PÄIVI KUUSIO
MATKAPUHELIMIEN VAIHTOKUORIEN VÄRIN VAIKUTUS NÄYTÖN VÄRIEN HAVAITSEMISEEN
Simultaanikontrasti-ilmiön vaimentaminen
Diplomityö, joka on jätetty opinnäytteenä tarkastettavaksi diplomi-insinöörin tutkintoa varten Espoossa 17.9.2003
Työn valvoja:
Työn ohjaaja:
Prof. Iiro Jääskeläinen DI Max Lindfors
Osasto: Sähkö-ja tietoliikennetekniikan osasto Professuuri: S-l 14. Kognitiivinen teknologia Työn valvoja: Prof. Iiro Jääskeläinen
Työn ohjaaja: DI Max Lindfors Tekijä: Päivi Kuusio
Työn nimi: Matkapuhelimien vaihtokuorien värin vaikutus näytön värien havaitsemiseen: Simultaanikontrasti-ilmiön vaimentaminen
Päivämäärä: 17.9.2003 Sivumäärä: 76
Matkapuhelimen näytön värien havaitsemiseen vaikuttavat näytön parametrien lisäksi ympäröivät värit. Puhelimen kuorien väri näytön ympärillä tulisi valita har
kiten. Suositeltavin valinta on musta matta kuori, huonoin kiiltävä hopea. Jos pu
helimessa on mahdollisuus vaihtokuoriin, saattavat värit näytön ympärillä vaihtua useinkin. Tämän työn tarkoituksena onkin selvittää psykofyysisten tutkimusmene
telmien avulla kuinka leveä reuna-alue tarvitaan puhelimen värinäytön ympärille, jotta kuorien värin muutos ei vaikuta näytön värien havaitsemiseen. Reuna- alueella pyritään vaimentamaan simultaanikontrastina tunnettu havaintoilluusio.
Lisäksi tutkitaan reuna-alueen tummuuden vaikutusta ilmiön vaimenemisen voi
makkuuteen.
Koe koostui rajamenetelmä- ja säätömenetelmäosuudesta. Matkapuhelinta simu
loitiin CRT-näytöllä simultaanikontrastikuviolla: vaihtokuoria simuloivat taustat erosivat väriltään yhdessä tai useammassa ominaisuudessa, mutta värinäyttöä si
muloivat keskustat olivat aina keskenään samanväriset. Testejä toistettiin viidellä eri testikuvalla sekä kolmella eri reuna-alueen tummuudella (musta, harmaa, vaa
leanharmaa). Simuloitujen kuorien ja näytön koko, katseluetäisyys sekä valaistus pysyivät vakioina kaikissa koetilanteissa.
Kokeen tulokset vastasivat aiempia tutkimuksia, sillä levein reuna-alue tarvittiin, kun taustan ja keskustan välillä oli vain valotiheysero. Tällöin illuusion tulisikin olla voimaikkain. Myös reuna-alueen tummuudella oli vaikutusta: musta vaimensi ilmiön yleensä nopeimmin, vaaleanharmaa hitaimmin. Eri koemenetelmillä saadut tulokset ja kuuden eri koehenkilön vastaukset erosivat toisistaan osin merkitseväs- tikin. Luotettavuusvälien sisällä voidaan kuitenkin sanoa, että 36x36 mm kokoisen näytön ympärillä 5 mm musta reuna-alue (30 cm katseluetäisyydellä) on riittävä vaimentamaan simultaanikontrasti-ilmiön kuorien väristä riippumatta.
Avainsanat: simultaanikontrasti, induktio, reuna-alue, värinäytön ympäristön vaikutus
Kieli: suomi
OF TECHNOLOGY MASTER’S THESIS
Author: Päivi Kuusio
Name of the Thesis: The effect of colour change in mobile phone covers to the perceived colours of small display: Attenuation of the simultaneous contrast effect
Date: 17.9.2003 Number of pages: 76
Department: Department of Electrical and Communications Engineering Professorship: S-114. Cognitive Technology
Supervisor: Iiro Jääskeläinen, Professor Instructor: Max Lindfors, M. Sc. (Eng.)
The perceived colour quality of mobile phone display is effected not only by display parameters but also by the choice of colour of the surrounding area. The best perceived colour quality is obtained if the surrounding area is matt black and the worst if it is gloss silver. If it is possible for user to change phone’s covers, colours around the display may be changing often. This Master’s Thesis discusses how wide the surrounding area around colour display should be so that colour change in covers will not effect the perception of display colours. The area will attenuate the illusion called simultaneous contrast. How the tone value of sur
rounding area will affect efficiency of illusion’s attenuation is also subject matter.
Two psychophysical test methods were used: method of limits and method of adjustment. Mobile phone was simulated with simultaneous contrast display on CRT display. Colours of two backgrounds simulating covers differed in one or two dimensions. Two center squares simulating display were identical. Test was repeated with 5 test displays and with 3 different tone values for surrounding area (black, gray, light gray). The size of simulated phone covers and display, viewing distance and illumination remained constant within test situations.
The results from test approximate with previous studies for widest surrounding area was needed for test displays with only luminance contrast. The illusion should duly be strongest in these cases. Tone value of the area also had some effect: black area attenuated the effect most efficiently, light gray more inefficiently. There were some significant differences between the results from different test methods and between the answers from 6 test subjects. However, it can be recommended that inside confidence intervals 5 mm wide black surrounding area is adequate to attenuate the simultaneous contrast effect for 36x36 mm display size regardless of the colour of covers.
Keywords: simultaneous contrast, induction, Language: Finnish, effect of surrounding area to colour display Eng. abstr.
ALKUSANAT
Tämä diplomityö on tehty Nokian tutkimuskeskuksessa (Nokia Research Center) Audio-Visual Systems -laboratorion Visual Ergonomics -ryhmässä. Syksyllä 2002 alkoi uurastus materiaalin kokoamisella ja testien suunnittelulla. Keväällä 2003 sain vihdoin kokeet tehdyiksi. Kiitokset niille kollegoilleni, jotka suostuivat koehenki
löiksi niin pilottitesteihin kuin itse kokeeseenkin, ja joutuivat tuijottamaan erivärisiä neliöitä näytöllä jopa tunnin ajan!
Kiitokset työn alkuun saattamisesta vuonna 2002 väliaikaisena professorina toimi
neelle Kaisa Tiippanalle ja loppuun saattamisesta professori Iiro Jääskeläiselle. Kii
tokset kuuluvat lisäksi ohjaajalleni Max Lindforsille sekä Jukka Häkkiselle saamista
ni neuvoista ja palautteesta. Kiitos myös kaikille työtovereilleni, jotka ovat osoitta
neet kiinnostusta työtäni kohtaan.
Lopuksi kiitän vielä vanhempiani tuesta ja avusta, sekä siskoani Terhiä, joka itsekin saman kokeneena osasi antaa hyödyllisiä neuvoja. Ystäviäni ja avomiestäni Juhaa kiitän kaikista niistä rentouttavista hetkistä, jotka saivat ajatukset välillä pois tästä työstä.
Otaniemessä, syyskuussa 2003
Päivi Kuusio
SISÄLLYS
TIIVISTELMÄ...2
ABSTRACT... 3
ALKUSANAT...4
SISÄLLYS...5
KÄSITTEIDEN SELITYKSET...10
Symbolitjalyhenteet...10
Termitjanimet...11
1 JOHDANTO...15
1.1 Taustaa: Värinäyttöjäjavaihtokuoria...15
1.2 Työntarkoitusjatavoitteet... 16
1.2.1 Tarkoitus...16
1.2.2 Tavoitteet...16
1.2.3 Kokeen rajaus...17
1.2.4 Koehypoteesit...18
1.2.4.1 Hypoteesi 1 : Reuna-alueen leveys... 18
1.2.4.2 Hypoteesi 2: Reuna-alueen tummuuden vaikutus... 18
1.2.4.3 Hypoteesi 3: Koemenetelmien ero... 18
1.2.4.4 Hypoteesi 4: Subjektiiviset erot...18
1.3 Työnsisältö...19
2 VÄRINÄKÖ... 20
2.1 Yleistä...20
2.2 Ihmisennäköjärjestelmä... 21
2.2.1 Silmän ja näköradan toiminta...21
2.2.2 Verkkokalvon solut...22
2.2.3 Gangliosolujen reseptiiviset kentät...22
2.2.4 Aivokuoren värimekanismit...24
2.3 VÄRINÄÖN TEORIOITA... 26
2.3.1 Kolmiväriteoria...26
2.3.2 Vastaväriteoria...26
2.3.3 Teorioiden yhdistäminen...27
2.4 VÄRIEN OMINAISUUKSIA... 28
2.4.1 Värien sekoittuminen...28
2.4.2 Havaittu väri...28
2.4.3 Kohteen väri...29
2.4.4 Väriadaptoituminen...31
2.5 VÄRIEN VUOROVAIKUTUS... 32
2.5.1 Vaikuttavat tekijät...32
2.5.2 Ehkäisevät tekijät...33
2.5.3 Ongelmat...33
3 SIMULTAANIKONTRASTI... 34
3.1 Yleistä... 34
3.2 Kontrasti...35
3.2.1 Määritelmä...35
3.2.2 Vaaleus- ja värikontrasti...36
3.3 Klassinensimultaanikontrastijasenmuunnelmia...36
3.4 Ilmiöönvaikuttaviatekijöitä... 38
3.4.1 Vaaleus...38
3.4.2 Väri...39
3.4.3 Taustan ja keskustan koko...39
3.4.4 Reunus...40
3.4.5 Muita tekijöitä...41
3.5 Teorioitailmiölle... 42
3.5.1 Sivusuuntainen ehkäisy...42
3.5.2 Ankkurointiteoria...43
3.6 Laskennallisiamalleja... 45
4 HAVAITSEMISEN TUTKIMUS... 47
4.1 Yleistä...47
4.2 Psykofyysinentutkimus...48
4.2.1 Psykofyysiset tutkimusmenetelmät...48
4.2.2 Klassiset psykofyysiset mittausmenetelmät...48
4.3 Havaintokentät... 50
4.3.1 Näöntarkkuus ja näkökenttä...50
4.3.2 Huntin malli näkökentästä...51
4.3.2.1 Ärsyke... 51
4.3.2.2 Proksimaalinen kenttä...51
4.3.2.3 Tausta... 51
4.3.2.4 Ympäristö... 52
5 KOEMENETELMÄT...53
5.1 Kokeentoteutus... 53
5.1.1 Laitteisto...53
5.1.2 Ärsykkeet...53
5.1.3 Koehenkilöt...55
5.1.4 Koeympäristö...56
5.2 Kokeenkulku... 57
5.2.1 Alkuvalmistelut...57
5.2.2 Koeosuudet...57
5.2.2.1 Koeosuus 1 : rajamenetelmä... 57
5.2.2.2 Koeosuus 2: säätömenetelmä... 58
5.3 Tulostenlaskenta... 59
6 TULOKSET... 60
6.1 Rajamenetelmäosuus...60
6.2 SÄÄTÖMENETELMÄOSUUS...62
6.3 Hypoteesienoikeellisuus... 64
6.3.1 Hypoteesi 1: Reuna-alueen leveys...64
6.3.2 Hypoteesi 2: Reuna-alueen tummuuden vaikutus...65
6.3.3 Hypoteesi 3: Koemenetelmien ero...67
6.3.4 Hypoteesi 4: Subjektiiviset erot...68
6.4 Yhteenveto... 69
7 JOHTOPÄÄTÖKSET... 71
7.1 Suositussuunnittelijoille...71
7.2 Työnarviointiajajatkotutkimusehdotuksia... 72
8 LÄHTEET... 74
LIITTEET... 77
LIITTEET
Liite 1 : koeärsykkeenmitat
Liite 2: Testikuvat
Liite 3: presentation-ohjelmankoodi
Liite 4: testikuvaterireuna-alueentummuuksilla
Liite 5: ärsykkeidenesitysjärjestys
Liite 6a: koehenkilöidentuloksetrajamenetelmällä
Liite 6b: koehenkilöidentuloksetsäätömenetelmällä
KUVAT JA TAULUKOT
Kuva 1. Matkapuhelimiinsaamonenlaisiavaihtokuoria... 16 Kuva 2. Näkyvänvaloneriaallonpituudetaistitaaneriväreinä...20
Kuva 3. Näköinformaationkulkusilmänretinaltaprimääriselle
NÄKÖAIVOKUORELLE...21 Kuva 4. Reseptorienherkkyyskäyräteriaallonpituuksille...22 Kuva 5. Keskusta-ympäristöreseptiivisetkentät, jotkareagoivatvaloon:
a) on-keskustakenttäjab) off-keskustakenttä... 23 Kuva 6. Primäärisenaivokuorenväriherkätkeskusta-ympäristö
reseptiivisetkentät: a) opponenttisolun R+ -keskustakenttäjab) KAKSOISOPPONENTTISOLUN R+ G- -KESKUSTAKENTTÄ...24
Kuva 7. Näköinformaatiojakautuuretinangangliosoluista LGN:nparvo-
JA MAGNO-SOLUJEN ERI KERROKSIIN, JOSTA SE VÄLITTYY EDELLEEN V1 :N KERROSTEN KAUTTA KORKEAMMILLE AIVOKUORIALUEILLE. ERI KERROKSET OHJAAVAT INFORMAATIOTA ERI ALUEILLE: MITÄ KORKEAMMILLA
AIVOKUORIALUEILLA LIIKUTAAN, SITÄ JÄRJESTÄYTYNEENPÄÄ
NÄKÖINFORMAATIO ON...25 Kuva 8. Kaksitasoinenmoderniopponenttiprosessimalli, jossa S-, M- jaL-
TAPPIEN YLLYTTÄVÄT JA ESTÄVÄT SIGNAALIT MUODOSTAVAT KOLME VASTAVÄRIKANAVAA: PUNA-VIHREÄN (R+G-), SINI-KELTAISEN (B+Y-) JA MUSTA-VALKOISEN (A)... 27 Kuva 9. Esimerkkivärinominaisuuksista: a) sävy, b) kylläisyysjac)
kirkkausmuuttuu...29 Kuva 10. CIE 1931 xy-kromaattisuusdiagrammi...31
Kuva 11. Klassinensimultaanikontrastikuvio. Samanvärisetkeskusneliöt
NÄYTTÄVÄT ERILAISILTA ERIVÄRISTEN TAUSTOJEN VAIKUTUKSESTA... 34 Kuva 12. Koffkanrenkaanmuunnelmia, a) Yhtenäinenrengasnäyttää
SUURIN PIIRTEIN SAMANVÄRISELTÄ. B) EROTETTUNA PUOLIKKAAT RENKAAT NÄYTTÄVÄT ERILAISILTA. C) PYSTYSUUNTAINEN SIIRROS SAA
RENKAANPUOLIKKAAT NÄYTTÄMÄÄN HYVIN ERIVÄRISILTÄ... 37 Kuva 13. Whitenilmiössäkontrasti-illuusioonkäänteinen... 37
Kuva 14. Sinistenraitojenpäälläolevatneliötnäyttävätvaaleammilta
JA KELTAISEMMILTA KUIN KELTAISTEN RAITOJEN PÄÄLLÄ OLEVAT
SAMANVÄRISET NELIÖT, VAIKKA NIITÄ YMPÄRÖIVÄT AINA SAMANVÄRISET REUNAT... 38
Kuva 15. a) Vaaleuskontrastissataustanvaalentaminentummentaa
KESKUSTA, в) Värikontrastissataustasävyttääkeskustaa
VASTAVÄRILLÄÄN... 39 Kuva 16. Simultaanikontrasti-ilmiöonvoimakkaampipienemmillä
KESKUSTOILLA (TAI SUUREMMILLA TAUSTOILLA)...40
Kuva 17. Harmaakeskusneliönäyttäätummimmalta, kunseonympäröity
KAPEALLA MUSTALLA REUNUKSELLA. ILMIÖ ON JOPA VOIMAKKAAMPI KUIN PELKÄLLÄ VALKOISELLA TAUSTALLA... 40 Kuva 18. Simultaanikontrasti-ilmiöonvoimakkaampikeskustoilla, joiden
TAUSTAN PINTARAKENNE ON ’RIKOTTU’ (В)... 41 Kuva 19. Retinanhorisontaali- jaamakriinisolutsiirtävätsignaaleja
MYÖS ’SIVUSUUNTAISESTl’... 42 Kuva 20. On-keskustareseptiivisetkentätsimultaanikontrastissa.
Kentästä A saadaanvoimakkaampion-signaalikuinkentästäB, koska
SEN OFF-YMPÄRISTÖ ON TUMMEMPI JA LÄHETTÄÄ SIIS VÄHEMMÄN ESTÄVIÄ SIGNAALEJA... 43
Kuva 21. Ankkurointiteorianmukaankohteenvaaleusriippuusen
LUMINANSSIN SUHTEESTA KOKO KUVION KORKEIMPAAN LUMINASSIIN (YLEINEN KEHYS) SEKÄ TIETYN RYHMÄN KORKEIMPAAN LUMINANSSIIN (PAIKALLINEN
kehys). Kehyksienkorkeinluminanssitoimiiainaankkurina, jokasaa
VALKOISEN ARVON JA JOHON MUUT LUMINANSSIT SUHTEUTETAAN... 44 Kuva 22. Brewerin (1997) kokeissaankäyttämiävärejä Huntin
VÄRIAVARUUDESSA. VAALEANSININEN (Cl) JA TUMMANSININEN (C2) KESKUSTA
HAVAITAAN TODENNÄKÖISESTI SAMANVÄRISINÄ TIETYISSÄ YMPÄRISTÖISSÄ (P1 JA P2), KOSKA NIIDEN SÄVYPUSKURIT OVAT PÄÄLLEKKÄIN KOORDINAATISTOSSA.
... 46 Kuva 23. Havaintoprosessi. Tummennetuistaprosesseistaeisaadatietoa
FYSIOLOGISESSA EIKÄ PSYKOFYYSISESSÄ TUTKIMUKSESSA... 47
Kuva24. Tappi- jasauvasolujenjakautuminenretinalla...50
Kuva25. Huntinmallinäkökentästä. Kunkuvaakatsotaan20 cm
ETÄISYYDELTÄ, KENTÄT NÄHDÄÄN MALLIN MUKAISISSA NÄKÖKULMA-ASTEISSA.
... 52 Kuva 26. Koeärsyke. Reuna-alueetlevenivätjakapenivatkeskustojen
YMPÄRILLÄ... 54 Kuva 27. Kokeessakäytettiinviittäeritestikuvaa, joissakeskustatolivat
IDENTTISET KESKENÄÄN, MUTTA TAUSTAT EROSIVAT YHDESSÄ (TESTIKUVAT 1 - 4) TAI KAHDESSA (TESTIKUVA 5) OMINAISUUDESSA. REUNA-ALUEEN
TUMMUUKSIA OLI KOLME: MUSTA (A), HARMAA (B) JA VAALEANHARMAA (C)..54
Kuva 28. Testikuvientaustojenjakeskustojenväritsijoitettuna xy - KROMAATTISUUSKOORDINAATISTOON. TESTIKUVIEN VÄRIT, JOIDEN VÄLILLÄ ON VAIN VALOTIHEYSERO, SIJOITTUVAT KOORDINAATISTOSSA SAMAAN KOHTAAN. 55 Kuva 29. Koeasetelma. Kokeenjohtajaohjasikoettasylimikrolla, jokaoli
YHDISTETTY CRT-NÄYTTÖÖN. KOEHENKILÖ KATSELI NÄYTTÖÄ 50 CM ETÄISYYDELTÄ, JA VASTASI PAINAMALLA HIIREN JOMPAAKUMPAA NAPPIA.
Valaistusolisäädetty 650 luksiin...56 Kuva 30. KoehenkilöidenHl - H6 tuloksetreuna-alueenleveydeksi
(näkökulma-asteissa) eritestikuvillarajamenetelmäosuudessa.
Pylväätovattulostenkeskiarvojaerireuna-alueentummuuksilla (m
= MUSTA, H = HARMAA, VH = VAALEANHARMAA)... 61 Kuva 31. KoehenkilöidenHl -H6 tuloksetreuna-alueenleveydeksi
(NÄKÖKULMA-ASTEISSA) ERI TESTIKUVILLA SÄÄTÖMENETELMÄOSUUDESSA.
Pylväätovattulostenkeskiarvojaerireuna-alueentummuuksille (m
= MUSTA, H = HARMAA, VH = VAALEANHARMAA)... 63
Kuva 32. Rajamenetelmä- jasäätömenetelmäosuudentulostenkeskiarvot
REUNA-ALUEEN LEVEYDEKSI TESTIKUVILLA 1-5. KUVAAN ON MERKITTY MYÖS 95 %:nluottamusvälit... 64
Kuva 33. Koehenkilöidentulostenkeskiarvotreuna-alueenleveydeksi
REUNUKSEN ERI TUMMUUKSILLA (MUSTA, HARMAA, VAALEANHARMAA) TESTIKUVILLA 1 - 5 RAJAMENETELMÄ- JA SÄÄTÖMENETELMÄOSUUDESSA.
Kuvaanonmerkittymyös 95 %:nluottamusvälit...66 Kuva 34. Tulostenkeskiarvotreuna-alueenleveydeksi (näkökulma-
asteissa) TESTIKUVILLA 1 - 5 RAJAMENETELMÄOSUUDEN LEVENEVÄSSÄ JA KAPENEVASSA KOEJAKSOSSA. KUVAAN ON MERKITTY MYÖS 95 %:N
LUOTTAMUSVÄLIT... 67 Kuva 35. Tulostenkeskiarvotreuna-alueenleveydeksi (näkökulma-
asteissa) TESTIKUVILLA 1 - 5 SÄÄTÖ- JA RAJAMENETELMILLÄ. KUVAAN ON MERKITTY MYÖS 95 %:N LUOTTAMUSVÄLIT SEKÄ KATKOVIIVALLA
RAJAMENETELMÄOSUUDEN SUURIN MAHDOLLINEN TULOS REUNA-ALUEEN
LEVEYDEKSI (1,4°)... 68 Kuva 36. Esimerkkikuvitteellisestamatkapuhelimesta, jonka 36x36 mm
KOKOISTA NÄYTTÖÄ YMPÄRÖI 5 MM LEVEÄ MUSTA REUNUS. KUVA ON
TODELLISESSA KOOSSAAN... 71
Taulukko 1. Kokeeseenosallistuneidenkuudenkoehenkilöntiedot... 55 Taulukko 2. Varianssianalyysintuloksetvertailtaessareuna-alueen
TUMMUUKSIEN EROJA TESTIKUVILLA 1-5. TUMMUUKSIEN ERO OLI TILASTOLLISESTI MERKITSEVÄ (p < 0,05) VAIN TESTIKUVALLA 1
(AKROMAATTINEN) SÄÄTÖMENETELMÄOSUUDESSA... 65 Taulukko 3. Varianssianalyysintuloksetvertailtaessakoehenkilöiden Hl - H6 TULOKSIA TESTIKUVILLA 1 5. EROT OLIVAT TILASTOLLISESTI MERKITSEVIÄ (P < 0,05) KAIKISSA MUISSA TILANTEISSA PAITSI SÄÄTÖMENETELMÄN
TESTIKUVALLA 1... 69 Taulukko 4. Yhteenvetokokeentuloksista testikuvilla 1 - 5 erireuna-
alueen TUMMUUKSILLA (A = MUSTA, В = HARMAA, C = VAALEANHARMAA) SEKÄ KUVIEN KESKIARVOT (K.A.). REUNA-ALUEEN LEVEYDET OVAT ESITETTY SEKÄ NÄKÖKULMA-ASTEISSA ETTÄ MILLIMETREINÄ KATSELUETÄISYYKSILLÄ 50 CM (KOKEEN KATSELUETÄISYYS) JA 30 CM (KESKIMÄÄRÄINEN MATKAPUHELIMEN NÄYTÖN KATSELUETÄISYYS)... 70
KÄSITTEIDEN SELITYKSET Symbolit ja lyhenteet
X 6
ANOVA C
cd/m2 CIE CRT H, SjaL Hz IT К к. a.
LGN lx MT nm PCL R, G ja В VI
V2 ja V3 V4 V5 x, yjaz X, Y ja Z
Aallonpituus.
Näkökulma-aste.
ANalysis OfVAriance, katso varianssianalyysi.
Contrast, kontrasti.
Kandela per neliömetri, valotiheyden yksikkö.
Commission Internationale de l’Eclairage, kansainvälinen valaistus- komissio.
Cathode Ray Tube. Katodisädeputki, jota käytettään esimerkiksi näy
töissä.
Hue, Saturation & Luminance, sävy, kylläisyys ja luminanssi.
Hertsi, taajuuden yksikkö.
InferoTemporal. Näköaivokuorialue, joka käsittelee lähinnä muotoon liittyvää informaatiota.
Kelvin, värilämpötilan yksikkö.
Keskiarvo.
Lateral Geniculate Nucleus, ulompi polvitumake.
Luksi, valaistusvoimakkuuden yksikkö.
Medial Temporal, katso V5.
nanometri, 1 nm = 10"9 m.
Presentation Control Language. Presentation-ohj elman käyttämä koo
dauskieli.
Red, Green & Blue, punainen, vihreä ja sininen.
Visual area 1, katso primäärinen näköaivokuori.
Visual area 2 & 3. Näköaivokuorialueet, jotka lähinnä välittävät in
formaatiota erikoistuneimmille aivokuorialueille.
Visual area 4. Näköaivokuorialue, joka käsittelee lähinnä väri- informaatiota.
Visual area 5. Näköaivokuorialue, joka käsittelee lähinnä liikeinfor- maatiota.
CIE 1931 kromaattisuuskoordinaatit.
CIE 1931 tristimulusarvot.
Termit ja nimet
Adaptaatio {adaptation)
Silmän mukautuminen vallitseviin olosuhteisiin, esimerkiksi valon määrään tai väreihin.
Additiivinen värien sekoittuminen {additive colour mixture)
Heijastettavan valon suora sekoittuminen, jossa värit muodostuvat eri väristen valonlähteiden säteilemän valon yhdistymisestä, kuten esi
merkiksi monitoreissa. Päävärit punainen, vihreä ja sininen (RGB).
Akromaattinen {achromatic)
Sävytön väri: musta, valkoinen tai jokin harmaan aste näiden väliltä.
Aksoni {axon)
Hermosolun viejähaarake, joka kuljettaa signaalin seuraavaan soluun synaptoitumalla sen tuojahaarakkeisiin (dendriitteihin).
Aktiopotentiaali {action potential)
Hermosolun lauetessa esiintyvä jännite, joka voidaan mitata solun sisä- ja ulkopuolen väliltä.
CIE 1931 kromaattisuusdiagrammi {chromaticity diagram)
CIE:n kehittämä kaksiulotteinen xy-koordinaatisto, joka soveltuu vä
rillisyyden esittämiseen tasossa kirkkaudesta riippumattomalla tavalla.
F-luku Varianssianalyysissä ryhmien välisen vaihtelun ja sisäisten vaihtelun keskiarvon suhde, joka kertoo tilastollisen merkitsevyystason eron.
Far s worth D-15
Seulontakoe värinäön testaamiseen. Koehenkilön tulee asettaa 15 eri
väristä testinappulaa oikeaan järjestykseen niiden värisävyn mukaan.
Illuusio {illusion)
Näköharha, jolloin havainto ei perustu suoraan ärsykkeen fysikaalisiin ominaisuuksiin. Johtuu yleensä näköjärjestelmän rakenteeseen ja toi
mintaan liittyvistä tekijöistä.
Induktio {induction)
Eri vaaleuksien ja värien vaikutus viereisiin väreihin. Vaikuttava eli indusoiva väri vähentää aina omaa väriään toisesta väristä.
Jälkikuva {afterimage)
Ärsykkeen jälkeen nähtävä vastavärinen kuva ärsykkeestä. Jälkikuvat johtuvat aistinsolujen adaptoitumisesta ärsykkeeseen.
Kirkkaus {brightness)
Värin ominaisuus, jonka mukaan alue näyttää emittoivan enemmän tai vähemmän valoa, tai näyttää enemmän tai vähemmän intensiiviseltä.
Kolorimetria {colorimetry)
Värien mittausoppi, joka pyrkii määrittämään numeerisesti fyysisen ärsykkeen värin niin, että samoissa katseluolosuhteissa samanvärisinä koetuilla ärsykkeillä on sama numeerinen arvo.
Kroma {chroma)
Kohteen ominaisuus, joka kuvaa värin kylläisyyttä verrattuna samassa valaistuksessa valkoiselta näyttävän kohteen kirkkauteen.
Kromaattinen (chromatic)
Sävyllinen väri, koko väriskaala. Katso myös sävy.
Kylläisyys {saturation)
Värin ominaisuus, joka kuvaa kohteen värikkyyttä arvioituna suhtees
sa kirkkauteen.
Luminanssi (luminance)
Katso valotiheys.
Microsoft® Excel
Microsoftin valmistama taulukkolaskentaohjelma.
Näkökulma-aste {degree of visual angle)
Katseluetäisyydestä riippumaton yksikkö ilmaisemaan kohteen kokoa.
Kun katseluetäisyys {d) määritellään, voidaan kohteen koko ilmaista myös metrij äij estelmällä {h). Symboli в, yksikkö aste (°).
p-arvo Todennäköisyyttä kuvaava arvo varianssianalyysissä. Ero on tilastolli
sesti merkitsevä, jos p < 0,05.
Pikseli {pixel)
Pieni (yksivärinen) kuva-alkio, josta näytöllä näkyvä kuva koostuu.
Presentation
Erilaisten havaintokokeiden tekemiseen kehitetty ohjelma.
Primäärinen näköaivokuori {primary visual cortex, VI)
Takaraivolohkossa sijaitseva aivokuorialue (Brodmannin alue 17), jolle kaikki silmistä tuleva aistininformaatio ensisijaisesti tulee. VI lähettää signaalit muokattuna läheisille, sekundäärisille aivokuorialuille, kuten alueille V2 ja V3.
Psykofysiikka {psychophysics)
Ärsykkeen (fyysisen suureen) ja sen aiheuttaman subjektiivisen vas
teen (havainnon) välistä suhdetta tutkiva tieteenala.
Päävärit (primary colours)
Värit, joita ei voida muodostaa muita värejä sekoittamalla. Päävärit vaihtelevat eri värij äij estelmissä.
Rajamenetelmä (method of limits)
Klassinen psykofyysinen mittausmenetelmä, jossa ärsykkeen intensi
teettiä säädetään portaittain laskevina ja nousevina sarjoina.
Reseptiivinen kenttä {reseptive field)
Tiettyä näkökentän aluetta vastaava hermosolun vastaanottokenttä, jossa olevalle ärsykkeelle solu antaa vasteen. Vasteeseen vaikuttavat kentän sisällä aktiopotentiaalia lisäävä eksitaatio tai vähentävä inhibi
do. Reseptiivisestä kentästä riippuen vasteeseen vaikuttavat lisäksi är
sykkeen eri ominaisuudet kuten koko ja muoto.
S-, M- ja L-tappisolu {S-, M- & L-cone)
Verkkokalvon aistinsolu, joka reagoi valon lyhyihin (S-tappi), keski
pitkän (M-tappi) tai pitkiin (L-tappi) aallonpituuksiin. Yleensä puhu
taan, että tappisolut ovat herkkiä siniselle, vihreälle ja punaiselle va
lolle. Tapit toimivat keskeis-ja värinäkönä.
Sauvasolu {rod)
Verkkokalvon aistinsolu, joka ei erota värejä, mutta toimii hyvin hei
kossakin valossa. Sauvat toimivat lähinnä ääreis-ja hämäränäkönä.
Sequel Imaging Monitor Tool
Ohjelma, joka siihen yhteensopivien mittalaitteiden kanssa mittaa ja tallentaa näytön ja siinä olevan datan eri ominaisuuksia.
Simultaanikontrasti {simultaneous contrast)
Klassinen simultaanikontrastikuvio koostuu kahdesta erivärisestä taustasta ja niille sijoitetuista kahdesta samanvärisestä keskusneliöstä.
Neliöt näyttävät erivärisiltä, koska taustojen väri vaikuttaa havaitse
miseen. Katso myös induktio.
Sivusuuntainen ehkäisy {lateral inhibition)
Verkkokalvolla sivusuuntaisesti välittyvät signaalit vaikuttavat ehkäi
sevästi vierekkäisten alueiden toimintaan vähentämällä naapurisolujen aktiopotentiaalia.
SPSS Windows-käyttöympäristössä toimiva tilasto-ohjelma, jolla voi suorit
taa monia erilaisia havaintoaineiston käsittelyjä, analyyseja ja rapor
tointeja.
Subtraktiivinen värien sekoittuminen {subtractive colour mixture)
Heijastuvan valon epäsuora sekoittuminen, jossa värit muodostuvat sen mukaan, miten kohde heijastaa ja absorboi valon eri aallonpituuk
sia. Päävärit sininen, punainen ja keltainen.
Suksessiivikontrasti {successive contrast) Katso jälkikuva.
Sävy {hue) Värin ominaisuus, joka kertoo minkä päävärin (punainen, keltainen, vihreä, sininen) tai kahden niiden yhdistelmän kanssa kohde vaikuttaa samanlaiselta.
Säätömenetelmä {method of adjustment)
Klassinen psykofyysinen mittausmenetelmä, jossa koehenkilö säätää itsenäisesti ärsykkeen intensiteettiä portaattomasti pienemmäksi, kun
nes ärsyke ei ole enää havaittava, ja suuremmaksi, kunnes ärsyke taas havaitaan.
Talamus {thalamus)
Väliaivoissa sijaitseva osa, jonka solujen kautta sumin osa aistien lähettämistä viesteistä välittyvät aivokuorella. Talamuksessa sijaitsee muun muassa ulompi polvitumake (LGN).
Vaaleus (lightness)
Kohteen ominaisuus, joka kuvaa kirkkautta verrattuna samassa valais
tuksessa valkoiselta näyttävän kohteen kirkkauteen.
Valotiheys {luminance)
Tiettyyn suuntaan pinnasta säteilevän valovoiman suhde pinnan tästä suunnasta näkyvän projektion alaan. Kuvaa tarkasteltavan pinnan kirkkautta. Symboli L, yksikkö cd/m2.
Varianssianalyysi {analysis of variance, ANOVA)
Analyysimenetelmä, jolla pyritään selvittämään onko kahden tai use
amman mittaustulosten ryhmän välillä tilastollisesti merkitsevää eroa.
Tilastollisena testinä käytetään F-testiä (katso F-luku).
Vastaväri {complementary colour)
Tietyn värin lisääminen vähentää aina toista väriä, värin vastaväriä.
Vastaväri- eli komplementtiväripareina voidaan pitää esimerkiksi pu
naista ja syaania, vihreää ja purppuraa sekä sinistä ja keltaista.
Värilämpötila {colour temperature)
Lämpötila, johon ideaalinen "musta kappale" täytyy kuumentaa, jotta sen säteilytaajuus vastaisi tarkasteltavaa väriä. Valonlähteen väriläm
pötila kuvaa tarkemmin valon väriä: alhainen lämpötila merkitsee pu
nertavaa valonväriä, korkea sinertävää väriä. Symboli Tc, yksikkö K.
1 JOHDANTO
1.1 Taustaa: Värinäyttöjä ja vaihtokuoria
Värinäytöt ovat tulleet matkapuhelimiin jäädäkseen. Suuntaus on kohti yhä pienem
piä, mutta laitteen pinta-alaan nähden suurempia multimedianäyttöjä (Bergquist 2002). Tämä tuo aivan uusia haasteita näyttösuunnitteluun. Kuluttajat vaativat puhe
limilta yhä parempaa kuvanlaatua kamera- ja videotoimintojen yleistyessä. Mutta sekään ei pelkästään riitä: puhelimen on oltava myös ulkokuoreltaan näyttävä, jopa niin, että kuoria voi vaihtaa vaikka mielialan tai asuvalintojen mukaan.
Ihmisen silmä adaptoituu väreihin, mutta ei vain katselemansa näytön väreihin vaan myös sen ympäristön. Käyttäjän havaitsemaa kuvanlaatua ei siis voida määritellä pelkästään näytön parametreillä vaan on otettava huomioon myös puhelimen kuoren ja muun ympäristön värit ja kirkkaus. Koska silmä adaptoituu näkökentän kirkkaim
man kohteen mukaan, esimerkiksi metallinen kuori, jonka heijastuvuus on korkeampi kuin itse näytön, alentaa näytöllä olevan kuvan havaittua kirkkautta ja kontrastia.
Havaitun kuvanlaadun optimoimiseksi kuorien tulisi olla akromaattiset, häikäisemät- tömät ja heijastumattomat. (Bergquist 2002)
Valitettavasti näytön kuvanlaadun optimointi on usein ristiriidassa teollisten suunnit
telijoiden näkemysten kanssa. Täysin musta mattapintainen puhelin tuskin on kenen
kään muotoilijan unelmasaavutus. Kuorien ei kuitenkaan tarvitse onneksi olla koko
naan mustat, sillä riittää, että näytön lähiympäristö on sellainen. Tämä vaimentaa simultaanikontrasti-ilmiönä tunnettua havaintoilluusiota. Kuinka leveä tällaisen tumman reunuksen tulisi sitten olla, jotta matkapuhelimen kuorien väri ei vaikuttaisi siihen, miten käyttäjä havaitsee näytön värit?
Monissa näyttöpäätteissä, kuten televisioissa ja tietokonemonitoreissa, näytöstä to
dellakin löytyy sitä kehystävä musta reunus. Myös monissa tauluissa on jätetty usein hyvinkin leveä reuna kehyksen ja itse kuvan väliin. Reuna-alueen tarkoituksena on saada kuva näyttämään paremmalta: se parantaa kuvan kontrastia ja vaikuttaa siihen, kuinka kirkkaana kuva nähdään. Toisin sanoen se vähentää ympäröivien värien vai
kutusta.
Simultaanikontrasti-ilmiön vaimentavan reuna-alueen leveyttä ei kuitenkaan välttä
mättä voida suoraan päätellä muissa näytöissä käytetyistä reunanleveyksistä, sillä illuusion voimakkuuteen vaikuttavat muun muassa näytön koko ja ympäröivät värit.
Televisiot ja tietokonemonitorit ovat yleensä väriltään hyvin neutraaleja, mustia tai harmahtavia sävyjä. Matkapuhelimen kuoret voivat olla minkä väriset tahansa, jopa kuviolliset, ja käyttäjä voi usein myös vaihtaa kuoria itse (kuva 1). Puhelimen näyttö on lisäksi huomattavasti pienempi kuin useimpien muiden näyttöpäätteiden.
Kuva 1. Matkapuhelimiin saa monenlaisia vaihtokuoria.
1.2 Työn tarkoitus ja tavoitteet
1.2.1 Tarkoitus
Tämän työn tarkoituksena on määrittää psykofyysisten koehenkilökokeiden avulla kuinka leveä reuna-alue matkapuhelimen värinäytön ympärillä on oltava, ettei kuori
en väri vaikuta näytön värien havaitsemiseen. Reuna-alueen tarkoitus on vaimentaa simultaanikontrasti-ilmiötä niin paljon, ettei käyttäjä havaitse eroa näytön väreissä, vaikka puhelimen kuoren väri vaihtuisi.
Kokeessa tutkitaan lisäksi sitä, miten näytön ympärillä olevan reuna-alueen tummuus vaikuttaa havaintoon: vaimentavatko eri tummuuden omaavat reuna-alueet simul
taanikontrasti-ilmiötä eri tavoin. Ilmiön voimakkuuteen vaikuttavat muun muassa taustavärien valotiheys-ja värikontrastit (Olkkonen 2003).
1.2.2 Tavoitteet
Työn tavoitteena on antaa matkapuhelinsuunnittelijoille suuntaa-antava arvo siitä, kuinka leveällä reuna-alueella näytön värit havaitaan aina samanlaisina minkä väri
sillä kuorilla tahansa. Tällöin simultaanikontrasti-ilmiö saadaan vaimennettua kuori
en väristä riippumatta.
Yleensä klassisilla simultaanikontrastikuvioilla tehdyissä kokeissa on pyritty selvit
tämään, mitkä eri ominaisuudet vaikuttavat illuusioon ja miten. Koeasetelmissa koe
henkilön on parivertailussa päätettävä, kumpi keskusta esimerkiksi näyttää tum
memmalta. Tässä kokeessa koehenkilön kuitenkin pitää kertoa, koska keskustat näyt
tävät samanlaisilta, koska kiinnostuksen kohteena ei ole itse illuusio vaan sen pois
taminen. Tutkimustavoitteena onkin selvittää, kuinka kapea reuna-alue voi olla, jotta se kuitenkin vaimentaa kokonaan simultaanikontrasti-havaintoilmiön.
1.2.3 Kokeen rajaus
Tässä työssä keskitytään vaihtokuorien värin vaikutukseen näytön värien havaitsemi
seen. Näytön värien ominaisuuksien havaitsemiseen vaikuttaa se, minkä värinen näyttöä ympäröivä alue on: kuoren värien vaihtuessa saattavat myös näytön värien ominaisuudet muuttua havaittavasti. Toki moni muukin asia vaikuttaa näytön kuvan
laatuun, kuten esimerkiksi kuoren ja näytön suojaikkunan kiilto sekä ympäristön va
laistus. Kaikkia näitä tekijöitä ei kuitenkaan oteta huomioon tässä työssä, joten koeti
lanne ei vastaa täysin todellisuutta.
Kokeeseen on valittu vain yksi koko simuloidulle näytöllä. Tuloksia ei voida suoraan yleistää kaikkiin matkapuhelimiin, koska näytön koko vaikuttaa simultaanikontrastin voimakkuuteen. Lisäksi kokeessa on rajallinen määrä kuorien värejä (2 akromaattis- ta, 8 kromaattista) sekä reuna-alueen tummuuksia (musta, harmaa, vaaleanharmaa), jotta testikombinaatioiden määrä pysyy hallittavana eikä koe kestä liian kauan. Kos
ka testikuviksi on pyritty valitsemaan värejä, jotka synnyttävät vahvan simul
taanikontrasti-ilmiön, kokeen tuloksena saadaan ääriarvoja reuna-alueen leveydelle.
Koemenetelminä käytetään kahta klassista psykofyysistä mittausmenetelmää: raja- menetelmää ja säätömenetelmää. Rajamenetelmäosuudessa kokeenjohtaja säätää simuloidun matkapuhelimen näytön ympärillä olevan reuna-alueen leveyttä pykälit- täin leveämmäksi tai kapeammaksi. Säätömenetelmäosuudessa koehenkilö saa itse
näisesti säätää alueen leveyttä. Kokeessa käytetään kahta menetelmää, jotta saataisiin luotettavampia tuloksia ja koemenetelmästä johtuvat tekijät voidaan havaita. Kokeen aikana mitataan subjektiivista vastetta eli reuna-alueen leveyttä koehenkilön havain
tojen mukaan.
1.2.4 Koehypoteesit
1.2.4.1 Hypoteesi 1: Reuna-alueen leveys
Simultaanikontrasti-ilmiön vaimentavan reuna-alueen leveyttä on vaikea ennustaa, sillä siihen vaikuttavat mmm muassa keskustan ja ympäristön koko sekä niiden värit.
Aiempia tuloksia tällaisella testiasetelmalla ei löytynyt. Simultaanikontrasti-ilmiön on kuitenkin voimakkaampi, kun taustan ja keskustan välillä on vain valotiheyskont- rasti (Olkkonen 2003). Hypoteesina onkin, että tällaisilla testikuvilla reuna-alueen leveys on suurin. Eri testikuvilla saatujen tuloksien välisiä eroja voidaan analysoida jälkeenpäin.
1.2.4.2 Hypoteesi 2: Reuna-alueen tummuuden vaikutus
Reuna-alueen ja testikuvan värien välinen valotiheyskontrasti vaikuttaa tuloksiin, koska valotiheyskontrasti vaikuttaa simultaanikontrasti-ilmiön vahvuuteen. Musta, jolla on pienin valotiheys vaimentaa simultaanikontrasti-ilmiön nopeammin kuin harmaat. Vaaleanharmaa, jolla on suurin valotiheys, vaimentaa illuusiota hitaimmin, jolloin siis tarvitaan leveämpi reuna-alue.
1.2.4.3 Hypoteesi 3: Koemenetelmien ero
Säätömenetelmällä saadut tulokset eroavat rajamenetelmällä saaduista, koska koe
henkilön säätäessä itse reuna-alueen leveyttä esimerkiksi jälkikuvat vaikuttavat väri
en havaitsemiseen. Silmä adaptoituu väreihin, jolloin tarvittava reuna-alueen leveys arvioidaan pienemmäksi kuin rajamenetelmässä (raj amenetelmäosuudessa reuna- alueen leveys voi enimmillään kuitenkin olla vain 1,2 näkökulma-astetta, kun säätö- menetelmäosuudessa leveyttä ei ole rajoitettu).
1.2.4.4 Hypoteesi 4: Subjektiiviset erot
Koehenkilöiden välillä vastauksissa saattaa olla suuriakin subjektiivisia eroja, koska kyseessä on havaintokoe ja koeasetelma on suhteellisen vaikea. Vastausten tulee kui
tenkin olla samansuuntaisia, jotta tulokset ovat luotettavia.
1.3 Työn sisältö
Tässä diplomityössä käydään ensin läpi ihmisen näköjärjestelmän perusteita, erityi
sesti värinäköön ja väreihin liittyviä ominaisuuksia, eri värinäköteorioita sekä kerro
taan, miten värit vaikuttavat toisiinsa (luku 2). Luvussa 3 keskitytään simultaanikont
rasti-ilmiöön ja sen parissa tehtyihin tutkimuksiin sekä esitellään lyhyesti yksi las
kennallinen malli ilmiön ennustamiseen. Havaitsemisen tutkimusta, muun muassa psykofyysisiä tutkimusmenetelmiä esitellään lyhyesti luvussa 4. Luvussa 5 käydään läpi koeasetelma: koemenetelmät, tekninen toteutus ja kokeen kulku. Lopuksi esitel
lään testien tulokset (luku 6), analysoidaan niitä ja esitetään lopulliset johtopäätökset (luku 7).
Huomioitavaa on, että työssä esitetyt kontrasti-illuusiokuvat saattavat näyttää erilai
silta riippuen siitä katsellaanko niitä tietokoneen näytöltä vai paperilta. Illuusioiden voimakkuus kärsii muun muassa pienennettäessä kuvien kokoa ja tulostimien rajoi
tuksista kuvanlaadussa.
2 VÄRINÄKÖ
2.1 Yleistä
Värien näkeminen on aistihavainto, joka syntyy silmien, näköradan ja aivojen yhteis
toimintana. Silmä vastaanottaa ympäristöstä valoa, jonka verkkokalvon tappi- ja sau
vasolut muuttavat sähköiseksi signaaliksi. Näköradan näköhermot kuljettavat signaa
lin aivoihin, jossa näköhavainto lopulta syntyy. Värihavainnon muodostuminen ai
voissa on monimutkainen prosessi, jonka kaikkia vaiheita ei vielä täysin tunneta.
Ihmisen kyky nähdä värejä perustuu silmän verkkokalvon valoherkkiin tappisoluihin, jotka vastaanottavat silmään heijastunutta sähkömagneettista säteilyä näkyvän valon aallonpituusalueella, joka ihmisestä riippuen on noin 380 - 780 nm. Valon heijastu
essa silmään se aiheuttaa aivoissamme havainnon tietystä väristä: eri aallonpituudet aiheuttavat erilaisen aistihavainnon, joka nähdään aallonpituutta vastaavana värinä (kuva 2). Tarvitsemme siis valoa erottaaksemme värisävyjä eli kromaattisia värejä.
Pimeässä toimivat sauvasolut ja näemme pelkästään sävyttömiä eli akromaattisia värejä: mustaa, valkoista ja harmaan eri asteita.
400 nm 500 nm 600 nm 700 nm
Kuva 2. Näkyvän valon eri aallonpituudet aistitaan eri väreinä.
Ihmiset eivät kuitenkaan aisti värejä samalla tavalla, vaikka heidät luokiteltaisiin värinäöltään normaaleiksi. Kohteen havaittu väri ei ole suoraan verrattavissa sen vä
rin fysikaalisiin parametreihin. Värin perusominaisuuksina voidaan pitää värin sävyä, kylläisyyttä ja kirkkautta. Nämä korreloivat valon aallonpituuteen, valkoisen värin sekoittumiseen ja valon voimakkuuteen (Mäkitie 1990a). Fyysisen ärsykkeen väriä voidaan mitata muun muassa kolorimetrialla.
Tässä luvussa värien näkemistä käsitellään kolmesta eri näkökulmasta:
• miten väriaistimus syntyy solutasolla ihmisen näköjäijestelmässä,
• miten ihminen havaitsee värit niiden todellisessa ympäristössä ja
• miten kohteen väri määritellään irrallaan ympäristöstään.
2.2 Ihmisen näköjärjestelmä
2.2.1 Silmän ja näkö radan toiminta
Valo tulee silmään sarveiskalvon eli komean läpi pupilliin, joka säätelee silmään pääsevää valomäärää supistumalla ja laajenemalla. Yhdessä silmän linssin, mykiön, kanssa se kohdistaa valon silmän takaosassa sijaitsevalle verkkokalvolle eli retinalle, jossa valo ärsyttää sauva- ja tappireseptoreja eli aistinsoluja. Näissä molemmissa reseptorityypeissä on valoa absorboivaa ainetta, näköpigmenttiä. Valokvantit muut
tavat näköpigmenttimolekyylien rakennetta, mistä seuraa kalvon läpäisevyysmuutok- sia ja syntyy aktiopotentiaali, solun purkautuminen. Ärsytys siirtyy retinalla kak
sinapaisten eli bipolaarisolujen kautta gangliosoluihin, joiden aksonit muodostavat näköhermon. Molemmista silmistä lähtevät näköhermot haarautuvat näköhermoris- tissä (optinen kiasma) siten, että silmien verkkokalvojen oikeat puolet kuvautuvat oikeaan aivopuoliskoon ja vasemmat puolet vasempaan aivopuoliskoon. Näkö infor
maatio päätyy siis lopulta ulompien polvitumakkeiden (LGN) kautta takaraivolohkon primääriselle aivokuorelle (VI). (Hubel 1988, Wandell 1995, Goldstein 1999)
Retina
Vale
Ulompi polvitumake (LGN)
Primäärinen näköaivokuori (VI)
Kuva 3. Näköinformaation kulku silmän retinalta primääriselle näköaivokuorelle.
2.2.2 Verkkokalvon solut
Verkkokalvo koostuu erilaisista hermosoluista, joista tärkeimpiä ovat valoreseptorit:
kartiomaiset tapit {cones) ja pitkulaiset sauvat {rods). Ihmisen yhden silmän verkko
kalvolla on noin 120 miljoonaa sauvaa ja 7 miljoonaa tappia. Ne jakautuvat retinalle siten, että tarkan näkemisen alueella, fovealla, on pelkästään tappeja, joiden ansiosta muun muassa erotamme värejä.
Tappeja on kolmenlaisia: noin 4 % niistä reagoivat lyhyihin aallonpituuksiin, opti
maalisesti violetille {Л = 420 nm), 32 % keskipitkiin aallonpituuksiin, optimaalisesti vihreälle {Л = 534 nm) ja 64 % pitkiin aallonpituuksiin, toisin sanoen vihertävänkel- taiselle valolle {Л = 564 nm). Niitä kutsutaan myös aallonpituuksien mukaan S-, M- ja L-tapeiksi {Short, Medium, Long). Usein sanotaan, että tapit ovat herkkiä siniselle, vihreälle ja punaiselle aallonpituudelle. Sauvasolut sen sijaan toimivat hyvin heikos
sakin valossa, eivätkä erota värejä. Niiden pigmentti on näköpurppura eli rodopsiini, joka absorboi parhaiten sinivihreää valoa {Л = 498 nm). Sauvojen pigmentti on valo- herkempää kuin tappien, joten niillä on huonompi erotuskyky. Tapit toimivatkin kes- keis- ja värinäkönä, sauvat taas lähinnä ääreis- ja hämäränäkönä (Hubel 1988, Wandeil
1995, Goldstein 1999).
Kuva 4. Reseptorien herkkyyskäyrät eri aallonpituuksille.
2.2.3 Gangliosolujen reseptiiviset kentät
Retinan gangliosolu vastaanottaa yllykkeitä tappi- ja sauvasoluilta. Verkkokalvon alue, joka yhdistyy tiettyyn gangliosoluun on tuon solun vastaanottokenttä, joka on yleensä muodostunut kahdesta saman keskeisestä ympyrästä (Barber & Legge 1976).
— sauva
— S-tappi
— M-tappi
—i L-tappi
498 534 564
Toisin sanoen, kukin gangliosolu toimii, kun ärsyke kohdistuu tiettyyn pieneen ym
pyränmuotoiseen alueeseen retinalla, solun reseptiiviseen kenttään (Ilmoniemi 2001).
Ärsykkeen on oltava määrätyssä paikassa retinalla ja esimerkiksi tietyn kokoinen ja muotoinen, jotta tietty hermosolu antaa vasteen. Lisäksi vasteeseen vaikuttaa resep
tiivisen kentän sisällä muun muassa inhibido eli aktiopotentiaalin väheneminen.
Gangliosolujen reseptiiviset kentät ovat niin sanottuja keskusta-ympäristö kenttiä (center-surroung receptive field), joiden keskusta ja ympäristö antavat vastakkaiset vasteet (on/off). Kenttiä on kahdentyyppisiä: on-keskustasoluja, jotka laukovat im
pulsseja valon osuessa niihin, ja off-keskustasoluja, jotka reagoivat voimakkaimmin, kun niihin ei kohdistu valoa. On-keskusta gangliosoluista saadaan voimakas vaste valolle reseptiivisen kentän keskustassa, mutta ympäröivää aluetta valaistaessa off- vaste (kuva 5a). Off-keskustasoluista saadaan voimakas off-vaste reseptiivisen ken
tän keskustasta ja on-vaste ympäristöstä (kuva 5b). Jos koko näkökenttää valaistaan, on on-keskustasolun vaste heikompi kuin valaistaessa pelkästään on-keskustaa. Ym
päristön vaikutus on siis estävä eli inhibitorinen. (Hubel 1988, Fairchild 1998, Goldstein 1999)
Kuva 5. Keskusta-ympäristö reseptiiviset kentät, jotka reagoivat valoon: a) on- keskustakenttä ja b) ojf-keskustakenttä.
Näitä keskusta-ympäristö reseptiivisiä kenttiä on erikokoisia ja ne peittävät näköken
tän kerroksisesti. Ne korostavat erityisesti intensiteetti muutoksia kuten reunoja, va- laistuseroja ja kontrasteja. Reseptiivisiä kenttiä ei ole pelkästään gangliosoluilla, vaan niitä on muuallakin näköjärjestelmässä. Kenttiä on erilaisia ja ne ovat sitä eri
koistuneempia mitä korkeammalla näköjärjestelmää ne sijaitsevat. Esimerkiksi pri
määrisellä näköaivokuorella on kolmenlaisia soluja: yksinkertaisia, komplekseja ja hyperkompleksej a. Ne ovat herkkiä (antavat on-vasteen) muun muassa tietyn suun
taisille liikkeille tai muodoille. (Wandell 1995, Goldstein 1999)
2.2.4 Aivokuoren värimekanismit
Näköhermo muuttuu optisen kiasman jälkeen näköjuosteeksi, joka johtaa talamuksen ulompaan polvitumakkeeseen (lateral geniculate nucleus, LGN). Gangliosolujen aksonit synapsoivat ulommassa polvitumakkeessa. LGN:n solujen reseptiiviset ken
tät ovat samanlaisia keskusta-ympäristö kenttiä kuin gangliosolujen kentät. LGN on järjestäytynyt kuuteen kerrokseen, joista kaksi sisintä ovat suurten magno-solujen ja loput neljä parvo-solujen kerroksia. Kerroksien järjestys on retinotoopinen eli vie
rekkäiset neuronit saavat ärsykkeensä läheisiltä retinan alueilta. Ulommasta polvitu- makkeesta lähtevät hermosyyt hajaantuvat optinen radiaatio -nimistä hermorata- kimppua pitkin näköaivokuorelle, muodostaen edelleen retinotooppisen kartan pri
määriselle näköaivokuorelle. (Wandell 1995, Ilmoniemi 2001)
Hermosolut ovat järjestäytyneet primääriselle näköaivokuorelle karttoihin (cortical maps) ja pylväisiin (cortical colums) muun muassa ärsykkeen paikan, suunnan ja silmän vallitsevuuden mukaan. Esimerkiksi paikka silmän verkkokalvolla muuttuu järjestelmällisesti siirryttäessä eri paikkaan näköaivokuorella, kun taas mentäessä syvemmälle aivokuoreen, paikka retinalla pysyy samana. Pylväissä on lisäksi niin sanottuja läiskiä (blobs), jotka ovat väriherkkiä keskusta-ympäristö reseptiivisiä kent
tiä. Ne reagoivat siis valon eri aallonpituuksiin. Primääriseltä aivokuorelta löytyy kahdenlaisia värisuuntautuneita reseptiivisiä kenttiä: opponentti-ja kaksoisopponent- tisolujen kenttiä. Kuvassa 6a on esitetty opponenttisolun kenttä, jonka on-keskus aktivoituu punaiselle (R+) eli se saa yllykkeen L-tapilta. Off-ympäristö (G-) antaa vasteen vihreälle (yllyke M-tapilta). Kuva 6b kuvaa kaksoisopponenttisolun reseptii
vistä kenttää, jonka keskusta antaa on-vasteen punaiselle (R+) ja off-vasteen vihreäl
le (G-), ja ympäristö on-vasteen vihreälle (G+) ja off-vasteen punaiselle (R-). Solujen kentät voivat toimia myös päinvastoin. (Hubel 1988, Fairchild 1998, Goldstein 1999)
Kuva 6. Primäärisen aivokuoren väriherkät keskusta-ympäristö reseptiiviset kentät: a) op
ponenttisolun R+ -keskustakenttä ja b) kaksoisopponenttisolun R+ G- -keskustakenttä.
Primäärinen näköaivokuori (alue VI) lähettää signaalit muokattuna korkeammille aivoalueille, niin sanotuille sekundäärisille aivokuorialueille. Näköinformaatiota kä
sitteleviä kohtia on löydetty noin 30 aivokuorialueilta V2, V3, V4, V5 {medial temporal, MT) ja IT {inferotempor ai), joiden toiminta on huonommin tunnettuja kuin Vl:n (Fairchild 1998). Aivojen informaatiokäsittely on vahvasti rinnakkaista: aisti
muksen eri aspekteja käsitellään samanaikaisesti eri aivojen alueilla, joskin alueiden välillä on runsaasti yhteyksiä (Ilmoniemi 2001).
Retinan gangliosolut
'muoto murto Parvo-solujen
kerrokset stereomurto w
™ muoto stereo
¡murto,
Korkeammat aivokuorialueet
Alue V2 Magno-
solujen kerrokset
Primäärinen näköaivokuori (V1)
Kuva 7. Näköinformaatio jakautuu retinan gangliosoluista LGN. n parvo- ja magno-solujen eri kerroksiin, josta se välittyy edelleen VI :n kerrosten kautta korkeammille aivokuorialueil
le. Eri kerrokset ohjaavat informaatiota eri alueille: mitä korkeammilla aivokuorialueilla liikutaan, sitä järjestäytyneenpää näköinformaatio on.
Alueen V4 uskotaan käsittelevän suurimman osan väri-informaatiosta. V4:n neuro
neista apinoilla yli 80 % on osoittautunut väriherkiksi. Väriherkkien solujen joukosta löytyy kaikki tyypit yksinkertaisista hyperkomplekseihin soluihin. Solujen reseptii
visten kenttien koko vaihtelee huomattavasti. Alueelta V4 on löytynyt lisäksi soluja, jotka ovat aallonpituuksien sijaan herkkiä kohteen subjektiiviselle värille. Tällöin kohteet nähdään samanvärisinä riippumatta siitä, millä ne valaistaan. Näköjärjestel
mä siis normalisoi värit käyttäen hyväksi koko näkökentästä saatua tietoa. (Ilmoniemi 2001)
Alueelta V4 väri-informaatiota välittyy muun muassa alueelle IT, joka on keskittynyt monimutkaisempiin näkötoimintoihin, jotka liittyvät muun muassa hahmon tunnis
tukseen, erotuskykyyn, tarkkaavaisuuteen ja muistiin. Mikroelektronimittaukset apinoilla ovat osoittaneet, että IT-alueen neuronit reagoivat ärsykkeen väriin vain, jos tehtävä vaatii erityistä tarkkaavaisuuden suuntausta väriin. Oletettavasti alemmat tasot, kuten V4, suorittavat väri-informaation analysoinnin ja tarvittaessa välittävät sitä muille alueille, jotka voivat käyttää sitä hyväkseen monimutkaisemmissa tehtä
vissä. (Snyder & Trejo 1992) 2.3 Värinäön teorioita
2.3.1 Kolmiväriteoria
1800-luvun lopulla Thomas Young ja Hermann von Helmholtz arvioivat, että näkö- jäijestelmämme muodostuu kolmenlaisista aistinsoluista, jotka ovat eri lailla herkkiä eri aallonpituuksille, suurin piirtein punaiselle, vihreälle ja siniselle (Fairchild 1998).
Tämän kolmiväriteorian (Young-Helmholtz trichromatic theory) mukaan mikä tahan
sa väri voidaan muodostaa näitä kolmea kanavaa käyttäen. Kolmen reseptorityypin, S-, M-ja L-tappien herkkyysalueet ovat limittäin ja väriaistimuksen määrää se, missä suhteessa eri reseptorityypit absorboivat valoa. Väri-informaatio siirtyy näistä kol
mesta reseptorikanavasta suoraan aivoihin. (Hubel 1988, Goldstein 1999)
Nämä kolme mekanismia eivät kuitenkaan riitä selittämään useimpia värinäön ilmi
öitä, kuten sitä, miksi jälkikuvat noudattavat aina vastaväripareja, tai sitä, että ärsyk
keen tummuutta ja kirkkautta pystytään arvioimaan melko riippumattomasti sen kromaattisuudesta. Kolmen eri reseptorin olemassaoloa ei ole kuitenkaan epäilty, mutta niiden suora yhteys aivoihin kyseenalaistettiin. (Fairchild 1998)
2.3.2 Vastaväriteoria
Samoihin aikoihin Ewald Hering kehitti vastaväriteorian {Hering’s opponent process theory), joka perustui moniin subjektiivisiin havaintoihin värien esiintymisestä.
Hering huomasi, että tietyt värit eivät koskaan esiinny yhdessä, joten hän päätteli niiden jotenkin ’vastustavan’ toisiaan. Nämä opponentti- eli vastaväriparit olivat pu
nainen ja vihreä sekä keltainen ja sininen. Näiden vastakkaisten kanavien takia pu
naiselle taustalle asetettu kohde vaikuttaa vihreällä ja vihreälle taustalle asetettu pu
naiselta. Vastaväriparit nähdään myös jälkikuvissa. Lisäksi ihmiset, joiden värinäkö
on puutteellinen, menettävät kykynsä nähdä juuri puna-vihreitä tai kelta-sinisiä sävy
jä. (Hubell 1988, Fairchild 1998)
Heringin teorian mukaan värinäkö perustuukin kahteen vastakkaiseen värimekanis- miin (puna-vihreä, sini-keltainen) ja yhteen vastakkaiseen kirkkausmekanismiin (musta-valkoinen). Värivastakkaiset solut ovat joko opponentti- tai kaksoisopponent- tisoluja (kuva 6). Mallin mukaan mekanismit ovat riippumattomia toisistaan eli kirk- kausmekanismi ja värimekanismien toiminta eivät vaikuta toisiinsa. (Hubel 1988) 2.3.3 Teorioiden yhdistäminen
Heringin teoria sai vastakaikua vasta 1900-luvun puolivälissä, kun kvantitatiivinen data alkoi tukea teoriaa. Muun muassa Hurvich ja Jameson kehittivät Heringin teori
aa pidemmälle yhdistäen kolmiväri- ja vastaväriteoriat kaksitasoiseksi värien havait- semismalliksi. Teoriaa kutsutaan moderniksi opponenttiprosessimalliksi (Fairchild 1998). Mallissa värinäön ensimmäinen vaihe on kolmiväriteorian mukainen. Nämä kolme kanavaa eivät kuitenkaan ole suoraan yhteydessä aivoihin, kuten Young ja Helholtz arvelivat, vaan uuden teorian mukaan niiden signaalit summautuvat oppo- nenttisignaaleiksi. Mallin toinen vaihe vastaa Heringin vastaväriteoriaa siten, että L-, M- ja S-tappien signaalien summautumisesta syntyy puna-vihreä (R+G-) ja sini
keltainen (B+Y—) kanava sekä kaikkien signaalien summasta akromaattinen kanava (kuva 8). Vasta näiden kanavien jälkeen signaali välittyy aivoihin. (Fairchild 1998, Goldstein 1999)
kolme vastavärikanavaa: puna- Kuva 8. Kaksitasoinen moderni opponenttiprosessimalli, jossa S-, M- ja L-tappien yllyttävät ja estävät signaalit muodostavat vihreän (R+G-), sini-keltaisen (B+Y-) ja musta-valkoisen (A).
