitu ni bluu, ambayo ni huru ya kuangaza.

Kielelezo\(\PageIndex{2}\): Tabia za ngozi huamua rangi ya kweli ya kitu. Hapa, vitu vitatu vinaangazwa na mwanga mweupe, na moja kwa mwanga safi nyekundu. Nyeupe ni mchanganyiko sawa wa wavelengths zote zinazoonekana; nyeusi ni ukosefu wa mwanga.

Vile vile, vyanzo vya mwanga vina rangi ambazo hufafanuliwa na wavelengths wanazozalisha. Laser ya helium-neon hutoa mwanga safi nyekundu. Kwa kweli, maneno “mwanga mwembamba nyekundu” hufafanuliwa kwa kuwa na wigo mkali uliozuiliwa, tabia ya mwanga wa laser. Jua hutoa wigo mpana wa njano, taa za fluorescent hutoa mwanga wa bluu-nyeupe, na taa za incandescent hutoa hues nyekundu-nyeupe kama inavyoonekana katika Kielelezo 3. Kama ungependa kutarajia, unaona rangi hizi wakati wa kutazama chanzo cha mwanga moja kwa moja au wakati unapoangaza kitu nyeupe pamoja nao. Yote hii inafaa vizuri katika nadharia rahisi kwamba mchanganyiko wa wavelengths hutoa hues mbalimbali.

CHUKUA-NYUMBANI MAJARIBIO: KUCHUNGUZA RANGI KUONGEZA

Shughuli hii ni bora kufanyika kwa karatasi za plastiki za rangi tofauti kama zinawawezesha mwanga zaidi kupita kwa macho yetu. Hata hivyo, karatasi nyembamba za karatasi na kitambaa pia zinaweza kutumika. Kufunika rangi tofauti za nyenzo na uziweke hadi mwanga mweupe. Kutumia nadharia iliyoelezwa hapo juu, kuelezea rangi unazozingatia. Unaweza pia kujaribu kuchanganya rangi tofauti za crayon.

Kielelezo\(\PageIndex{3}\): Spectra ya uzalishaji kwa vyanzo mbalimbali vya mwanga huonyeshwa. Curve A ni wastani wa jua kwenye uso wa dunia, Curve B ni mwanga kutoka taa ya fluorescent, na Curve C ni pato la mwanga wa incandescent. Mwiba wa laser ya helium-neon (Curve D) ni kutokana na chafu yake safi ya wavelength. Spikes katika pato la fluorescent ni kutokana na spectra ya atomiki - mada ambayo itachunguzwa baadaye.

Uwezo wa rangi na Nadharia iliyobadilishwa ya Maono ya Rangi

Mfumo wa kuhisi rangi ya jicho-ubongo unaweza, kwa kulinganisha vitu mbalimbali kwa mtazamo wake, kutambua rangi ya kweli ya kitu chini ya hali tofauti za taa - uwezo unaoitwa rangi ya kudumu. Tunaweza kuhisi kwamba nguo nyeupe, kwa mfano, ni nyeupe ikiwa inaangazwa na jua, mwanga wa fluorescent, au taa ya taa. Wavelengths kuingia jicho ni tofauti kabisa katika kila kesi, kama grafu katika Kielelezo 3 inamaanisha, lakini maono yetu ya rangi yanaweza kuchunguza rangi ya kweli kwa kulinganisha kitambaa cha meza na mazingira yake.

Nadharia zinazozingatia uthabiti wa rangi zinatokana na mwili mkubwa wa ushahidi wa anatomia pamoja na masomo ya ufahamu. Kuna uhusiano wa ujasiri kati ya receptors mwanga kwenye retina, na kuna uhusiano mdogo wa ujasiri na ubongo kuliko kuna fimbo na mbegu. Hii ina maana kwamba kuna usindikaji wa ishara katika jicho kabla ya habari kutumwa kwenye ubongo. Kwa mfano, jicho hufanya kulinganisha kati ya receptors karibu mwanga na ni nyeti sana kwa edges kama inavyoonekana katika Kielelezo 4. Badala ya kukabiliana tu na mwanga unaoingia jicho, ambayo ni sare katika mstatili mbalimbali katika takwimu hii, jicho hujibu kando na huhisi tofauti za giza la uongo.

Kielelezo\(\PageIndex{4}\): Umuhimu wa kando huonyeshwa. Ingawa vipande vya kijivu ni kivuli sawa, kama ilivyoonyeshwa na grafu mara moja chini yao, hazionekani sare kabisa. Badala yake, wanaonekana kuwa nyeusi kwenye upande wa giza na nyepesi upande wa mwanga wa makali, kama inavyoonekana kwenye grafu ya chini. Hii ni kutokana na usindikaji wa msukumo wa ujasiri katika jicho.

Nadharia moja inayozingatia mambo mbalimbali iliendelezwa na Edwin Land (1909 - 1991), mwanzilishi wa ubunifu wa Shirika la Polaroid. Land mapendekezo, kulingana na sehemu ya majaribio yake mengi kifahari, kwamba aina tatu za mbegu ni kupangwa katika mifumo inayoitwa retinexes. Kila retineksi huunda picha inayofananishwa na nyingine, na mfumo wa jicho-ubongo hivyo unaweza kulinganisha kitambaa cha meza nyeupe kilichoangazwa na mishumaa na mazingira yake ya kawaida ya rangi nyekundu na kuamua kuwa ni kweli nyeupe. Nadharia hii ya retinex ya maono ya rangi ni mfano wa nadharia zilizobadilishwa za maono ya rangi ambazo zinajaribu kuhesabu kwa hila zake. Jaribio moja la kushangaza lililofanywa na Ardhi linaonyesha kwamba aina fulani ya kulinganisha picha inaweza kuzalisha maono ya rangi. Picha mbili zinachukuliwa ya eneo kwenye filamu nyeusi-na-nyeupe, moja kwa kutumia chujio nyekundu, nyingine chujio cha bluu. Kutokana na slides nyeusi-na-nyeupe kisha makadirio na superimposed kwenye screen, kuzalisha picha nyeusi-na-nyeupe, kama inavyotarajiwa. Kisha chujio nyekundu kinawekwa mbele ya slide iliyochukuliwa na chujio nyekundu, na picha zimewekwa tena kwenye skrini. Ungependa kutarajia picha katika vivuli mbalimbali vya pink, lakini badala yake, picha inaonekana kwa wanadamu kwa rangi kamili na hues zote za eneo la awali. Hii ina maana kwamba maono ya rangi yanaweza kuingizwa kwa kulinganisha picha nyeusi-na-nyeupe na nyekundu. Maono ya rangi haijulikani kabisa au kuelezwa, na nadharia ya retinex haikubaliki kabisa. Ni dhahiri kwamba maono ya rangi ni ndogo zaidi kuliko kile kuangalia kwanza kunaweza kuashiria.

PHET EXPLORATIONS: RANGI MAONO

Fanya upinde wa mvua mzima kwa kuchanganya mwanga nyekundu, kijani, na bluu. Badilisha wavelength ya boriti monochromatic au chujio nyeupe mwanga. Tazama mwanga kama boriti imara, au uone photons ya mtu binafsi.

Muhtasari

• Jicho lina aina nne za vipokezi vya mwanga — viboko na aina tatu za mbegu za rangi nyeti.
• Fimbo ni nzuri kwa maono ya usiku, maono ya pembeni, na mabadiliko ya mwendo, wakati mbegu zinawajibika kwa maono ya kati na rangi.
• Tunaona hues nyingi, kutoka kwa mwanga kuwa na mchanganyiko wa wavelengths.
• Nadharia kilichorahisishwa ya maono ya rangi inasema kuwa kuna rangi tatu za msingi, ambazo zinahusiana na aina tatu za mbegu, na kwamba mchanganyiko mbalimbali wa rangi za msingi huzalisha hues zote.
• Rangi ya kweli ya kitu ni kuhusiana na ngozi yake ya jamaa ya wavelengths mbalimbali ya mwanga. Rangi ya chanzo cha mwanga ni kuhusiana na wavelengths inazalisha.
• Uwezo wa rangi ni uwezo wa mfumo wa jicho-ubongo kutambua rangi ya kweli ya kitu kilichoangazwa na vyanzo mbalimbali vya mwanga.
• Nadharia ya retinex ya maono ya rangi inaelezea uthabiti wa rangi kwa kudai kuwepo kwa retinexes tatu au mifumo ya picha, inayohusishwa na aina tatu za mbegu zinazolinganishwa na kupata habari za kisasa.

faharasa

rangi

utambulisho wa rangi kama inahusiana mahsusi kwa wigo

fimbo na mbegu

aina mbili za photoreceptors katika retina ya binadamu; fimbo zinawajibika kwa maono katika viwango vya chini vya mwanga, wakati mbegu zinafanya kazi katika viwango vya juu vya mwanga

nadharia rahisi ya maono ya rangi

nadharia ambayo inasema kuwa kuna rangi tatu za msingi, ambazo zinahusiana na aina tatu za mbegu

rangi ya mara kwa mara

sehemu ya mfumo wa mtazamo wa kuona ambayo inaruhusu watu kutambua rangi katika hali mbalimbali na kuona msimamo fulani katika rangi

retinex

nadharia iliyopendekezwa kuelezea rangi na mwangaza, mtazamo na mara kwa mara; ni mchanganyiko wa maneno retina na kamba, ambayo ni maeneo mawili yanayohusika na usindikaji wa habari za kuona

nadharia ya retinex ya maono ya rangi

uwezo wa kutambua rangi katika mazingira ya rangi