第六章视觉实验

1、第六章第六章 视觉实验视觉实验 视觉刺激视觉刺激 视觉的基本现象视觉的基本现象 颜色视觉颜色视觉 空间频率空间频率第一节第一节 视觉刺激视觉刺激一、视觉的物理刺激一、视觉的物理刺激视觉的适宜刺激：视觉的适宜刺激：光的三个特征：波长、纯度和振幅光的三个特征：波长、纯度和振幅心理特征：色调、饱和度和明度心理特征：色调、饱和度和明度能发光的物体叫光源，可分为自然光和人能发光的物体叫光源，可分为自然光和人造光源。造光源。光可分为混合光和单色光光可分为混合光和单色光国际单位制（国际单位制（SIE单位制）的光度单位单位制）的光度单位二、光刺激的物理测量二、光刺激的物理测量光强度（光强度（luminous

2、intensity）:用用I表表示，单位是坎德拉（示，单位是坎德拉（candela,cd）光通量（光通量（luminous flux）:用用表示，表示，单位是流明（单位是流明（lumen,lm）光照度（光照度（illuminance）:用用E表示，单表示，单位是勒克斯（位是勒克斯（Lux,lx）反射系数（反射系数（reflectance factor）：用）：用R表示表示光亮度（光亮度（luminance ）：用）：用L表示，单位是尼特表示，单位是尼特（Nit）。入射光（）。入射光（incident light）为照度，反射）为照度，反射光光(reflection light)为亮度为亮度(b

3、rightness)。亮度。亮度反射系数反射系数照度，照度，L=RE，Nit=1cdm2亮度的其他单位：毫朗伯（亮度的其他单位：毫朗伯（millilambert,ML），），呎朗伯（呎朗伯（footlambert,ftL）。）。1ML=0.929ftL=3.183烛光平方米（烛光平方米（cm2）=10阿普熙提阿普熙提(apostilbs)。视觉实验中也常用视。视觉实验中也常用视网膜照度来表示刺激的物理强度，其单位是楚兰网膜照度来表示刺激的物理强度，其单位是楚兰德（德（troland），楚兰德刺激强度（），楚兰德刺激强度（cdm2）瞳孔面积（瞳孔面积（mm2）亮度和照度关系示意图亮度和照度关系示

4、意图光度学（光度学（photometry）光度量的测量和计算以心理学对人的视觉系统感觉光度量的测量和计算以心理学对人的视觉系统感觉特征的研究为基础，视觉心理的研究则要应用光度特征的研究为基础，视觉心理的研究则要应用光度学的知识和测量技术。学的知识和测量技术。光度学度量的原始标准是以特定规格制成的一支蜡光度学度量的原始标准是以特定规格制成的一支蜡烛作光源的。特定的一支蜡烛放在离屏幕（烛作光源的。特定的一支蜡烛放在离屏幕（s）的一）的一段距离（段距离（d）处，屏幕以一定的比例（）处，屏幕以一定的比例（R）反射投射）反射投射到其表面的光。入射光是照射到屏幕表面上的照度到其表面的光。入射光是照射到屏幕

5、表面上的照度（E），以呎烛光为单位，这个值等于光源的烛光），以呎烛光为单位，这个值等于光源的烛光数（数（c）除以从光源到屏幕的距离（）除以从光源到屏幕的距离（d）即：）即：E=c/d2（呎烛光）（呎烛光）一门研究可见光的计算和测量的科学，主要包括一门研究可见光的计算和测量的科学，主要包括两个方面：两个方面：研究各种光度量及其相互关系，常研究各种光度量及其相互关系，常见的光度量有光通量、发光强度、照度、亮度等。见的光度量有光通量、发光强度、照度、亮度等。设计与制造各种光度量及其有关光特性测量的设计与制造各种光度量及其有关光特性测量的仪器，规定相应的测量方法，光度测量的仪器有仪器，规定相应的测量方

6、法，光度测量的仪器有照度计、亮度计、色度计等。照度计、亮度计、色度计等。如果光源移近一个表面，则表面受到较强的照明。如果光源移近一个表面，则表面受到较强的照明。一个人在一个人在c处所看到屏幕上的亮度（处所看到屏幕上的亮度（L）与屏幕反）与屏幕反射系数关系为：射系数关系为：L=cR/d2，可见不论距离表面远，可见不论距离表面远近，屏幕上的亮度保持不变近，屏幕上的亮度保持不变对比辨认（亮度对比）对比辨认（亮度对比）亮度对比C常用表达式为：低低高LLLC 高低高LLLC 或亮度对比是指视场中对像与背景的亮度差和背景（或对象）亮度之比背景背景对象LLLC 背景对象背景LLLC 如果对象和背景不易确定，

7、如等距的黑白条纹刺激物，如果对象和背景不易确定，如等距的黑白条纹刺激物，需任意指定对象与背景，此时，为了方便，可用下式表需任意指定对象与背景，此时，为了方便，可用下式表达：达：C=LL背景背景，式中，式中 L为任意定出的对象和背景为任意定出的对象和背景的亮度差。如果的亮度差。如果 L是视觉恰可觉察的亮度差异，则上是视觉恰可觉察的亮度差异，则上式所表达的对比就是在一定背景亮度下的亮度差别阈限。式所表达的对比就是在一定背景亮度下的亮度差别阈限。式中的式中的L高高与与L低低分别为高亮度和低亮度。一般情况下，刺激分别为高亮度和低亮度。一般情况下，刺激物面积比较大的部位作为背景，面积比较小的观察物作为物

8、面积比较大的部位作为背景，面积比较小的观察物作为对象。式中的分母指背景的亮度。如果对象亮度大于背景对象。式中的分母指背景的亮度。如果对象亮度大于背景亮度，用第一个表达式。常用与发光体对比的计算，如黑亮度，用第一个表达式。常用与发光体对比的计算，如黑白电视机屏幕的对比的计算。如果对象亮度小与背景亮度，白电视机屏幕的对比的计算。如果对象亮度小与背景亮度，则用第二个表达式计算，如白背景上的黑视标或白纸上的则用第二个表达式计算，如白背景上的黑视标或白纸上的黑印刷体的对比的计算。黑印刷体的对比的计算。视角与照度、对比的关系视角与照度、对比的关系喻柏林（喻柏林（1979）用黑环白背景视标对视觉对象的）用黑

9、环白背景视标对视觉对象的视角、对比和照度的关系进行了研究，发现无论大视角、对比和照度的关系进行了研究，发现无论大对比还是小对比，都有共同的变化趋势：视角越大，对比还是小对比，都有共同的变化趋势：视角越大，要求照度越低；视角越小要求照度越高。视角递减要求照度越低；视角越小要求照度越高。视角递减时，照度发生递增变化，而且视角递减的速度小于时，照度发生递增变化，而且视角递减的速度小于照度递增速度。换句话说，照度的一个大的正增量照度递增速度。换句话说，照度的一个大的正增量才能适应视角的一个小的负增量。同时，如果小视才能适应视角的一个小的负增量。同时，如果小视角和大视角在纵坐标上发生同样的变化，则照度在

10、角和大视角在纵坐标上发生同样的变化，则照度在横坐标上分别引起的增量相差越大，前者大大高于横坐标上分别引起的增量相差越大，前者大大高于后者，这种现象称之为照明收效递减律（后者，这种现象称之为照明收效递减律（law of diminishing returns）。）。 第二节第二节 视觉的基本现象视觉的基本现象一、视觉适应的研究：暗适应（一、视觉适应的研究：暗适应（dark adaptation）和明适应）和明适应（light adaptation）明、暗视觉的特征明、暗视觉的特征特征特征明视觉明视觉暗视觉暗视觉感觉细胞感觉细胞锥体细胞锥体细胞杆体细胞杆体细胞光化学物质光化学物质锥体色素锥体色素视

11、紫红质视紫红质色觉色觉正常的三色正常的三色无色无色所在视网膜区域所在视网膜区域中心中心外围即边缘外围即边缘暗适应速度暗适应速度快（快（8分钟或更少）分钟或更少）慢（慢（30分钟或更多）分钟或更多）空间分辨能力空间分辨能力高高低低时间分辨时间分辨反应快反应快反应慢反应慢照明水平照明水平画光（画光（1到到107毫朗伯）毫朗伯） 夜光（夜光（106到到1毫朗伯）毫朗伯）空间总和空间总和小小大大光谱灵敏峰值光谱灵敏峰值555nm505nm暗适应暗适应视紫红质暗光视黄醛蛋白质不同色光的暗适应比较不同色光的暗适应比较根据Judd(1951)和Wald(1954)的研究资料，在几种不同的适应色光中，红色光暗

12、适应保持得最好，尤其是600毫微米以上的视场中，视杆细胞的感受性比视锥细胞的感受性高得多。白光预先作用于视网膜不同部位的暗适应白光预先作用于视网膜不同部位的暗适应中央视觉（0）只适应到一定程度后，感受性就不再提高了；越靠近视网膜边缘，暗适应速度就越快。明适应明适应二、视敏度（二、视敏度（visual acuity）视敏度反映的是眼睛的空间辨别能力视敏度反映的是眼睛的空间辨别能力.视知觉查标准刺激视知觉查标准刺激物的存在和辨别物体细节的准确性物的存在和辨别物体细节的准确性.baBAADtan/2=A/2D当当10时，视角时，视角的顶点作为圆心，把物体的顶点作为圆心，把物体离视角顶点的距离作为半径

13、，把物体大小离视角顶点的距离作为半径，把物体大小A看作圆周的弧，看作圆周的弧，则可以用下面简便公式：则可以用下面简便公式：=A/D，如果用弧度表示，则：如果用弧度表示，则：=A/D57.3(度度)A为物体的大小，为物体的大小，D为物体到视角顶点的距离。为物体到视角顶点的距离。 视敏度的种类视敏度的种类觉察（觉察（detectiondetection）不要求区分物体的细节，只要求发现物的存）不要求区分物体的细节，只要求发现物的存在。在。 定位（定位（localizationlocalization）是觉察两根线是否连续或是否错位的能）是觉察两根线是否连续或是否错位的能力。力。解像（解像（reso

14、lutionresolution）是知觉某一模式（）是知觉某一模式（a patterna pattern）具体元素）具体元素之间分离的能力。之间分离的能力。 再认（再认（recognitionrecognition）的物体是白色背景上的大小不同的黑色）的物体是白色背景上的大小不同的黑色图形，医学上用的视力表就属于再认测试。医学上常把视敏度图形，医学上用的视力表就属于再认测试。医学上常把视敏度叫做视力，是以视角的倒数来表达的，即：叫做视力，是以视角的倒数来表达的，即：V=1/V=1/，其中，其中为为视角，用分表示。临床医学上常用下面公式来计算视力：视角，用分表示。临床医学上常用下面公式来计算视力

15、：V=D/DV=D/D，D D 为标准观察距离，一般为为标准观察距离，一般为5 5米，米，D D为视觉能分辨为视觉能分辨的视标的细节单位与眼睛呈的视标的细节单位与眼睛呈1 1分视角时所在的距离，视标细节分视角时所在的距离，视标细节单位在我国常用的是单位在我国常用的是“E”E”字的开口，国际上常用的是字的开口，国际上常用的是“C”C”型型视标，又叫兰道环（视标，又叫兰道环（LandoltLandolt ring ring）。组成图形的黑线宽度和）。组成图形的黑线宽度和缺口大小，均为图性边长或直径的缺口大小，均为图性边长或直径的1 15 5，相同大小的图形排在，相同大小的图形排在同一行内，被试在一

16、定距离能正确分辨一般图形时，其视敏度同一行内，被试在一定距离能正确分辨一般图形时，其视敏度就是与该行图形缺口大小相应视角的倒数。把不同就是与该行图形缺口大小相应视角的倒数。把不同D D下都呈下都呈1 1分分视角的视标按大小排成行即构成了视力表，实际测试视力时，视角的视标按大小排成行即构成了视力表，实际测试视力时，是在标准距离下能看见哪一行的视标是在标准距离下能看见哪一行的视标“E”E”，就用，就用“E”E”字旁的字旁的数字代表视力。数字代表视力。 影响视敏度的因素影响视敏度的因素1.视网膜不同部位视敏视网膜不同部位视敏度是不同的。（视野度是不同的。（视野visual field是指当头部是指当

17、头部不动时，眼睛注视正前不动时，眼睛注视正前方某一点所能知觉的空方某一点所能知觉的空间范围，以度为单位。）间范围，以度为单位。）中央视敏度与边缘视敏中央视敏度与边缘视敏度是不同的。度是不同的。2.照度对视敏度的影响照度对视敏度的影响上左图为喻柏林（上左图为喻柏林（1979）所研究的不同照度条件下所能辨认的视角）所研究的不同照度条件下所能辨认的视角大小，将其实验结果按照大小，将其实验结果按照1作图，即得到右边的视敏度曲线。作图，即得到右边的视敏度曲线。3.刺激物与背景亮度的对比关系对视敏度的影响刺激物与背景亮度的对比关系对视敏度的影响Guth & McNelis(1968)的实验结果，上

18、面的实线为的实验结果，上面的实线为4分视角分视角开口兰道环的分辨阈限曲线，下面的实线为同一兰道环的开口兰道环的分辨阈限曲线，下面的实线为同一兰道环的觉察阈限曲线，中间虚线是觉察阈限曲线，中间虚线是Blackwell-Smith的的4分视角圆盘分视角圆盘的觉察阈限。的觉察阈限。荆其诚（荆其诚（1980）通过对视觉）通过对视觉辨认中照度、视角、对比度辨认中照度、视角、对比度三个变量之间关系的研究，三个变量之间关系的研究，得出的一组视觉功能曲线得出的一组视觉功能曲线（visual performance curves）。）。Wilcox(1951)用一对平行长用一对平行长方形作为刺激来检查视敏度方形

19、作为刺激来检查视敏度所得出的实验结果。所得出的实验结果。4.其它因素其它因素眼睛的光学系统的缺陷如近视或散光都眼睛的光学系统的缺陷如近视或散光都能造成视敏度的下降。能造成视敏度的下降。眼睛的疾病如白内障、视网膜症状等也眼睛的疾病如白内障、视网膜症状等也会造成视敏度的下降。会造成视敏度的下降。年龄年龄视敏度随年龄的增长而下降。视敏度随年龄的增长而下降。曝光时间：如果眼睛短时间曝光，必须符曝光时间：如果眼睛短时间曝光，必须符合光度学中的合光度学中的Bunsen-Roscoe定律：光的定律：光的强度（强度（I）和时间（）和时间（T）的乘积决定其效果。）的乘积决定其效果。Sperling等（等（196

20、5）研究表明，为了观察）研究表明，为了观察一个小而亮的圆盘所需的光能量对所有短一个小而亮的圆盘所需的光能量对所有短时间的曝光来说是一个常数，即所需的能时间的曝光来说是一个常数，即所需的能量是时间和亮度的乘积，这符合量是时间和亮度的乘积，这符合Bunsen-Roscoe定律，并在研究中找到了一个临界定律，并在研究中找到了一个临界时距，超过这个时距，上述规律失效。在时距，超过这个时距，上述规律失效。在很长的时距里，强度本身决定着觉察阈限。很长的时距里，强度本身决定着觉察阈限。瞳孔的大小：研究表明，瞳孔直径在增至瞳孔的大小：研究表明，瞳孔直径在增至1毫米毫米之前，视敏度与瞳孔保持一种线性关系，瞳孔再

21、之前，视敏度与瞳孔保持一种线性关系，瞳孔再增大，瞳孔只有很小的改进。在直径从增大，瞳孔只有很小的改进。在直径从2.5增到增到5毫米这一范围内，视敏度维持着近似恒定的高数毫米这一范围内，视敏度维持着近似恒定的高数值，这正是对高的和中等的明视亮度水平的瞳孔值，这正是对高的和中等的明视亮度水平的瞳孔直径的正常范围。眼睛并不是一个完善的光学系直径的正常范围。眼睛并不是一个完善的光学系统，（如果是，衍射将导致在瞳孔直径增加时视统，（如果是，衍射将导致在瞳孔直径增加时视敏度会呈线性增加，因为衍射作用的大小与瞳孔敏度会呈线性增加，因为衍射作用的大小与瞳孔直径成反比。）所以，眼睛会有各种各样的光学直径成反比。

22、）所以，眼睛会有各种各样的光学像差：当一个单个的点发出的光线从瞳孔的不同像差：当一个单个的点发出的光线从瞳孔的不同部分进入眼睛时，并不能聚焦在视网膜上的一个部分进入眼睛时，并不能聚焦在视网膜上的一个点上，造成象的失真。瞳孔直径增加，失真更加点上，造成象的失真。瞳孔直径增加，失真更加严重。严重。看一看，是不是觉得，左边的灰色方块要浅看一看，是不是觉得，左边的灰色方块要浅一点，亮一点？其实，两个灰色方块是完全一点，亮一点？其实，两个灰色方块是完全一样的。不信？遮住周围的区域你再看看。一样的。不信？遮住周围的区域你再看看。 侧抑制过程也能解释上面这种错觉，中间侧抑制过程也能解释上面这种错觉，中间的两

23、个方块反射同样多的光到眼中，只是的两个方块反射同样多的光到眼中，只是由于对比效应它们的视觉效果才不相同，由于对比效应它们的视觉效果才不相同，不信遮住周围的区域你再看看。不信遮住周围的区域你再看看。 很多魔术师都用这种对比效应来隐藏他们很多魔术师都用这种对比效应来隐藏他们的道具。比如他们想隐藏物体的支持物时，的道具。比如他们想隐藏物体的支持物时，魔术师就在周围使用明亮的物体，象金属魔术师就在周围使用明亮的物体，象金属物或白布等等，这样黑色背景下的道具显物或白布等等，这样黑色背景下的道具显得更暗，观众就看不出其中的奥秘。得更暗，观众就看不出其中的奥秘。 Hermann栅格错觉栅格错觉 看到交叉处的

24、灰点了吗？仔细看看，它并看到交叉处的灰点了吗？仔细看看，它并不存在。不存在。 交叉处四周都是明亮的白条，而白条的周围只有两处交叉处四周都是明亮的白条，而白条的周围只有两处黑色区域。所以，注视交叉处的视网膜区域比注视白条的区域黑色区域。所以，注视交叉处的视网膜区域比注视白条的区域受到更多的抑制，这样交叉处显得比其它区域暗一些。在交叉受到更多的抑制，这样交叉处显得比其它区域暗一些。在交叉处就能看到灰点。处就能看到灰点。生理学上的解释生理学上的解释 你的视网膜由许多小的神经细胞组成，它们是光的感受器。你的视网膜由许多小的神经细胞组成，它们是光的感受器。这些细胞在视网膜上排成列。许多科学家都认为单独一

25、个这些细胞在视网膜上排成列。许多科学家都认为单独一个细胞的激活是不可能的，细胞的激活是不可能的， 某个细胞的激活总会影响它邻某个细胞的激活总会影响它邻近的细胞。他们发现刺激某个细胞得到较大的反应，而再近的细胞。他们发现刺激某个细胞得到较大的反应，而再刺激它邻近细胞时反应会减弱，这也就是周围的细胞抑制刺激它邻近细胞时反应会减弱，这也就是周围的细胞抑制了它的反应。这种现象被称之为侧抑制了它的反应。这种现象被称之为侧抑制,它发生在视网膜它发生在视网膜上一种叫做侧细胞丛的结构上。上一种叫做侧细胞丛的结构上。 在在Hermann网格图中，交叉处的四边都是亮的，而白条网格图中，交叉处的四边都是亮的，而白条

26、只有两边，所以注视交叉处的视网膜区域比注视白条的区只有两边，所以注视交叉处的视网膜区域比注视白条的区域受到了更多的抑制，这样交叉处显得比其它区域暗一些。域受到了更多的抑制，这样交叉处显得比其它区域暗一些。你在交叉处就能看到灰点。你在交叉处就能看到灰点。 这种效果在视野周围更显著一些，因为侧抑制在更远的距这种效果在视野周围更显著一些，因为侧抑制在更远的距离上发生作用。离上发生作用。眼睛跟着粉红点移动，你看到的是粉红点在闪动；盯着中心看，你会看到绿色点在闪动；长时间盯着中心看，你会发现粉红点不见了，只剩下绿色点在闪动。视觉刺激的空间交互作用视觉刺激的空间交互作用马赫带马赫带（Mach bands）

27、白黑Lateral inhibition：是指抑制性：是指抑制性神经元冲动能抑制附近神经元活神经元冲动能抑制附近神经元活动的现象。动的现象。三、闪光临界融合频率三、闪光临界融合频率物理上闪烁的光在主观上引起的感觉介于闪烁与稳定之间时的频率叫做临界闪光频率，即刚刚产生闪光融合感觉的闪光频率（critical flicker frequency）或临界融合频率(critical fusion frequency ，简写为CFF)，反映的是人眼对光刺激时间分辨能力的指标。当其它条件相同时，CFF越高，说明眼睛对于时间上明暗变化的分析能力越强，时间的视敏度越好。 Talbot-Plateau law：

28、间断的闪烁光，当其闪烁频率达到或超过融合频率后，人眼对融合光的感觉，和对相应的全周期均匀一致的光流所产生的感觉完全一致。融合后的亮度同融合前的闪光的亮度比较，其亮度或明度均要下降，而实际上达到CFF的闪光明度的强度却与稳定光的强度相同。尽管高频率的间断光和连续光都能引起稳定光的感觉，但只有当它们的光总量即光的呈现时间光强完全相等时，二者的明度才能相匹配。因此，一个连续光如果要和它在明度上相匹配，其强度只需间断的闪烁光的一半就可以了。 在视觉心理的实验研究中，刺激的时空特征是重要的研究内容，经常使用到刺激的久暂、也经常通过操纵面积大小用刺激的时间和空间变量进行研究。（一）刺激的时间特征（一）刺激

29、的时间特征曝光时间的长短与光线强弱有关，掌握曝光时间的长短与光线强弱有关，掌握了这一原理就能够拍出好照片，同时也不了这一原理就能够拍出好照片，同时也不知不觉地运用了知不觉地运用了Bunsen-Roscoe law。表。表示光的强度（示光的强度（I）和时间（）和时间（T）的乘积决定）的乘积决定它的效果，即它的效果，即ITC。光刺激的时间特。光刺激的时间特征主要受感光色素转换过程的制约。视紫征主要受感光色素转换过程的制约。视紫红质的分解时可逆转的，大约经过红质的分解时可逆转的，大约经过50200毫秒，就开始恢复。所以，毫秒，就开始恢复。所以， Bunsen-Roscoe law只在这个有限的时间区

30、域内起只在这个有限的时间区域内起作用，一般定在作用，一般定在100毫秒以下。如，由于毫秒以下。如，由于某种原因刺激强度减弱，只要增加刺激持某种原因刺激强度减弱，只要增加刺激持续时间，阈限水平仍能维持。但刺激强度续时间，阈限水平仍能维持。但刺激强度减弱到阈限水平以下，增加持续时间就无减弱到阈限水平以下，增加持续时间就无效了。这一定律不再起作用。效了。这一定律不再起作用。总之，在感光色素恢复开始之前，总之，在感光色素恢复开始之前，IT决定刺激效果，当决定刺激效果，当刺激时间超过临界时间，强度就成了效果的唯一决定因素。刺激时间超过临界时间，强度就成了效果的唯一决定因素。（二）刺激的空间特征（二）刺激

31、的空间特征Riccos law：网膜受刺激的面积（：网膜受刺激的面积（A）越大，阈限（）越大，阈限（C）所要求的强度（所要求的强度（I）则越小。如，两块面积不同但亮度）则越小。如，两块面积不同但亮度相同的物体，看起来小的不如大的量。但里科定律适相同的物体，看起来小的不如大的量。但里科定律适用于受刺激的网膜范围较小的情况。用于受刺激的网膜范围较小的情况。空间因素对视敏度有重要影响，视觉的空间因素对视敏度有重要影响，视觉的刺激强度和接受刺激的网膜区域大小的刺激强度和接受刺激的网膜区域大小的不同，都会导致视觉（绝对）阈限的变不同，都会导致视觉（绝对）阈限的变化。换句话，如果是绝绝对阈限一定，化。换句

32、话，如果是绝绝对阈限一定，则刺激强度和刺激的网膜面积二者之间则刺激强度和刺激的网膜面积二者之间就具有一定的关系。就具有一定的关系。对于网膜较大的受刺激范围和刺激强度的关系，应使对于网膜较大的受刺激范围和刺激强度的关系，应使用派帕定律用派帕定律Piper s law是里科定律的修订。如果刺激是里科定律的修订。如果刺激强度减小一半，接受刺激的网膜面积需增大四倍方能强度减小一半，接受刺激的网膜面积需增大四倍方能保持绝对阈限的原值。里科定律最适宜说明中央凹受保持绝对阈限的原值。里科定律最适宜说明中央凹受刺激时的情况，派帕定律最适合于说明网膜外围受刺刺激时的情况，派帕定律最适合于说明网膜外围受刺激时的情

33、况。派帕定律的公式表达：激时的情况。派帕定律的公式表达： CAI（三）影响（三）影响CFF的因素的因素1.CFF随光相的强度的增高而增高。随光相的强度的增高而增高。Ferry-Porter law：n=alogI+b，其中，其中n代表代表CFF，a、b为参数，因人因时间为参数，因人因时间而定。图为而定。图为SHecht和和CDVerrijp用用强弱不同的、直径为强弱不同的、直径为2视角的白光视角的白光刺激测定中央凹刺激测定中央凹cff的实验结果。的实验结果。2.CFF随闪光照射区域的面积的扩大而增大。随闪光照射区域的面积的扩大而增大。Granit & Harper (1930) 认为认

34、为CFF与面积（与面积（A）的关系也是对数关系：）的关系也是对数关系：n=clogA+d，其中，其中c、d为参数。格拉为参数。格拉涅用涅用4个小点同时闪亮，测出融合频率，再测个小点同时闪亮，测出融合频率，再测1点闪亮时的频率，结果点闪亮时的频率，结果4点比点比1点的融合频率要高。如果点的融合频率要高。如果4点比较靠近并刺激网膜边缘，这种差别更大。说明点比较靠近并刺激网膜边缘，这种差别更大。说明空间上的积累具有增强间歇刺激相对强度的作用。图为空间上的积累具有增强间歇刺激相对强度的作用。图为SHecht和和CDVerrijp的实验结果，曲线上标明的度数指的是注视光点时网膜受刺激的面积。视网的实验结

35、果，曲线上标明的度数指的是注视光点时网膜受刺激的面积。视网膜受刺激的面积从膜受刺激的面积从0.3增加到增加到19，在低强度和高强度所产生的效果是不同，在低强度和高强度所产生的效果是不同的。低强度时，的。低强度时，6和和19各有一段低平曲线，且各有一段低平曲线，且6比比19的的cff低，而低，而0.3和和2则无这段曲线。高强度时，在刺激强度相同的条件下，网膜受刺激的面积越则无这段曲线。高强度时，在刺激强度相同的条件下，网膜受刺激的面积越大，大，cff越高。从越高。从0.3到到6受刺激面积从受刺激面积从1增加到增加到400，最高的，最高的cff从从40Hz增到增到45Hz，受刺激面积增到，受刺激面

36、积增到19时，最高的时，最高的cff达到达到58Hz。一般而言，锥体细胞的分。一般而言，锥体细胞的分析能力高于棒体细胞，故中央凹的析能力高于棒体细胞，故中央凹的cff比边缘部分高。但在刺激面积较大的情比边缘部分高。但在刺激面积较大的情况下，网膜边缘会产生空间积累作用。况下，网膜边缘会产生空间积累作用。影响影响CFF的因素（续一）的因素（续一）3.在视网膜的不同部位，在视网膜的不同部位，cff是不同是不同的。图为的。图为SHecht和和CDVerrijp的的（刺激面积较小情况下）实验结果，（刺激面积较小情况下）实验结果，两条曲线明显地分为两段，低强度两条曲线明显地分为两段，低强度时曲线低平，说明

37、随时曲线低平，说明随logI的增加，的增加，cff较低而且变化不大；在中、高较低而且变化不大；在中、高强度时，强度时，cff的变化和在中央凹受的变化和在中央凹受刺激时类似。因此这两段曲线表明刺激时类似。因此这两段曲线表明了在低强度时是棒体细胞起作用，了在低强度时是棒体细胞起作用，在中、高强度时是锥体细胞起作用。在中、高强度时是锥体细胞起作用。同时，在中、高强度范围内，刺激同时，在中、高强度范围内，刺激强度相同时，刺激部位在中央凹以强度相同时，刺激部位在中央凹以外要比在中央凹的外要比在中央凹的cff要低，同样要低，同样说明了棒体细胞的分辨能力不如锥说明了棒体细胞的分辨能力不如锥体细胞。体细胞。影

38、响影响CFF的因素（续二）的因素（续二）4.光的色调对光的色调对cff的影响。实验表明，用各的影响。实验表明，用各种单色光的闪烁分别刺激中央凹以外种单色光的闪烁分别刺激中央凹以外5的地方，刺激面积为的地方，刺激面积为2视角，其结果如视角，其结果如图所示。在强度相同时，图所示。在强度相同时，cff由高到低的顺由高到低的顺序为黄、橙、绿、红、蓝。除红光外，其序为黄、橙、绿、红、蓝。除红光外，其他色调的闪光的他色调的闪光的cff，随着光刺激强度的增，随着光刺激强度的增加曲线都分为两段，它们是棒体细胞和锥加曲线都分为两段，它们是棒体细胞和锥体细胞分别起作用的结果。红光曲线没有体细胞分别起作用的结果。红

39、光曲线没有分成两段与红光没有光色距有关。其他研分成两段与红光没有光色距有关。其他研究还表明，当网膜照度水平是明视水平，究还表明，当网膜照度水平是明视水平，照度在照度在10个楚兰德以上时，个楚兰德以上时，cff主要依赖亮主要依赖亮度而不依赖波长；只有当照度低于度而不依赖波长；只有当照度低于10个楚个楚兰德时，强度相等条件下，短波的兰德时，强度相等条件下，短波的cff比长比长波的要高。这和眼睛在暗视水平时对短波波的要高。这和眼睛在暗视水平时对短波比长波更敏感是一致的，说明照度在比长波更敏感是一致的，说明照度在10个个楚兰德以下时，楚兰德以下时，cff曲线代表了棒体细胞的曲线代表了棒体细胞的机能。机

40、能。影响影响CFF的因素（续三）的因素（续三）5.研究表明，一些附加刺激的作用如研究表明，一些附加刺激的作用如声音、嗅觉、味觉等刺激均可改变声音、嗅觉、味觉等刺激均可改变cff。此外，年龄超过此外，年龄超过55岁、疲劳、缺氧等岁、疲劳、缺氧等因素会降低因素会降低cff。（1935）对暗适应过程中附加）对暗适应过程中附加声音刺激对白光的声音刺激对白光的cff的影响研究发现，的影响研究发现，足够响的乐音（足够响的乐音（2100Hz）使中央视觉的）使中央视觉的cff提高，使边缘视觉的提高，使边缘视觉的cff降低。（参见降低。（参见左图）其他研究表明，各种单色光的左图）其他研究表明，各种单色光的cff

41、在附加嗅觉、味觉及温度刺激也有同样在附加嗅觉、味觉及温度刺激也有同样的影响。的影响。M.N.Schaternikoff(1902)发现，暗适应可提高暗视觉的发现，暗适应可提高暗视觉的cff，但却，但却降低明视觉的降低明视觉的cff。（1938）对中央视觉的暗适应对各种）对中央视觉的暗适应对各种单色光的单色光的cff的影响进行了研究，发现暗适应的影响进行了研究，发现暗适应40分钟后，青和蓝分钟后，青和蓝光的光的cff降低得最多，橙和红光降低得少一些，绿光降得最多。降低得最多，橙和红光降低得少一些，绿光降得最多。如果以对暗适应如果以对暗适应30分钟后的分钟后的cff比对暗适应比对暗适应5分钟时的分

42、钟时的cff降低的百降低的百分数作为分数作为cff降低的指标，各单色光对在暗适应过程中降低的指标，各单色光对在暗适应过程中cff降低的降低的情况如上图。情况如上图。第三节第三节 颜色视觉颜色视觉一、颜色现象一、颜色现象（一）颜色的明度、色调和饱和度（一）颜色的明度、色调和饱和度心理物理学概念心理物理学概念亮度亮度 luminosity主波长主波长 Dominant wavelength纯度纯度 purity明度明度 brightness色调色调 hue饱和度饱和度 saturation心理学概念心理学概念颜色类别颜色类别心理物理量心理物理量心理量心理量非彩色非彩色亮度亮度明度明度彩色彩色主波长

43、主波长色调色调纯度纯度饱和度饱和度颜色的基本特性颜色的基本特性彩色系列非彩色系列白浅灰中灰深灰黑（二）颜色的混合（二）颜色的混合彩色电视机和电脑显示器主要是利用了加色法的基本原理。彩色电影胶片的画面是由黄、青、品红三种影片染料按照减色法原理形成的。 颜色混合即混色(color mixture)涉及两个法则：色光混合的加色法与颜料混合的减色法。色光混合的特点：相混合的色光的能量值相加，等于被混合色光能量的值，被混合色光的能量增加，其明度也有所增加。加色法(additive mixture)的原色为红、绿、蓝。混色定律有补色律、间色律和代替律。减色法（subtractive mixture）三原色

44、为黄、青、紫，是加法三原色的补色(complementary color)相减混色后得出的颜色的明度降低。颜料混合时对光谱颜色的双重减色过程。颜色的混合（续）颜色的混合（续）Priest（1920，1923）综合了许多研究者的资）综合了许多研究者的资料，绘出补色波长曲线，该图表明料，绘出补色波长曲线，该图表明576毫微米毫微米的绿光时没有补色的。对补色的研究还发现存的绿光时没有补色的。对补色的研究还发现存在个体差异。在个体差异。减色混合得到的颜色的反射率减低。如黄色颜料主要反射光谱减色混合得到的颜色的反射率减低。如黄色颜料主要反射光谱上黄色一带的光谱频率，同时兼带反射附近少量绿色，而吸收上黄色

45、一带的光谱频率，同时兼带反射附近少量绿色，而吸收蓝色和其他颜色；蓝色颜料主要反射蓝色一带的光谱频率，兼蓝色和其他颜色；蓝色颜料主要反射蓝色一带的光谱频率，兼带反射少量的绿色，吸收黄色和其他成分，表现为减色特性。带反射少量的绿色，吸收黄色和其他成分，表现为减色特性。但把黄、蓝色颜料混合时，二者只有绿色反射特性是一致的，但把黄、蓝色颜料混合时，二者只有绿色反射特性是一致的，其他颜色都被吸收，所以混合后呈绿色，同时明度也降低。其他颜色都被吸收，所以混合后呈绿色，同时明度也降低。（三）彩色视野和光谱敏感性（三）彩色视野和光谱敏感性彩色视野彩色视野(visual field of color) 中央视觉

46、中央视觉(central vision)边缘视觉边缘视觉(peripheral vision)网膜中央能分辨各种颜色，由中央区向外周部分过渡，颜色分网膜中央能分辨各种颜色，由中央区向外周部分过渡，颜色分辨能力减弱，人眼感到颜色的饱和度降低，直至最后色觉消失。辨能力减弱，人眼感到颜色的饱和度降低，直至最后色觉消失。对于中等亮度的刺激，任何人的网膜边缘看不到颜色。由于网对于中等亮度的刺激，任何人的网膜边缘看不到颜色。由于网膜中央部位有一层黄色素，能降低短波如蓝色的感受性。膜中央部位有一层黄色素，能降低短波如蓝色的感受性。视锥视杆细胞的光谱敏感曲线视锥视杆细胞的光谱敏感曲线二、颜色的视觉现象二、颜色

47、的视觉现象（一）颜色辨认（一）颜色辨认 Color discrimination Bezold-Brucke effect（二）颜色对比（二）颜色对比在视场中，相邻区域的不同颜在视场中，相邻区域的不同颜色的相互影响叫做颜色对比色的相互影响叫做颜色对比（color contrast）（同时交互）（同时交互作用）。在某一物体表面所看作用）。在某一物体表面所看到的颜色不仅取决于这个表面到的颜色不仅取决于这个表面本身的物理刺激，还取决于同本身的物理刺激，还取决于同时呈现在它周围的颜色。物体时呈现在它周围的颜色。物体本身的颜色和其周围的颜色的本身的颜色和其周围的颜色的交互作用能影响被看表面的色交互作用能

48、影响被看表面的色调和明度。每一颜色都在其周调和明度。每一颜色都在其周围诱导出其补色。如果在颜色围诱导出其补色。如果在颜色背景上放上另一颜色，由于颜背景上放上另一颜色，由于颜色对比，两颜色相互影响，使色对比，两颜色相互影响，使每一颜色的色调向另一颜色的每一颜色的色调向另一颜色的补色方向变化。补色方向变化。同一种颜色在亮的背景上看起来不如在暗的背景同一种颜色在亮的背景上看起来不如在暗的背景上看起来亮些，这种现象叫作明度对比上看起来亮些，这种现象叫作明度对比（brightness contrast）。同样，在白色背景上）。同样，在白色背景上的灰色纸片看起来发暗，而在黑色背景上看起来的灰色纸片看起来发

49、暗，而在黑色背景上看起来发亮，也属于明度对比。一个黑色物体没有光是发亮，也属于明度对比。一个黑色物体没有光是不对的。物体被看成黑或者白，不取决于它反射不对的。物体被看成黑或者白，不取决于它反射到眼睛里的光的数量，而取决于它和背景所反射到眼睛里的光的数量，而取决于它和背景所反射的光的相对数量。一块煤在阳光下单位面积所反的光的相对数量。一块煤在阳光下单位面积所反射的光可以比一张白纸在暗处高一千倍，但仍把射的光可以比一张白纸在暗处高一千倍，但仍把煤看成黑的，纸看成白的。煤看成黑的，纸看成白的。（三）颜色适应（三）颜色适应Vision adaptation：人眼在颜色刺激的作用下所造成的颜色视觉变化。

50、对某一颜色光适应后再去观察另一颜色时，后者会发生变化，而带有适应光的补色成分。（继时交互作用） Afterimage Positive afterimage Negative afterimage在没有外界颜色刺激时，由于激活了视觉系统的颜色感觉机制，有时也会产生颜色感觉主观颜色。（四）颜色恒常性（四）颜色恒常性Color Color constancyconstancy：在：在不同的照明条件不同的照明条件下，人们一般可下，人们一般可正确反映事物本正确反映事物本身固有的颜色，身固有的颜色，而不受照明条件而不受照明条件的影响。如无论的影响。如无论在黄光还是在蓝在黄光还是在蓝光的照射下，人光的照射

51、下，人们总是把红旗知们总是把红旗知觉为红色的，而觉为红色的，而不是黄色的或是不是黄色的或是蓝色的。蓝色的。Brunswilk ratioSASRKSASRKlglglglgThouless ratioK K：布仑斯维克比率（以百分数表示）：布仑斯维克比率（以百分数表示）A A：标准刺激的反射率：标准刺激的反射率S S：按标准刺激计算的配对反射率：按标准刺激计算的配对反射率R R：实验匹配的反射率：实验匹配的反射率三、颜色的标定三、颜色的标定（一）色温（一）色温 color temperaturecolor temperature：用黑体加热到不同温度所发出的不同：用黑体加热到不同温度所发出的不

52、同色光来表达一个光源的颜色，称作光源的颜色温度。黑体（色光来表达一个光源的颜色，称作光源的颜色温度。黑体（black bodyblack body）或完全辐射体（或完全辐射体（full radiatorfull radiator）是指在辐射作用下既不反射也不透射，）是指在辐射作用下既不反射也不透射，而能把落在它上面的辐射全部吸收的物体。如一个光源的颜色与黑体加而能把落在它上面的辐射全部吸收的物体。如一个光源的颜色与黑体加热到绝对温度热到绝对温度3000K3000K所发出的光色相同，这个光源的色温就是所发出的光色相同，这个光源的色温就是3000K3000K。一。一个光源发出的光是由不同的波长的辐

53、射组成的，各个波长的辐射功率也个光源发出的光是由不同的波长的辐射组成的，各个波长的辐射功率也不相同。光源的光谱辐射功率按波长的分布称为光谱功率分布。用任意不相同。光源的光谱辐射功率按波长的分布称为光谱功率分布。用任意值表示的光谱功率分布称为相对光谱功率分布。不同的光源，由于发光值表示的光谱功率分布称为相对光谱功率分布。不同的光源，由于发光物质的成分不同，其光谱功率分布有很大的差异。一定的光谱功率分布物质的成分不同，其光谱功率分布有很大的差异。一定的光谱功率分布表现为一定的光色。科学家们用光源的光与表现为一定的光色。科学家们用光源的光与“黑体黑体”的光相比较来描述的光相比较来描述它的光色。黑体其

54、表面按单位面积辐射的光谱功率的大小及其分布取决它的光色。黑体其表面按单位面积辐射的光谱功率的大小及其分布取决于它的温度。黑体比任何其他光源在相同温度下按单位面积辐射更大的于它的温度。黑体比任何其他光源在相同温度下按单位面积辐射更大的总功率，在各波长上也辐射更大的功率。当黑体连续加热，不断升温，总功率，在各波长上也辐射更大的功率。当黑体连续加热，不断升温，其最大光谱辐射功率也急剧上升，其相对光谱功率分布的最大功率部位其最大光谱辐射功率也急剧上升，其相对光谱功率分布的最大功率部位向短波方向变化，其变化的顺序为红黄白兰。向短波方向变化，其变化的顺序为红黄白兰。标准照明体标准照明体ABCD65色色度度

55、坐坐标标X0.44760.34840.31010.3127Y0.40740.35160.31620.3290X100.45120.34980.31040.3138Y100.45090.35270.31910.3310U0.25600.21730.20090.1987V0.34900.32340.30370.3122U100.25900.21420.20000.1979V100.34950.32390.30840.3130相应色温相应色温2856K4870K6770K6500K（二）标准色度系统（二）标准色度系统色度（色度（chromaticity）是用三原色匹配可见光谱中各波长而产生某种颜色时

56、的）是用三原色匹配可见光谱中各波长而产生某种颜色时的三原色比例系数。由任何一组三原色中的两个坐标制成的平面图称做色度图三原色比例系数。由任何一组三原色中的两个坐标制成的平面图称做色度图（chromaticity diagram）。）。Color equation： （C）r（R）g（G）b（B） 1931 CIE-RBG （C）r（R）g（G）b（B）（C） b（B）r（R）g（G）1931 CIE-RBG系统用系统用700、546.1、435.8nm作为（作为（R）、（）、（G）、（）、（B）三）三原色，是因为原色，是因为700nm是可见光谱的红色是可见光谱的红色末端，末端，546.1和和4

57、35.8nm是两个较为明是两个较为明显的汞亮线谱，三者易精确地产生出来。显的汞亮线谱，三者易精确地产生出来。3.CIE 1931 色度图色度图CIE 1931 色度图是根据色度图是根据1931CIE-XYZ绘制出绘制出来的，根据颜色混合原理，任何颜色都可用来的，根据颜色混合原理，任何颜色都可用匹配该颜色的三原色的比例加以规定的，因匹配该颜色的三原色的比例加以规定的，因而每一颜色都在色度图上占有确定的位置。而每一颜色都在色度图上占有确定的位置。图中图中x色度坐标相当于红颜色的比例，色度坐标相当于红颜色的比例，y色度色度坐标相当于绿原色的比例。图中没有坐标相当于绿原色的比例。图中没有z色度坐色度坐

58、标，因为标，因为x+y+z=1。图中弧形曲线上的各点。图中弧形曲线上的各点是光谱上的各种颜色，即光谱轨迹（是光谱上的各种颜色，即光谱轨迹（spectral locus）。从光谱的红端到）。从光谱的红端到540nm一带的绿光，一带的绿光，光谱轨迹几乎是直线，此后光谱轨迹突然转光谱轨迹几乎是直线，此后光谱轨迹突然转弯，颜色从绿转为蓝绿，蓝绿色又从弯，颜色从绿转为蓝绿，蓝绿色又从510nm到到480nm伸展开来，带有一定的曲率伸展开来，带有一定的曲率蓝和紫色波段却压缩在光谱轨迹尾部的较短蓝和紫色波段却压缩在光谱轨迹尾部的较短范围。光谱轨迹的这种特殊形状是由人眼对范围。光谱轨迹的这种特殊形状是由人眼对

59、三原色刺激的混合比例所决定的。连接三原色刺激的混合比例所决定的。连接400nm和和700nm的直线是光谱上所没有的由的直线是光谱上所没有的由紫到红的颜色。紫到红的颜色。光谱轨迹曲线以及连接光谱轨迹两端所形成的马蹄形内包括一切物理上能实现的颜色，坐标系统的原色点即三角形的三个顶角洪原色点（X）：x=1，y=z=0；绿原色点（Y）：y=1，x=z=0；蓝原色点（Z）：z=1，x=y=0；都落在这个区域之外，即原色点的色度是假想的，在物理上不可能实现。同样，凡是落在光谱轨迹和由红端到紫段直线范围以外的颜色也都是不能由真实光线产生的颜色。y=0的直线为无亮度线。光谱轨迹的短波紧靠这条线意味着虽然短波光

60、刺激能够引起标准观察者的反应，即在普通观察条件下产生蓝紫色感觉，但380420波长辐通量在视觉上只有很低的亮度。颜色三角形中心的E是等能白光，由三原色各13产生，C点是CIE标准光源C，相当于中午阳光的光色。3.CIE 1931 色度图（续一）色度图（续一）在在CIE色度图上，当一个颜色的色度坐标色度图上，当一个颜色的色度坐标变化很小时，人眼不会感觉出颜色的变化，变化很小时，人眼不会感觉出颜色的变化，所以，在色度图上一个颜色的位置，对视所以，在色度图上一个颜色的位置，对视觉来说实际上是一个范围，在这个范围内觉来说实际上是一个范围，在这个范围内颜色刺激对视觉是等效的。我们把这个人颜色刺激对视觉是等效的。我们把这