色彩知覺 （Perceiving Color）

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1 色彩知覺 （Perceiving Color）
Chapter 9 色彩知覺 （Perceiving Color）

2 色彩知覺的重要 the case of Mr. I (火星上的人類學家，天下文化） 失憶 失讀（五天） 喪失色彩知覺 對於自己出車禍
「…拿起報告一看，他卻什麼也看不懂。他看見大小不同的字體，個個清晰無比，但看起來卻像希臘字母或是希伯來文。….」 喪失色彩知覺

3 「這會兒的畫布，居然是灰灰，白白或是黑色的。他的畫---曾經充滿了聯想，感情與意義—如今看來，竟是那麼的陌生，而且沒有任何意義。直到這一刻，一股莫大的失落感向他襲捲而來。他這一生都是個畫家，而今連他的藝術也變得毫無意義，….」 「…他發覺食物令人作嘔，因為每樣食物看來都灰灰的，死死的，他必須閉上眼睛才吃得下去。但這也沒多大幫助，因為他心中一顆蕃茄的形象，就像他眼中看見的一樣漆黑。….他轉而只吃黑色與白色的食物…至少看起來比較正常…」

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7 色彩的基本特性 功能︰ 可促進知覺組織（如圖形背景分離）而有助於生存，如「採水果」

8 採莓果是一件困難的事，我通常得用手指在葉子間摸索，根據形狀才能知道我摸到莓果了……. Knut Nordby(一位色盲的視覺科學家）
Tanaka et al. (2001) 正確顏色的水果較容易辨認

9 色彩經驗 基本色 紅黃綠藍及組合可用以描述所有顏色 （其他顏色不必然需要） 落在色環的四個方位 可區辨的顏色達200萬
(但實際上常用的不同顏色數量不多）

10  The Munsell book of colors

11 波長（wavelength）與色彩

12 強度（intensity） 飽和度(saturation) 色錐（color spindle）

13 物體的色彩大多取決於物體反射的光線波長組成
反射曲線（reflectance curve）

14 無彩度色（achromatic color）或色調（hue）指反射曲線為平的色彩，如：白，灰，黑

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17 Color Mixing Additive color mixture色光為相加混色:Mixing lights of different wavelengths 17

18 Color Mixing Subtractive color mixture 顏料為相減混色 不同色素分子混在一起 （無法吸收B, G）
＋（無法吸收Y, G）= 無法吸收 G Subtractive color mixture 顏料為相減混色 不同色素分子混在一起

19 透明物體的色彩（translucent color）則取決於某些波長的選擇性穿透
神經系統如何登錄顏色？ 三原色論 vs, 拮抗歷程論

20 三原色論 (trichromatic theory)
Thomas Young與von Helmholtz根據配色（color matching）實驗的結果提出三原色論，後稱為Young-Helmholtz色彩視覺理論 – 配色實驗 只要有任何三種不同波長（且任何一個不能由另二色混出），正常色彩知覺的受試就能配出任何特定波長的顏色，但兩種波長的色光不行

21 對任何波長色光的知覺都可以由三種受器（receptor）機制加以解釋，每種受器的波長敏感度分配不同，不過彼此亦有重疊之處，所以特定波長光往往會對三種受器產生不同程度的激發

22 生理證據： 三原色論提出70年之後，生理學家找到三種受器的生理基礎 三種錐細胞 (S, M, L cones) ，各有不同的色素吸收光譜

23 如果色彩知覺真的取決於三種受器機制，那麼不同波長的色光激發三種受器的反應組型應該不同

24 而且混色的結果是可由三種受器機制導出的 +

25 光學顏色混合（optical color mixing）
新印象派，點描畫 （Georges Seurat 秀拉，1886, Art Institute of Chicago ） Sunday Afternoon on the Island of la Grande Jatte

26 新印象派(Neo Impressionism)
新印象派又稱點描派(Pointillism)或分割派(Divisionism). 新印象派是一群將印象派的理論用科學的方法發揮到極致的畫家. 依據印象派的理論, 太陽光的顏色是由分光鏡所分析出的七色, 所以印象派的畫家多用那七色作畫. 可是, 新印象派的畫家不但只用七色作畫還將七色原原本本的用點描在畫布上. 若只是將畫的一部份放大來看, 只是重疊的色點可能大家根本看不出來畫什麼東東, 但距畫一定的距離來看, 所有的色點把您的眼睛當作調色盤, 所呈現出來的耀眼, 清新不是其它畫法所能比擬的. 新印象派的代表畫家有: 短命的新印象派宗師秀拉(Georges Seurat)新印象派的推銷員西捏克(Paul Signac)

27 三原色論可以解釋metamerism 兩組刺激雖然波長組成不同，卻能產生相同的色彩知覺，而這兩組刺激則稱為metamers

28 但一定要「三」原色嗎？ 一種？ 那麼任何波長的（單一）光子被吸收都產生相同結果 – the principle of univariance
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29 One receptor type cannot lead to color vision:
Absorption of a photon causes the same effect, no matter what the wavelength is. - Adjusting the intensity of the light ∥ cone response  Intensity of the light ↑

30 One receptor type cannot lead to color vision:
Adding the second pigment caused different effects to Mary’s and Barbara’s dresses, even when the intensity changed.

31 足以區辨550 與 590 nm? Figure 7.13a: Absorption spectrum for pigment 1, showing how to determine the number of molecules isomerized by 1,000 photons of 550- and 590-nm light. The number on the left axis is the percentage of light absorbed. The numbers indicated by the arrows on the right are this percentage multiplied by the intensity of each wavelength. The table shows the result as the number of pigment molecules isomerized by each wavelength.

32 No, 只要調整兩種波長的相對強度，550 與 590 nm的反應可以成為相同

33 兩種？ 無法同時調整兩種波長色光的強度造成兩種色素的反應相同

34 色盲 Ishihara plate

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36 根據配色實驗時需要幾種色光來作混色，色彩知覺異常可分三種
Monochromat只用一種波長來match所有顏色 dichromat 用兩種波長 anomalous trichromat用三種，但混合的比例不同於正常人 色盲的人的色彩知覺經驗是什麼？ Unilateral dichromat

37 Monochromatism 10/100,000，只有一種錐細胞或者沒有錐細胞—即使白天也使用桿細胞（10%） 完全沒有色彩經驗（灰，黑，白）

38 Dichromatism: 性連遺傳（X染色體） 知覺經驗？--問unilateral dichromat
Protanopia (L cone pigment deficiency) Deuteranopia (M cone pigment deficiency) Tritanopia(S cone pigment deficiency) 較常見

39 Figure 7.16 (a-c) The color perceptions of the three kinds of dichromats. The number of the arrow indicates the wavelength of the neutral point, the wavelength at which gray is perceived. (d) Color perception of a trichromat. (Spectra courtesy of Jay Neitz)

40 拮抗歷程論(opponent process theory)
Hering觀察到在後像（afterimage）、同時色彩對比（ simultaneous color contrast）及色盲，發現紅/綠與黃/藍總是各成一組 (demo3.6.2, 3.8.1~ 3.8.4)

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47 Table 7.3 Results of afterimage and simultaneous contrast demonstration

48 色盲亦然，對紅色色盲，也會對綠色色盲；對藍色色盲，也會對黃色色盲
一般人也很難想像「紅綠色」或「藍黃」色；報告顏色的時候也很少混合「紅」與「綠」或「藍」與「黃」

49 三原色論不易解釋這些現象，Ewald Hering 認為有三組彼此獨立的拮抗機制，紅/綠，藍/黃，白/黑，每組機制對不同波長產生正負反向的反應，互為拮抗。 (demo 3.5.1, 3.5.3~3.5.5) 可以解釋後像(3.6.3)

50 生理證據： 網膜與LGN均找到對於波長特性具拮抗性的神經元

51 但為何兩種理論都有生理上的支持證據？ 只有一個是對的？ 兩個都對→兩階段論

52 Demo 3.6.6

53 Opponent Neurons Necessary ?
Two cones respond to two wavelengths Trichromatic theory Opponent response Inhibitory vs. excitatory

54 皮質的的色彩處理 即使錐細胞正常，也有可能喪失色彩知覺 – cerebral achromatopsia
The case of Mr I 視覺敏銳度與運動知覺都正常，顯示有獨立的色彩處理中心 V4為色彩知覺中心？ 不止一個區域，如切除猴子的V4僅引起少部分的顏色知覺缺損

55 Case M.S. 可以偵測由色彩界定的邊界，但卻無法知覺兩個區塊的差異（覺得都是灰的） MS可以處理及運用波長的訊息，但無法產生色彩知覺經驗，顯示腦對於波長訊息的處理可能是分散（distributed）的，只有當處理到某種程度時才會產生「色彩」經驗

56 照明條件對於色彩知覺的影響 色彩恆常性（color constancy） 即使照射光源之波長改變，物體或平面的知覺顏色不變。
條件：雖然光源波長改變，但均勻落在整個視野。 功能：促進穩定的知覺，彌補自然環境中光線變動的影響。

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58 Figure 7.24: The reflectance curve of a sweater (green curve) and the wavelengths reflected from the sweater when it is illuminated by daylight (white) and by tungsten light (gold). Fig. 7-24, p. 157

59 可能與色彩適應（chromatic adaptation）有關

60 Figure 7.25: Adapting field for chromatic adaptation demonstration.

61 Uchikawa’s experiment
Partial color constancy

62 也可能和周遭環境有關 運用周遭物體估計落在目標物體上的照明情況，因而協助色彩恆常性 知識也有影響 Color constancy might be achieved because of people’s knowledge (ex. red stop sign) Hansen et al. (2006): Banana or spot of light against a gray background adjusted to match the background  The spot was gray. The banana was slightly yellow.

63 亮度恆常性 反射入眼的光度不同時，對於非色彩（achromatic）色（如黑、灰、白）的知覺仍然維持恆定 反射率比較重要—而非反射的光度

64 比率法則（ratio principle）
平面的知覺受其與周邊強度的比例所影響 加上對於陰影的詮釋

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66 照明邊界 反射邊界 Illumination edge Reflectance edge Fig. 7-28, p. 160
Figure 7.28: This unevenly illuminated wall contains both reflectance edges and illumination edges. The perceptual system must distinguish between these two types of edges to accurately perceive the actual properties of the wall and other parts of the scene, as well. 反射邊界 Fig. 7-28, p. 160

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70 Meaningful shapes help define that it is a shadow and thus an illumination edge
Figure 7.29: The pattern created by shadows on a surface is usually interpreted as a change in the pattern of illumination, not as a change in the material making up the surface. The fact that we see all of the bricks on this wall as made of the same material, despite the illumination changes, is an example of lightness constancy. Fig. 7-29, p. 161

71 Perceptual Experiences are Creations of the Nervous System
Physical energy in the environment does not have perceptual qualities. Light waves are not “colored.” Different nervous systems experience different perceptions. Honeybees perceive color at 350nm, which is outside human perception. We cannot tell what color the bee actually “sees.”

72 End

73 Table 7-2, p. 148