Προσαρμογή του τυποποιημένου χρωματοκεντρικού συστήματος της φωτοπικής οράσεως, στην περιοχή της μεσοπικής οράσεως

Abstract

The aim of this dissertation is the study of color perception in human vision in low lighting levels. The sense of vision is provoked by the activation of the photoreceptors of the human eye, cones and rods. At very low lighting levels (under the star light) only rods are active and the spectral response of the human eye is given by the scotopic efficiency function. In that case no colors can be discern. At high lighting levels (daylight) only cones are active and the spectral response of the human eye is given by the photopic luminous efficiency function. In this case there is full color perception. In the intermediate region, which is named the mesopic region, the sense of vision is due to the combines action of both cones and rods. The degree of contribution of cones and rods in this visual region depends on the luminance levels. The colors are perceived in a variable degree of saturation. The goal of this dissertation is the investigation of the color perception within mesopic range. This goal is fulfilled with three aims in parts. The first aim is the additivity of color perception within mesopic range to be examined. A tetrachromatic color model has been developed for the description of the color stimuli, valid in any adaptation level of the human eye. An experimental apparatus has been designed suitable for color matching used by human subjects. The second aim of this dissertation is a model development describing the spectral sensitivity of the human eye under mesopic conditions. This model is based upon experimental trichromatic matches made by human subjects analogous to those in photopic vision. This model provides comparable results to other existing models. The third aim, which is the most important one, is the development of a mesopic color perception model. This model is based upon both the tetrachromatic model and on trachromatic color matches within mesopic region. In the end some examples are exposed. In these the change of chromaticity and brightness is shown in various levels of light adaptation within mesopic region.

Αντικείμενο της διατριβής είναι η μελέτη της αντίληψης χρώματος της ανθρώπινης όρασης σε χαμηλά επίπεδα φωτισμού. Το αίσθημα της όρασης προκαλείται από την ενεργοποίηση των φωτο-υποδοχέων του ανθρώπινου οφθαλμού, τα κωνία και τα ραβδία. Σε πολύ χαμηλά επίπεδα φωτισμού (υπό το φως των αστέρων) ενεργά είναι μόνο τα ραβδία και η απόκριση του ανθρώπινου οφθαλμού περιγράφεται από τη σκοτοπική καμπύλη φασματικής ευαισθησίας, οπότε δεν διακρίνονται χρώματα. Σε υψηλά επίπεδα φωτισμού (φως ημέρας) μόνο τα κωνία είναι ενεργοποιημένα και η απόκριση του ανθρώπινου οφθαλμού περιγράφεται από τη φωτοπική καμπύλη φασματικής ευαισθησίας του ανθρώπινου, οπότε υπάρχει πλήρης αντίληψη χρωμάτων. Στην ενδιάμεση περιοχή, τη μεσοπική, η όραση οφείλεται στη συνδυασμένη δράση κωνίων και ραβδίων. Ο βαθμός συμμετοχής κωνίων και ραβδίων στην όραση στη περιοχή αυτή εξαρτάται από τα επίπεδα λαμπρότητας. Τα χρώματα γίνονται αντιληπτά σε μεταβλητό βαθμό χρωματικού κορεσμού. Η παρούσα διατριβή έχει σκοπό να ερευνήσει την αντίληψη των χρωμάτων στην μεσοπική όραση. Ο σκοπός επιτυγχάνεται με τρεις επί μέρους στόχους. Ο πρώτος εξετάζει την προσθετικότητα της χρωματικής αντίληψης σε μεσοπικά επίπεδα φωτισμού. Αναπτύσσεται ένα τετραχρωματικό μοντέλο για την περιγραφή των χρωμο-ερεθισμάτων, έγκυρο για κάθε επίπεδο προσαρμογής του οφθαλμού. Για το σκοπό αυτό σχεδιάστηκε πειραματική διάταξη για τη διεξαγωγή χρωματικών ταυτίσεων με ανθρώπινα υποκείμενα. Ο δεύτερος στόχος της διατριβής είναι η ανάπτυξη ενός μοντέλου για τη φασματική ευαισθησία στην μεσοπική όραση, που βασίζεται σε πειραματικές τριχρωματικές ταυτίσεις με ανθρώπινα υποκείμενα, ανάλογες με αυτές που γίνονται στην φωτοπική όραση. Η μαθηματική επεξεργασία των πειραματικών αποτελεσμάτων οδήγησε στη κατασκευή ενός μοντέλου που περιγράφει την φασματική ευαισθησία στη μεσοπική όραση. Το μοντέλο δίνει παρόμοια αποτελέσματα με άλλα ήδη υπάρχοντα μοντέλα. Ο τρίτος και κυριότερος στόχος της διατριβής είναι η ανάπτυξη ενός μοντέλου για τη αντίληψη χρώματος στην μεσοπική όραση με χρήση πειραματικών μεθόδων που βασίζονται σε τριχρωματικές ταυτίσεις με ανθρώπινα υποκείμενα, ανάλογες με αυτές που γίνονται στην φωτοπική όραση. Στο τέλος εκτίθενται παραδείγματα, στα οποία φαίνεται η αλλαγή χρωματικότητας και φωτεινότητας φωτεινών πηγών σε διάφορα επίπεδα προσαρμογής του οφθαλμού στην μεσοπική περιοχή οράσεως.