Värvide nägemine


Mida on nägemiseks vaja?

Kaht asja: silmi ja valgust. Koolipoisinaljale sarnanevale tõsiasjale võib lisada muna-kana tüüpi mõtlemisainet. Selge on see, et valgus oli olemas enne silmi ja elusolendite silmad on arenenud märkama olemasolevat päikesevalgust. Tõsi, Päikeselt Maale tulevas kiirguses on muidki lainepikkusi kui need, mida inimsilm näeb, kuid nähtava valguse piirkonnas on kiirguse määr kõige suurem – nii polegi üllatav, et silmad on mugandunud märkama just tugeva kiirguse alasid!

Inimese poolt valgusena tajutava elektromagnetkiirguse lainepikkus jääb umbes 400 nm ja 700 nm vahele (4–7 mm kümnes tuhandes osa). Valgus moodustab väikese osa kiirgusjaotusest, mis ulatub kilomeetritepikkustest raadiolainetest millimeetri miljondikosa suurusklassis oleva radioaktiivse gammakiirguseni. Väikesele lainealale mahub ometi kogu värvispekter punasest sinise ja violetseni.

Värvuste eristamine põhineb sellel, et valguse erinevaid lainepikkusi tajutakse erinevate värvustena. Värvus ongi vaataja meelte poolt määratletud omadus, elektromagnetkiirgusel pole mingit värvust, see on vaid kiirgusenergia. Erinevad inimesed näevad värvusi mingil määral erinevalt. Loomadel võib värvuste nägemise ala olla palju laiem kui inimestel. Arengu käigus on tugevnenud paljude liikide jaoks olulised omadused ja näiteks nii mõnelgi linnul või putukal on toidu hankimiseks oluline näha ultraviolettkiirguse ala.



Silma ehitus


Colours - Structure of the eye

Sarvkest (cornea) / Iiris (iris) / Lääts (lens) / Klaaskeha vedelik (vitreous) / Nägemisnärv (optic nerve) / Pime punkt (blind spot) / Täpse nägemise ala (fovea) / Võrkkest (retina)

Juuresoleval joonisel on kujutatud silma läbilõiget. Optiline süsteem tekitab vaadatavast objektist kujutise silma võrkkestale, kus valgustundlikud rakud toodavad närvisüsteemi jaoks meelelist informatsiooni. Nägemisaistingu tegelik töötlemine toimub aju nägemiskeskuses. Optilise süsteemi moodustavad sarvkest, iiris, lääts ja silma klaaskeha vedelik, mis hoolitsevad valguse hulga ja võrkkestale moodustuva kujutise teravuse eest. Võrkkestas on kaht tüüpi valgustundlikke rakke. Need võtavad vastu valgust, mille tagajärjel tekivad närviimpulsid.




Kui vaadata valguse tulemise poolt, siis on nägemisnärvid võrkkestas kõige pealmised. Nende all on kude, mis muudab valgustundliku raku toodangu närviimpulssideks, ja kõige sügavamal silma põhjas asuvad kolvikesed ja kepikesed. Valgustundlike rakkude peal olev kude on läbipaistev.


Kolvikesed eristavad värve

Silma võrkkestas paikneb ulatuslikul alal suur hulk (120 miljonit) kepikesi, mis pole värvustundlikud, kuid tajuvad hästi valguse hulga vaheldumist. Need kepikesed laiendavad nägemisala eelkõige külgedele. Inimese jaoks on olnud oluline näha ka külje peale jäävaid ohte või saakloomi, seetõttu on nendel rakkudel eriti hästi arenenud võime ära tunda liikumist, st valguse vaheldumist. Need rakud tegutsevad pimedamas kui teine värvustundlik rakutüüp – kolvikesed –, ja on seetõttu tundlikumad. Vähese valgusega töötavadki peamiselt vaid kepikesed, seepärast hämaras värve ei nähta. Kõik kassid on pimedas hallid või vähemalt mustvalged.

Kolvikesi on palju vähem kui kepikesi (6 miljonit), ja need on koondunud ühte kohta võrkkestas – nn täpse nägemise keskusse ehk foveasse. Täpse nägemise jaoks on silma võrkkestal vaid väike piirkond, kus valgusretseptoreid on tihedalt. Inimene saabki näha selgelt vaid üsna väikest ala korraga, näiteks sellest tekstist vaid 8–12 tähte – lugedes tuleb pilku kogu aeg liigutada. Ka värvide nägemine on sellel väiksel alal kõige selgem.

Värvide eristamiseks on olemas kolme eri liiki kolvikesi. Üks on kõige tundlikum punase, teine rohelise ja kolmas sinise valguse lainepikkusel. Neilt kolmelt saadud teavet ühendades tekib mulje laiast ja mitmekülgsest värvimaailmast. Silma sellest ehituslikust ja funktsionaalsest omadusest järeldub, et valguse värve vaadeldes on põhivärvid just punane, roheline ja sinine.
 



Kolme liiki kolvikeste ühine tundlikkusekõver on selline.





Valguse lainepikkuse jaotust ja silma erinevate kolvikeste tundlikkust näitavad kõverad. Sinisetundlike kolvikeste tundlikkuse astet näitab kõver B, rohelist tajuvate oma kõver G ja punasetundlike tundlikkuse astet R. Koos katavad need valguse kogu lainepikkusala, kuid silm tajub paremini sinirohelist ala, sest seda on päikesevalguses rohkem.

Üldine mõiste – RGB värvispekter – tuleneb sellest, et valguse värvusi saab näidata nende kolme värvi kombinatsioonidena. Erinevaid värvusi saab tekitada ka siis, kui segada silma paistvas valguses neid kolme värvust eri koguses. Sama värvi-aistingu, näiteks kollase, võib saada mitmetel erinevatel valguse lainepikkus-jaotusel. Monokromaatilist, üht lainepikkust sisaldavat 580 nm kiirgust tajutakse kollasena, kuid kollasena mõjub ka valgus, kus on pooleks punast ja rohelist – kollasest mõlemal pool olevaid värve.


Tehnika matkib ja petab silma


Tehnoloogilised valguse registreerimisseadmed, näiteks digikaamerate andurid, töötavad samal põhimõttel nagu silm, st mõõdavad punase, sinise ja rohelise sisaldust andurini jõudvas valguses. Koguhulk on teatavasti seotud valguse heledusega, ja värvide suhteliste osade järgi arvutatakse valguse värv. Kogu värviskaala on näiteks tele- või arvutiekraanil silmale nähtav silma töö piirangute tõttu või õigemini tänu nendele. Kolme põhivärvi segades petetakse silm tajuma laia värviskaalat. Silm ei tee vahet, kas ta näeb üht teatud värvi sellele vastava lainepikkusena või kas valgus sisaldab sobivat punase, sinise ja rohelise kombinatsiooni. Näiteks osa videoprojektoritest töötab nii, et kolme põhivärvi kujutised projitseeritakse täpselt üksteise peale.

Meie nägemisvõime ei ole ülemäära täpne, väikseid detaile eristame halvasti. Silmade niisuguse piiratuse tõttu võib erinevaid värvusi luua ka rastriga, kus väikesed põhivärvitäpid on tihedalt üksteise kõrval. Silm ei suuda taas eristada, kas teleekraani pildil on kollane värvus või kordamööda väikesed punased ja rohelised täpid. Praktikas piisab sellest, et tuua nähtavale kolm põhivärvust – silma petetakse nende seoseid tajuma laia värviskaalana. RGB-värvsisüsteemi nimetatakse ka aditiivseks, st liituvaks, sest kujutis tekib sinise, punase ja kollase valguse liitmisel – kollase saab näiteks rohelisele valgusele punast lisades. Maalrivärve segades on olukord hoopis teine.




Arvuti ekraan lähivaates. Pilt ja selle värvused moodustuvad kolmevärvilistest valgusjoontest.
Teleekraan lähivaates. Värvipunktid on nii väikesed, et normaalselt vaatamiskauguselt näeb silm ühtlast pinda. 

 RGB light Põhivärvuste aditiivne segamine: punase ja sinise kombinatsioonina tuleb nähtavale magenta, sinisest ja rohelisest saadakse tsüaan ning rohelise ja punase kombinatsioonist kollane. Kõik koos annavad valge.

  Värviringis saadakse RGB-värvide vahel olevad värvused nii, et lisatakse valguse värvusi üksteisele. Ringis asuvad üksteise vastas nn vastandvärvused.

Silma värvieksimused - nõrgenenud värvitaju

Värvuste nägemisel võib esineda mitmesuguseid puudujääke. Kolvikesi on kolme liiki ja kes tahes neist võib töötada teistest nõrgemalt. Lisaks mõjutab värvitaju ka ajutegevus, nii et erinevaid võimalusi on mitmeid. Värvuste täielik eristamine ongi pigem erand kui reegel, ja enamikul inimestel on siin nii- või naasuguseid vajakajäämisi. Kõige levinumat neist, nn värvipimedust ehk daltonismi põhjustab rohelist tunnetavate kolvikeste kõrvalekalle – needki on tundlikud punasele. Värvipimedus või nõrgenenud värvitaju ei sega tavaliselt inimest üldse. Enamasti pole ta asjast teadlikki, kui värvinägemist pole just testitud. Igaüks meist on mugandunud elama oma värvitajuga ja sellega harjunud.

Silmaga nähtavad värvid – CIELab


Ülemaailmselt on kokku lepitud süsteem, kus värvused saab määrata kolme numbri abil. Üks neist kirjeldab heledust, teine värvust punasest roheliseni ja kolmas sinisest kollaseni ulatuval astmestikul. Lab-värve määratledes on võetud arvesse just nimelt inimsilma nägemisvõimet. Teatud CIELab-arvudele vastav värvus peab olema sama mis tahes tehnikat kasutades kus iganes maailmanurgas. Tehnoloogilistel meetoditel on teatavasti alati ka oma piirangud. Päris kõiki looduses esinevaid ja silmaga nähtavaid värvusi näiteks ekraanile siiski ei saa, kuid värviskaala on üsna lai.


Trükitud pilt on eri teema

Trükivärvides kasutatakse põhivärvidena RGB-värvide „vahele” jäävaid, st nende kombineerimisel saadavaid värve. Tsüaani, magenta ja kollase kõrval intensiivistatakse trükitoote tooni musta värvi abil. Ofsettrükk põhineb aga sellel, et silm ei erista kõrvuti trükitud värvitäppe, vaid näeb neid ühtlase värvipinnana.

Trükivärvide CMYK-süsteemi nimetatakse subtraktiivseks, lahutavaks, sest siin moodustub värv nii, et värvid imevad valgusest mõned värvused ära, seega värvuste hulk väheneb ja neid jääb järele soovitud arv. Lahutavas süsteemis toodavad tsüaan ja magenta sinist, tsüaan kollasega ühendatuna rohelist ning kollase segamine magenta hulka punast. RGB- ja CMYK-süsteemide vastupidisus võib põhjustada värvide segamise põhireeglites eksimist.

 
  Värvuste subtraktiivne segamine. Kõik koos annavad musta.


Kunstnikuvärvide segamine on veel teine asi


Kolmanda värvuste segamise viisini jõuame siis, kui räägime nn kunstnikuvärvidest. Sel puhul tehakse pilt teatud värvi ega püüta eksitada silma nägema kõrvuti asetsevaid värvitäppe ühtlase pinnana. Kunstnikuvärvide valik võibki põhimõtteliselt olla suurem kui trüki- või ekraanipiltidel. Siingi on küsimus substraktiivses, lahutavas värvide segamises, ka kunstnikuvärvid imevad osa valguse värvustest endasse ja jätavad soovitud osa järele.