Колірне Зірвання та Колірна Слепота: Пояснення Моделі LMS

Три сонишники, одна хитра перехресність

Люди мають трихохромне зорове сприйняття: у сітківці ока є три типи колбочкових клітин, кожна з яких має фотопігмент, чутливий до широкого діапазону довжин хвиль, традиційно позначених як S (короткі, ~420 нм, «сині»), M (середні, ~534 нм, «зелені») та L (довгі, ~564 нм, «червоні»). Жодна з цих кривих не вузька; вони значно перекриваються, особливо M і L, піки яких розділені лише приблизно на 30 нм. Колірне сприйняття – це не три незалежні канали, які повідомляють про довжину хвилі – а порівняння відносної відповіді всіх трьох, що пояснює, чому окрема довжина хвилі та суміш довжин хвиль можуть виглядати однаково (метамерія), якщо вони створюють однакову співвідношення S:M:L.

Далі, після колбочок, візуальна система перекодує ці три сигнали в опірні канали: червоно-зелений канал (приблизно L мінус M), синьо-жовтий канал (приблизно S мінус L+M) та канал чорно-білого світіння. Цей етап обробки опірними процесами, а не прямі відповіді колбочок, є основою більшості ефектів колірного порушення та ілюзій контрасту кольорів.

Що насправді відсутнє при косоосності

Найбільш поширені успадковані форми – це аномалії або відсутність фотопігменту коллоричних циліндрів (L та M), обидва закодовані на X хромосомі (що пояснює, чому косоомість червоно-зеленого кольору вражає значно більше чоловіків, ніж жінок). Протанопія – це повна відсутність функції L-циліндрів; деутероанопія – повна відсутність функції M-циліндрів. Обидві призводять до зсуву червоно-зеленого супротивного осі, оскільки вона залежить від порівняння L та M циліндрів, але вони не ідентичні – протанопія також зменшує сприйняту яскравість у червоній частині спектру, оскільки L циліндри зазвичай сприяють люмінансу, тоді як деутероанопія цього не робить.

Трітанопія – відсутність функції S-циліндрів, зустрічається рідко та не пов’язана з статтю; вона призводить до зсуву блаво-жовтої осі, тому сині та жовті кольори стають плутаними, а розрізнення червоного та зеленого залишається відносно цілим. Ахроматопія – повна або майже повна відсутність функції коллоричних циліндрів (залежить лише від паличок), зустрічається дуже рідко і повністю усуває колірне бачення, залишаючи лише зорове сприйняття на основі люмінансу з низькою роздільною здатністю.

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

Моделювання цього: просторова система LMS, а не просто фільтр кольорів

Щоб створити правдоподібний симулятор колірного порушення зору, не потрібно просто відтіняти або зміщувати відтінки зображення; необхідно працювати в просторовій системі LMS. Спочатку значення RGB зображення перетворюються на оцінку фактичного рівня стимулювання конфов L, M та S за допомогою стандартної матриці трансформації (наприклад, матриці Hunt-Pointer-Estevez). Потім, для імітованого дефіциту, відповідь відсутнього хоми оцінюється з урахуванням реакцій інших двох – наприклад, при типовій протопаній, сигнал L замінюється лінійною комбінацією M та S. Нарешті, змінений триплет LMS перетворюється назад у RGB для відображення. Це відтворює справжні лінії плутання – фактичні набори кольорів, які не може розрізнити діхромат – набагато точніше, ніж просте обертання відтінків, яке схильне або недооцінювати, або переоцінювати плутання.

Чому працюють пластини Ішіхари

Класичний тест Ішіхари вбудовує число в поле кольорових крапок, де точки числа та точки фону обрані переважно вздовж осі червоного-зеленого порушення, водночас максимально збігаються за яскравістю та насиченістю. Трихоromat бачить число легко, оскільки їхні сигнали L і M відрізняються. Протанопе або деутероаноп, які не мають цього каналу, бачать число та фон як майже однакові сприйняті кольори, і число зникає в візуальному шумі – тест по суті є прямим, навмисно простим вимірюванням точності шляху LMS-до-супротивного каналу, описаного вище.

Frequently asked questions

Спробуйте наживо

Усе, що вище, працює прямо у вашому браузері — відкрийте Colour Vision Simulator і змінюйте параметри під час роботи. Нічого не встановлюється, нічого не завантажується на сервер, уся модель живе в одній вкладці.