Widzenie Kolorów i Niedowidzenie Barw: Wyjaśnienie Modelu LMS

Trzy konuty, jeden trik nakładania się

Ludzkie widzenie barw jest trójkolorowe: siatkówka zawiera trzy typy komórek konkowych, z których każda ma fotopigment wrażliwy na szeroki, choć różny zakres długości fal, konwencjonalnie oznaczany jako S (krótki, ~420 nm, "niebieski"), M (średni, ~534 nm, "zielony") i L (długi, ~564 nm, "czerwony"). Żadna z tych krzywych nie jest wąska; znacząco się nakładają, zwłaszcza M i L, których szczytowa wrażliwość oddalona jest od siebie o zaledwie około 30 nm. Postrzeganie koloru nie opiera się na trzech niezależnych kanałach raportujących długość fali – to mózg porównuje względną odpowiedź w każdym z trzech, co wyjaśnia, dlaczego pojedyncza fala i mieszanka fal mogą wyglądać identycznie (metameria), o ile generują one tę samą proporcję odpowiedzi S:M:L.

Po konutach, system wizualny koduje te trzy sygnały w kanały przeciwnościowe: oś czerwono-zielona (w przybliżeniu L minus M), oś niebiesko-żółta (w przybliżeniu S minus L+M) i kanał czarno-biały luminancji. Ta faza przetwarzania przeciwności, a nie surowe odpowiedzi konkowe, to właśnie większość efektów wad wzroku barwnego i iluzji kontrastu barw.

Co w rzeczywistości brakuje w niedowidzeniu barw

Najczęstsze dziedziczne formy niedowidzenia to anomalie lub brak fotopigmentu L lub M konusa, oba kodowane na chromosomie X (dlatego niedowidzenie czerwieni i zieleni dotyczy znacznie więcej mężczyzn niż kobiet). Protanopia to całkowity brak funkcji konusa L; deuteranopia to całkowity brak funkcji konusa M. Obie te formy zniekształcają oś przeciwności czerwieni i zieleni, ponieważ opiera się na porównywaniu L i M, ale nie są identyczne – protanopia również przytłumia postrzeganą jasność w czerwonej części spektrum, ponieważ konusy L normalnie przyczyniają się do luminancji, podczas gdy deuteranopia nie robi tego w ogóle.

Tritanopia, brak funkcji konusa S, jest rzadka i niezwiązana z płcią; zniekształca oś przeciwności błękitu i żółtego, a więc błękit i żółć stają się pomieszane, podczas gdy dyskryminacja czerwieni i zieleni pozostaje w dużej mierze nienaruszona. Achromatopsia, prawdziwy brak lub bliski brak funkcji wszystkich konusów (opieranie się wyłącznie na prętkach), jest bardzo rzadka i eliminuje widzenie barw prawie całkowicie, pozostawiając jedynie widzenie oparte na luminancji o niskiej ostrości.

condition        cone affected     axis collapsed        typical confusion
protanopia       L absent          red-green              red ↔ dark green/brown
deuteranopia     M absent          red-green              red ↔ green (brighter than protan)
tritanopia       S absent          blue-yellow            blue ↔ green, yellow ↔ violet
achromatopsia    all cones         both                   greyscale vision only

Symulacja: Transformata LMS, a nie tylko filtr barwny

Prawdziwie wiarygodny symulator niedowidzenia kolorów nie ogranicza się do zdegradowania lub przesunięcia barw; operuje w przestrzeni LMS. Najpierw wartości RGB obrazu są konwertowane na szacunkowe wartości L, M i S, odpowiadające wzbudzeniu ogniskowych komórek konewalikowych, przy użyciu standardowej transformacji (np. macierzy Hunt-Pointer-Estevez). Następnie, dla niedoboru, który ma być symulowany, brakująca odpowiedź z jednej komórki jest szacowana na podstawie odpowiedzi pozostałych dwóch – na przykład, w typowym modelu protanopii, odpowiedź L jest zastępowana liniową kombinacją M i S. Na koniec zmodyfikowane trio LMS jest konwertowane z powrotem na RGB do wyświetlenia. To odtwarza wierniej granice dezorientacji - rzeczywiste zestawy kolorów, których dichromat nie potrafi rozróżnić – niż proste obracanie barw, które tendencją do niedoszacowania lub przeszacowania dezorientacji.

Dlaczego tablice Ishihary'ego działają w ten sposób

Klasyczne tablice Ishihary’ego ukrywają cyfrę w polu kolorowych kropek, przy czym kropki cyfry i kropki tła są wybrane głównie wzdłuż osi czerwono-zielonego zaburzenia, a jednocześnie dopasowywane pod względem jasności i nasycenia tak ściśle, jak to możliwe. Trichromat łatwo widzi liczbę, ponieważ ich sygnały L i M różnią się między sobą. Protanopia lub deuteranopia, która nie posiada tej osi, widzi liczbę i tło jako prawie identyczne kolory, a liczba znika w szumie wizualnym – test ten jest zasadniczo bezpośrednim, celowo prozaicznym badaniem dokładnie tego ścieżki LMS do kanałów sprzeczności, jak opisano powyżej.

Często zadawane pytania

Wypróbuj na żywo

Wszystko powyżej działa bezpośrednio w Twojej przeglądarce — otwórz Colour Vision Simulator i zmieniaj parametry podczas działania. Nic nie jest instalowane ani przesyłane na serwer, cały model działa w jednej karcie.