第六章 视觉实验 视觉巧夺（visual capture) 第一节 视觉的实现 第二节 基本视觉现象 第三节 颜色视觉及其标定

第一节 视觉的实现 一、光及其测量 （一）可见光谱 光的三维特征：波长、纯度和振幅。与此相对应的有三维心理特征：色调、饱和度、明度。 第一节 视觉的实现 一、光及其测量 （一）可见光谱 光的三维特征：波长、纯度和振幅。与此相对应的有三维心理特征：色调、饱和度、明度。 光源：自然光源和人造光源

（二）光的测量 1、光强度(luminous intensity),以 I表示，单位Candela (cd) 2、光通量(luminous flus) ，以φ表示，单位Lumen (lm) 3、光照度(illuminance),以E表示，单位Lux (lx) 4、光亮度(liminance),以L 表示，单位Nit 5、反射系数(reflectance factor),以R 表示 6、视网膜照度:光刺激强度*瞳孔面积，单位是treland 亮度和照度之间的关系:L=R×E 照明值要受从光源到照明表面的距离的影响，但是亮度则与从表面到观察者的距离无关。

二、视觉的生理机制 （一）眼睛的构造

角膜: 将光线传送聚焦到眼睛中的一扇窗玻璃。 虹膜：彩色的碟状物，有助于调节进入眼睛光线。 瞳孔：虹膜中心的暗色区，能根据光度改变大小。 晶状体：透明的结构物，能将光线聚焦在视网膜上。 视网膜：读取光线，并将影像透过视神经送给脑部的神经层。 视网膜黄斑：视网膜上的小块区域，使用特殊的感光细胞来澄清细节。 视神经：连接眼睛与脑部的神经。 玻璃体：清澈的胶状物，充填在眼睛中间。 房水：由睫状突产生，有营养角膜、晶体及玻璃体，维持眼压的作用。 盲点：黄斑鼻侧约3mm处有一直径为1.5mm的淡红色区，为视盘，亦称视乳头。 纤维汇集向视觉中枢传递的出眼球部位，无感光细胞，故视野上呈现为固有的暗区，称生理盲点。 巩膜：眼球外层起维持眼球形状和保护眼内组织的作用，俗称“眼白”。

（二）网膜的结构和功能

盲点的位置 远 近 d O b2 b1 a β1 β2 A2 B2 A1 B1 D1 D2 17mm 测定眼盲点位置的示意图 β=57.3*d/D A4 d’=17*β/57.3 前人测定的结果，左右眼盲点均处于视网膜鼻侧距中央凹中心约15。-20 。之间，盲点呈椭圆形，水平直径5.5。，垂直直径7.5。，其中心比中央凹的中心要低1.5。 。 思考题： 如果要测定鼻侧棒体细胞的光感受性， 当观察距离为1米时，光刺激的位置和大 小应如何设计才能避开盲点？

锥体细胞与杆体细胞和中间层细胞的联系图解 信息—— （裂缝 丢失） 中间层细胞 刺激--------------- 获得） 到大脑 杆体 锥体 许多杆体细胞具有共同的 神经纤维（视网膜周围） 每个锥体细胞具有自己的 神经纤维（中央窝） 锥体细胞与杆体细胞和中间层细胞的联系图解

（三）视觉的传导机制

（四）视觉的中枢机制 感受野（receptive field)

外侧膝状体细胞的感受野 光 Ａ Ｂ 刺激时间 示波器纪录 中心区光刺激引起兴奋 边缘区光刺激引起抑制 中心区光刺激引起抑制 开 关 刺激时间 示波器纪录 中心区光刺激引起兴奋 边缘区光刺激引起抑制 Ａ Ｂ 中心区光刺激引起抑制 边缘区光刺激引起兴奋 外侧膝状体细胞的感受野

Ａ Ｂ Ｃ 关区域 开区域 对朝向敏感的简单细胞的感受野 示波器纪录 示波器纪录 刺激 对运动方向敏感的复杂细胞的感受野

三、视觉实验中的变量 （一）自变量 （二）控制变量 （三）因变量

第二节 基本视觉现象 一、视觉的感受性 （一）光谱感受性 特征 明视觉 暗视觉 表 ６ － ６ 人眼睛的明暗视觉特征差异 感觉细胞 第二节　基本视觉现象 一、视觉的感受性 （一）光谱感受性 表 ６ － ６ 人眼睛的明暗视觉特征差异 特征 明视觉 暗视觉 感觉细胞 光化学物质 色觉 所在视网膜区域 暗适应速度 空间分辨能力 时间辨别 照明水平 空间总合 灵敏峰值 锥体细胞 锥体色素 正常的三色 中心 快（ ８ 分钟或更少） 高 反应快 画光（ １到１０７毫朗伯） 小 ５５５ｎｍ＊ 杆体细胞 视紫红质 无色 外围 慢（ ３０ 分钟或更多） 低 反应慢 夜光（ １０－６ 到１毫朗伯） 大 ５０５ｎｍ ＊ｎｍ ： ｎａｎｏｍｅｔｅｒ ，毫微米（ １０－９ 米）（采自林仲贤，　１９８７ ）

Purkinje效应 J.E.Purkinje1825年发现，在日光下看起来明度相等的红花和蓝花，到了黄昏时，即光度变弱时，两种花的色调都变淡了，但蓝花看起来却比红花显得亮些。这种现象，即当照度降低，使锥体视觉转换到杆体视觉时，眼睛对光谱短波部分感受性提高的效应叫做Purkinje效应（荆其诚，1987）。

（二）暗适应与明适应 1、暗适应 （1）暗适应过程 视紫红质 视黄荃+蛋白质 光 暗

（2）影响暗适应的因素 适应水平、色光种类、年龄、营养、感受器内部作用等

红光保护暗适应的原因 二次世界大战期间，迈尔斯曾经特制一种红色护目镜，戴上这种红色护目镜后既能使视锥细胞在明暗视场中都有较高的感受性，又能使视杆细胞相对地不受视场光线的变化而保持暗适应状态。

2、明适应 不同亮度适应时瞳孔直径、面积的变化 适应的视场亮度 （坎德拉／平方米） 瞳孔直径 （毫米） 瞳孔面积 （平方毫米） １０－５ １０－３ １０－２ １０－１ １ １０ １０２ １０３ ２ × １０４ ８．１７ ７．８０ ７．４４ ６．７２ ５．６６ ４．３２ ３．０４ ３．３２ ２．２４ ５２．２ ４７．８ ４３．４ ３５．４ ２５．１ １４．６ ７．２５ ４．２３ ３．９４

二、视觉的空间辨别——视敏度 （一）视角和网像 β=s/D

（二）视敏度的测量 觉察（detection） 定位（localization） 解像（resolution） 识别（recognition） 解像敏度

（三）影响视敏度的因素 影响视敏度的因素除了物体大小和距离之外，主要还有： 不同亮度会影响视敏度。亮度增加，则视敏度增加，两者关系是对数关系。 物体与背景之间的对比度不同，视敏度将受到影响。当物体与背景之间的对比度加大时，则视敏度提高；反之，视敏度降低。 视网膜不同部位的视敏度也不同。因为锥体细胞对细节分辨起主要作用，所以，在视网膜中央凹处（即锥体细胞集中之处）视敏度最大。 视觉的适应影响视敏度。暗适应时眼睛的视敏度不如明适应时的视敏度高，这是因为视杆细胞与视锥细胞在功能上不同的结果。 闪光盲会降低视敏度。 练习可以大大提高对目标物的视敏度。

三、视觉的时间辨别——闪光融合频率CFF Critical flicker frequency 测量方法： 转盘闪烁法 现代电子仪器

（二）影响CFF的因素及实验 影响闪光临界融合频率的因素很多，主要有： 1. 随光相的强度增高而增高 费里-波特律（Ferry－Porter law）n=algI＋b 闪光临界融合频率在低光强度时，可低至5Hz；在高强度时，可高至50～55Hz。 2.随刺激面积增大而增高 3.锥体细胞高于杆体细胞 4.其他

第三节　颜色视觉 一、颜色的基本特征 右图是颜色三度空间纺锤体，它形象地表示了颜色的三个基本特征（即明度、色调和饱和度）及其关系：锥体的纵轴表示明度，从下到上越来越亮；锥体的圆周表示色调，由主波长决定，同一圆周上的各颜色的明度相同；半径表示饱和度，与纵轴的垂直距离越短，饱和度越小。明度是彩色和非彩色所共有的属性，而色调和饱和度是彩色独有的特征。 该图只是一个理想化的示意图，有助于理解颜色三特性及其关系。在真实的颜色关系中，饱和度最大的黄色要亮些，而饱和度最大的蓝色要暗些，而且各种颜色所能达到的最大饱和度也不相同，因此真实颜色立体是一个不太规则的类纺锤体。

二、颜色混合及其规律 同色异谱现象 1 、色光混合 三原色 中间色 补色

2、颜料混合 黑 黄=白—蓝 红=白—蓝—绿 紫=白—绿 蓝=白—绿—红 青=白—红 绿=白—蓝—红

3、混色定律（加法混合） 1、补色律 2、居间律 3、代替律 4、颜色混合的方法 1、色轮混合 2、色光混合

三、色觉异常 色弱 部分色盲 全色盲

四、色觉理论 1、杨格—赫姆霍兹(Young-Helmholtz) 三色说(trichromatic receptor theory) 根据红、绿、蓝三原色可以产生各种色调和灰色的颜色混合的事实和规律，研究者提出：在视网膜上存在三种分别对红、绿、蓝敏感的锥体细胞。 近几十年来电生理学研究及其他新技术已经证明了该学说假定的三种光敏细胞的存在。Marks等人的研究。 可以用三色说解释颜色混合。但是不能解释色盲现象，没有对颜色在神经通路中如何传递和编码说明清楚。

2、赫林(Herling)的四色说（对立机制理论，opponent-process theory,颉顽说) 假定视网膜中存在三对视素：白-黑、红-绿、黄-蓝。每对色素的代谢过程都包含分解与合成（所以成为颉顽）。三对视素合成时产生黑、绿、蓝，分解时产生白、红、黄，所以称作四色说。 可以解释色盲现象。也能解释负后像和颜色对比。但是不能很好解释三原色能产生光谱一切颜色的事实。 支持证据：大量神经生理学证据表明，在视网膜以后的神经通路上存在着对立的过程。

3、视觉理论的现代发展——阶段说 三色说反映了感受器方面的机制，即颜色视觉的第一阶段；对立说反映了兴奋传导通路的机制，即颜色视觉的第二阶段；最后在大脑皮层的视觉中枢产生了各色感觉。

五、颜色的测量与标定 1、光源颜色与色温 色温 黑体

2、CIE标准色度系统 （1）CIE1931-RGB色度图 1931颜色方程： （Ｃ）≡ｒ（Ｒ）＋ｇ（Ｇ）＋ｂ（Ｂ） （Ｃ）：一种特定的颜色 （Ｒ）、（Ｇ）、（Ｂ）：红、绿、蓝三原色 ｒ、ｇ、ｂ：每种原色的比例系数 ≡：表匹配意思，即视觉上颜色相等 ｒ＋ｇ＋ｂ＝１

色度图(chromaticity diagram)

（2）颜色的测量和计算 已知某被测物坐标位置是：X=0.1720，Y=0.5333 通过作图测得其主波长是510nm，X入=0.139，Y入=0.7502；又已知白点C X0=0.3101，Y0=0.3163。 则饱和度（Pt）=（0.5333-0.3163）/（0.7503-0.3163）=50%

3、孟塞尔颜色系统(Munsell color system) 又称为色标测色法 用一个三维空间的类似球体模型把各表面色的三种特性（色调、饱和度、明度）表示出来。 测色结果的记法：色调（H）、明度(V)、饱和度(C) 例如：10P5/8,N5/0 其结果可以与CIE互相转换

六、颜色视觉现象 1、颜色视野

2、颜色辨别 Bezold-Bruicke效应

3、颜色常性 布伦斯维克提出一个简便的方法计算常性： Ｋ＝（Ｒ－Ｓ）／（Ａ－Ｓ） Ｋ：布伦斯维克比率（以百分数表示） Ａ：标准制刺激的反射率 　　　 Ｋ＝（Ｒ－Ｓ）／（Ａ－Ｓ） Ｋ：布伦斯维克比率（以百分数表示） Ａ：标准制刺激的反射率 Ｓ：按标准刺激计算的配对反射率 Ｒ：实验匹配的反射率 A=40% 10呎烛光 50呎烛光 S =8% R=24% K=(24—8)/(40—8)=50%

4、主观颜色

5、颜色对比和适应 盯着灯泡看30秒以上，尽力不要移动你的目光。然后把你的目光移到任何白色的区域，你看到了什么变化？

凝视左边的十字约30秒，再看右边的十字，你看到了什么变化？

思考题 光的单位有哪些？亮度和照度的关系如何? 网膜的结构和功能特点？ 明视觉和暗视觉有什么不同？明适应和暗适应的过程怎样？影响暗适应的因素有哪些？如何绘制暗适应曲线？红光保护暗适应的机制？ 视敏度的指标及影响视敏度的因素？ Cff及影响cff的因素？ 颜色的基本特征有哪些？结合颜色三度空间纺锤体说明。 举例说明色光混合和颜料混合的特点？颜色混合的三定律？ 如何运用CIE色度图来标定颜色，请作图示意。 如何计算颜色常性？