Värvitaju: mis on värvinägemine ja kuidas värvid tekivad

Värvinägemine on organismi võime eristada objekte nende poolt peegeldatava, kiiratava või edastatava valguse lainepikkuse (või sageduse) alusel. Värv on nägemismeele poolt konstrueeritud omadus, mitte objektide omadus.

Punane õun ei kiirga punast valgust. Pigem neelab ta lihtsalt kõik temale paistva nähtava valguse sagedused, välja arvatud mõned sagedused, mis peegelduvad.

Just neid sagedusi tajutakse punasena.

Kuidas nägemissüsteem värve tekib

Värvinägemine algab silma võrkkestas paiknevatest valgustundlikest rakutüüpidest — kolmest tüüpi koonusrakust (tuuled): lühilaine-tundlik (S), keskmise laine-tundlik (M) ja pika laine-tundlik (L). Iga koonurakk reageerib erinevale lainepikkuste piirkonnale; erinevuste suhte ja tugevuse kombinatsioonidest tekib informatsioon sellest, mida me tajume kui tooni (hue), küllastuse (saturation) ja heleduse (brightness).

Traditsiooniliselt seletatakse värvinägemist kahe teooriaga, mis täiendavad üksteist:

Trikromaatiline (Young–Helmholtz) teooria — nägemine põhineb kolme koonuritüübi tundlikkusel; iga lainepikkuse kombinatsioon annab spetsiifilise koonusteaktivatsiooni mustri.

Vastandprotsesside (opponendid) teooria — retina ja ajutüvi töötlevad signaale vastandpaaridena (punane–roheline, sinine–kollane, hele–tume), mis aitab seletada teatud psühhofüüsikalisi nähtusi ja kontrasti tajumist.

Valguse ja pigmentide erinevus

On oluline eristada valgust ja pindu, mis valgust peegeldavad või neelavad. Valgusallikas (näiteks monitor või päike) kiirgab lainepikkusi otse; värvid tekivad siis, kui need lainepikkused jõuavad silmani. Pigmentid ja värvid materjalidel toimivad subtraktiivse segamise kaudu: pigment neelab teatud lainepikkused ja peegeldab ülejäänud. See on põhjus, miks värvide segamine värvitehnikas (nt maalimine või trükkimine — CMYK) käitub teisiti kui valguse segamine (RGB-ekraanid).

Miks taevas on sinine ja päikeseloojang punane?

Tähe ja atmosfäärinäited illustreerivad valguse lainepikkuste käitumist: õhu molekulide ja väikeste osakeste hajutus (Rayleigh' hajutus) levitab lühemaid lainepikkusi (sinine) laiemalt, mistõttu näeb päevasel ajal taevas sinist. Päikeseloojangu ajal liigub valgus pikema teekonna läbi atmosfääri, lühemad lainepikkused hajuvad ära ja alles jäävad pikemad (punased ja oranžid) — seetõttu taevas lähevad punakaks.

Struktuursed värvid ja eripärad

Mõned värvid ei tulene pigmendist, vaid struktuursest värvist — näiteks liblikate tiibadel või merekarpide pärlilised värvid tekivad valguse interferentsist, difraktsioonist või nano-skaala struktuuride tõttu, mis valitud lainepikkusi tugevdavad või summutavad. Sellised värvid võivad olla erksamad ja muutuda vaatenurga järgi.

Värvide tajumise keerukus

Värvitaju mõjutavad ka kontekst ja valgustingimused. Nähtus, kus sama objekti värvi tajutakse erinevates valgusoludes samana, nimetatakse värvastuseks (color constancy) — aju püüab kompenseerida valgustuse muutusi, et säilitada objektide stabiilne identiteet. Samuti eksisteerib metamerism: eri valguse kombinatsioonid võivad tekitada sama koonusteaktiivsuse ja seetõttu sama värvitaju, kuigi spektrid erinevad.

Värvipimedus ja loomade nägemine

Värvinägemise häired on üsna levinud — näiteks protanopia ja deuteranopia (rohe-punane värvipimedus) on pärilikud ja tekivad ühe koonuritüübi puudumisest või erinevusest. Harvem on tritanopia (sinine-kollane). Loomariigis on erinevaid lahendusi: paljud imetajad on dikromaadid (kaks tüüpi koonuseid), lindudel ja paljudel putukatel võib olla neljast või enamast tüüpi fotoretseptorit, mis võimaldab ulatuslikumat värvivalikut (nt ultravioletne tajumine).

Praktilised näited ja kokkuvõte

Olulised punktid kokku:

Värv ei ole objektis iseenesest — see on meele ja aju tõlgendus valgusvarjust.

Värv sünnib valgustundlike retseptorite vastuste kombinatsioonist ja närvitegevuse töötlemisest.

Erinevad füüsikalised protsessid (peegeldumine, neeldumine, hajumine, interferents) mõjutavad, millised lainepikkused jõuavad silmani.

Praktilised süsteemid — igapäevane värvitemperatuur, ekraanid (RGB) ja trükivärvid (CMYK) — kasutavad erinevaid printsiibe, et saada soovitud värviefekte.

Värvitaju on seega keeruline ja rikkalik protsess, mis ühendab füüsikat, bioloogiat ja aju informatsiooni töötlemist. Mõistmine sellest aitab mõista nii looduse ilmiöid (kuivõrd miks taevas on sinine või miks sul on punane õun) kui ka tehnilisi rakendusi (väresegad, pilditöötlus, värvikorrektsioon).

Mehhanism

Närvisüsteem tuletab värvuse, võrreldes silma mitut tüüpi koonusfotoretseptorite reageeringuid valgusele. Need koonusfotoretseptorid on tundlikud nähtava spektri erinevate osade suhtes.

Inimese jaoks ulatub nähtav spektriosa ligikaudu 380 kuni 740 nm ja tavaliselt on olemas kolme tüüpi koonuseid. Nähtava spektri ulatus ja koonustüüpide arv on liikide lõikes erinev.

Värvinägemisega saab parema nägemise (rohkem teavet) asjadest, mida ta näeb. See võimaldab tal näha, millal puuviljad või köögiviljad on küpsed, ja võimaldab tal näha loomi, kes peidavad end silmapiirilt. Värvinägemise eelis on peamiselt päevasel ajal. Öösel on põhiprobleemiks valguse kogumine ja nägemine nõrgas valguses. Seda teevad vardad paremini kui koonused.

Värvinägemise tüübid

Värvinägemine ei ole kõik või ei ole. Paljud loomarühmad suudavad värvi eristada, kuid erinevalt. Näiteks imetajatel on mõned rühmad ilma värvinägemiseta ja mõned on dikromaatid: neil on kahte liiki koonuseid ja nad ei näe ultraviolett-, punast ja oranži valgust. Arvatakse, et imetajad, kes jäid ellu vaatamata jura perioodile, olid väikesed öised hauduvad loomad, kellel oli vähe vajadust värvinägemise järele. Hiljem, pärast dinosauruste väljasuremist, kohandusid paljud liigid nii, et nad olid aktiivsemad päeval. Enamik neist arendas välja värvinägemise vormi, mis on päevasel ajal palju kasulikum. Primaadid arendasid välja täieliku (trikromaatilise) värvinägemise. Nende jaoks on võime eristada viljade ja lehtede värvi peaaegu hädavajalik.

Paljudel putukatel on värvinägemine ultravioletses piirkonnas, mida inimestel ei ole. Seepärast ongi meejuhid õitel ultraviolettvalguses tehtud fotodel nii silmatorkavad.

Seotud leheküljed

Küsimused ja vastused

K: Mis on värvinägemine?

V: Värvinägemine on organismi võime eristada objekte nende poolt peegeldatava, kiiratava või edastatava valguse lainepikkuse või sageduse alusel.

K: Kas värvus on objektide omadus?

V: Ei, värvus ei ole objektide omadus. See on nägemismeele tekitatud omadus ja seega ei sõltu see tajumisest.

K: Kas "punane" õun kiirgab punast valgust?

V: Ei, "punane" õun ei kiirga punast valgust. See neelab kõik sellele paistva nähtava valguse sagedused, välja arvatud rühm sagedusi, mis peegelduvad ja mida tajutakse punasena.

K: Kuidas me tajume värve?

V: Me tajume värve oma nägemismeele kaudu, mis tõlgendab objektilt peegeldunud valguse lainepikkusi või sagedusi.

K: Kas erinevad lainepikkused on seotud erinevate värvidega?

V: Jah, erinevad lainepikkused on seotud erinevate värvidega ja see aitab meil eristada objekte nende peegeldatava, kiiratava või edastatava valguse lainepikkuse või sageduse alusel.

K: Kas taju mõjutab värvi?

V: Ei, tajumine ei mõjuta värvi, sest see on objektiivne fakt ja ei sõltu tajumisest.

K: Mis juhtub, kui nähtav valgus paistab objektile?

V: Kui nähtav valgus paistab objektile, neelduvad kõik sagedused, välja arvatud üks rühm sagedusi, mis peegelduvad, ja neid sagedusi tajutakse selle konkreetse värvusena.