Värinäkö: miten näkö erottaa värit valon aallonpituuksien avulla
Värinäkö, värit ja aallonpituudet – selkeä selitys siitä, miten näkö ja aivot tulkitsevat valon aallonpituudet; fysiologiaa ja käytännön esimerkkejä kuten punainen omena.
Värinäkö on eliön kyky erottaa kohteet toisistaan niiden heijastaman, lähettämän tai lähettämän valon aallonpituuksien (tai taajuuksien) perusteella. Värinäön perusta on se, että eri aallonpituudet stimuloivat verkkokalvon valoaistinsoluja eri tavalla; aivoissa nämä signaalit tulkitaan erilaisina väreinä.
Väri on näköaivojen tuottama ominaisuus, joten se ei ole esineiden ominaisuus siinä mielessä kuin mittaamalla löydettävä, yksiselitteinen fysikaalinen suure. Esineestä heijastuva valo ja sen spektri ovat objektiivinen tosiasia: esimerkiksi punainen omena ei säteile punaisia fotoneja itsestään kuten lamppu, vaan se absorboi suuren osan siihen kohdistuvasta näkyvän valon spektristä ja heijastaa takaisin eniten tietyn aallonpituusalueen fotoneja. Ne aallonpituudet havaitaan punaisina, kun ne stimuloivat ihmisen kolmea eri tapaa reagoivia tappisolua tietyn suhteellisen voimakkuuden kombinaatilla.
Kuinka värinäkö syntyy
Ihmisen silmässä on kahdenlaisia valoaistinsoluja: sauvasoluja ja tappisoluja. Sauvat ovat herkkiä hämärässä, mutta eivät erota värejä. Tappisolut toimivat kirkkaassa valossa ja niiden eri tyypit ovat herkkiä eri aallonpituuksille. Useimmilla ihmisillä on kolmenlaisia tappisoluja (ns. trikromatia): lyhyt-, keski- ja pitkälle aallonpituudelle herkät tappisolut, joiden vasteet yhdessä määräävät havaittavan värin.
Värin havaitsemiseen vaikuttavat:
- valon spektrinen koostumus (esimerkiksi päivänvalo vs. keinovalo),
- esineen heijastusspektri (mitkä aallonpituudet esine lähettää takaisin),
- verkkokalvon ja aivojen hermoverkkojen tulkinta (esimerkiksi värien opponenssijärjestelmät),
- kontrasti ja ympäristö (värikonstanssi pitää värit suhteellisen samanlaisina eri valaistuksissa).
Keskeisiä ilmiöitä
Metameria: kaksi eri valon-spektriä voivat näyttää samanvärisiltä, jos ne tuottavat samanlaiset vasteet tappisoluissa. Tämä selittää, miksi painotuotteet tai näytöt voivat toistaa värejä, vaikka niiden spektri eroaa luonnon valosta.
Värikonstanssi: aivot pyrkivät säilyttämään esineiden havaittavan värin suhteellisen samanlaisena eri valaistusolosuhteissa korjaamalla valonlähteen vaikutusta.
Värisokeus: yleisimpiä muotoja ovat punavihersokea (trikomatian häiriöt, esim. deuteranopia tai protanopia) ja sinikeltasokea (tritanopia). Nämä johtuvat usein yhdestä puuttuvasta tai poikkeavasti toimivasta tappisolu-tyypistä.
Laajempi biologinen näkökulma
Erilaiset lajit näkevät värit eri tavoin. Esimerkiksi mehiläiset havaitsevat ultraviolettivaloa, jota ihmiset eivät näe, ja jotkut äärimmäisen värinäön omaavat eläimet, kuten monimutkaisesti värinäköiset äyriäiset, voivat olla herkkiä monelle eri aallonpituusalueelle. Näin värinäkö on sopeutunut lajin ekologisiin tarpeisiin – esimerkiksi ravinnon valintaan tai parittelumerkkien tunnistukseen.
Sovelluksia ja mittausta
Värintoistossa käytetään käytännössä RGB- tai CMYK-malleja ja värierottelun määrittelyssä värimetriikkaa (esim. CIE-järjestelmä). Käytännön sovelluksia ovat väritulostus, kuvankäsittely, värinhallinta näyttö- ja valaistusjärjestelmissä sekä diagnoosit värinäön poikkeavuuksille.
Yhteenveto
Värinäkö syntyy siitä, että eri aallonpituudet vaikuttavat verkkokalvon eri valoaistinsoluihin eri tavoin ja aivot tulkitsevat näitä signaaleja. Vaikka esineen heijastama valo on fysikaalinen tosiasia, väri itsessään on havaintoa aivoissa. Ilmiöihin kuten metameriaan, värikonstanssiin ja värisokeuteen kannattaa kiinnittää huomiota ymmärtääkseen, miten monimutkainen ja kontekstiriippuvainen värin havaitseminen on.
Mekanismi
Näkyvän valon spektri vaihtelee noin 380-740 nanometrin välillä. Spektrin värit, kuten punainen, oranssi, keltainen, vihreä, syaani, sininen ja violetti, kuuluvat tälle alueelle. Näillä spektrin väreillä ei tarkoiteta yhtä ainoaa aallonpituutta, vaan pikemminkin aallonpituusjoukkoa: punainen 625-740 nm, oranssi 590-625 nm, keltainen 565-590 nm, vihreä 500-565 nm, syaani 485-500 nm, sininen 450-485 nm ja violetti 380-450 nm.
Hermosto määrittää värin vertailemalla silmän erityyppisten kartiofotoreseptorien valovasteita. Nämä käpyfotoreseptorit ovat herkkiä näkyvän spektrin eri osille.
Ihmisillä näkyvä spektri ulottuu noin 380-740 nm:n alueelle, ja tavallisesti käpyjä on kolmea eri tyyppiä. Näkyvän spektrin laajuus ja käpyjen lukumäärä vaihtelevat lajeittain.
Värien avulla näkö paranee (enemmän tietoa) silmän näkemistä asioista. Näin silmä näkee, milloin hedelmät tai vihannekset ovat kypsiä, ja se voi nähdä eläimet, jotka piileskelevät näkyvistä. Värinäön etu on lähinnä päiväsaikaan. Yöllä suurin ongelma on kerätä tarpeeksi valoa, jotta näkee heikossa valossa. Tähän sauvat pystyvät paremmin kuin kartiot.
Ihmisen näköjärjestelmän suhteellinen kirkkausherkkyys aallonpituuden funktiona.
Värinäön tyypit
Värinäkö ei ole kaikki tai ei mitään -tilanne. Monet eläinryhmät pystyvät erottamaan värejä, mutta eri tavoin. Esimerkiksi nisäkkäillä joillakin ryhmillä ei ole värinäköä, ja jotkut ryhmät ovat dikromaattisia. Dikromaateilla on kahdenlaisia käpyjä, eivätkä ne näe ultravioletti-, punaista ja oranssia valoa.
Juurikaudella eloonjääneiden nisäkkäiden uskotaan olleen pieniä yöeläimiä tai kaivautuvia eläimiä, joilla ei ollut juurikaan tarvetta nähdä värejä. Myöhemmin, dinosaurusten sukupuuttoon kuolemisen jälkeen, monet linjat sopeutuivat olemaan aktiivisempia päiväsaikaan. Useimmat kehittivät värinäön, joka on paljon hyödyllisempi päiväsaikaan. Kädellisille kehittyi täysi (trikromaattinen) värinäkö. Niille kyky erottaa hedelmien väri lehdistä oli aina olennainen.
Monilla hyönteisillä on värinäkö ultraviolettialueella, mutta ihmisillä ei. Siksi kukkien hunajaoppaat ovat niin huomattavia ultraviolettivalossa otetuissa valokuvissa.
Aiheeseen liittyvät sivut
- Värinäön kehitys
- Opsin
- Kasvien väri
Kysymyksiä ja vastauksia
K: Mitä on värinäkö?
A: Värinäkö on eliön kyky erottaa kohteita niiden heijastaman, lähettämän tai lähettämän valon aallonpituuksien tai taajuuksien perusteella.
K: Onko väri esineiden ominaisuus?
V: Ei, väri ei ole esineiden ominaisuus. Se on näköaivojen tuottama ominaisuus, joten se ei riipu havaitsemisesta.
K: Lähettääkö "punainen" omena punaista valoa?
V: Ei, punainen omena ei säteile punaista valoa. Se imee itseensä kaikki siihen kohdistuvan näkyvän valon taajuudet lukuun ottamatta heijastuvia taajuuksia, jotka havaitaan punaisina.
K: Miten me havaitsemme värit?
V: Havaitsemme värit näköaivojemme kautta, jotka tulkitsevat esineestä heijastuvan valon aallonpituuksia tai taajuuksia.
K: Liittyvätkö eri aallonpituudet eri väreihin?
V: Kyllä, eri aallonpituudet liittyvät eri väreihin, ja tämä auttaa meitä erottamaan kohteet toisistaan niiden heijastaman, lähettämän tai lähettämän valon aallonpituuden tai taajuuden perusteella.
K: Vaikuttaako havaitseminen väreihin?
V: Ei, havainto ei vaikuta väriin, koska se on objektiivinen tosiasia eikä riipu havainnosta.
K: Mitä tapahtuu, kun näkyvä valo paistaa esineeseen?
V: Kun näkyvä valo osuu esineeseen, esine absorboi kaikki taajuudet, lukuun ottamatta heijastuvia taajuuksia, ja nämä taajuudet havaitaan sen värinä.
Etsiä