7.2　颜色视觉现象

7.2.1　视网膜的颜色区

在第四章中已经介绍，正常眼视网膜中央的黄斑区域分布有致密的视锥细胞，负责明视觉，可以分辨颜色和细节。而在视网膜的周边区仅分布有视杆细胞，因此周边区域是全色盲，只能分辨明度。从中央区到周边区过渡，颜色的分辨能力和感受性逐渐减弱直至消失。反映在视野上，视网膜的颜色区比整个视野小得多。在视野的边缘，任何颜色看起来都是灰色的。当作为刺激的颜色块的像从视网膜边缘向中央区移动到一定位置时，将被看成是黄色的或蓝色的，视网膜的这个中间区域称为“黄—蓝区域”。如果颜色块是橙色的，在人眼看来却是黄色的，只有当它继续向中央区移动到一定区域内时，才出现正常的色调。在后一区域里，视网膜为颜色块补上了红绿两种色调，因此该区域称为“红—绿区域”，它可以正常地感知各种颜色。视网膜的颜色区也称为颜色视野，右眼的颜色视野如图7‐8所示。在周边视野的测定实验中，可以发现采用不同颜色的光标、不同的光标亮度以及选取不同的光标直径时，所测得的视野大小范围是不同的。视网膜各颜色区域的界限，也因刺激的明度、大小、背景及眼睛的适应而改变。

7.2.2　颜色辨认

具有正常色觉的人，在光照条件适中的情况下可以看到可见光谱范围内的各种颜色，如红、黄、绿、蓝、紫等；也可感知两个相邻颜色之间的中间色，如黄绿色、蓝绿色、紫红色等。人眼感知的颜色与光波长之间的对应关系如表7‐1所示。对于某些波长的光，眼睛所看到的颜色和波长之间的对应关系并不是固定不变的。因为在大多数情况下，光强的变化会使颜色也相应地发生变化。在整个光谱中，只有三种颜色，不论光强如何，其颜色似乎始终保持不变，它们是波长570nm的黄绿色，505nm的绿色，以及473nm的蓝色。除此之外，其他颜色在光强增加时都稍微向红色和蓝色两端变化。

图7‐8　视网膜的颜色区（右眼的颜色视野）

表7‐1　不同色调的光的颜色及其光波长

在可见光谱中，从红色端到紫色端，中间尚有各种过渡的颜色，而眼睛对光谱中各不同区域的波长变化的感受性也是不同的。在黄色和青色区域，只要波长改变1nm，人眼便能觉察出来；在其他多数波长区域，波长改变2nm才能看出其变化。而在光谱中部的绿色区域，以及两端的红色和紫色区域，眼睛对光波长的变化反应很不灵敏，基本上感觉不到颜色的差别。

7.2.3　颜色对比与颜色后像

上文已经提到，颜色与颜色之间会产生交互作用，突出表现为周围背景的颜色对被注视色的影响。这种影响不是物理上的，因为就物理刺激而言，背景色的光线并没有对被注视色的光线产生多大改变。只是当它们同时作用于我们的视网膜之后，它们之间的影响才显得十分明显，这就是视觉的颜色对比现象。在一片淡红的背景中间，一块鲜红的颜色看起来并不明显，观察者会觉得这块颜色变暗淡了；而如果是处在白色的背景中，同一块鲜红的颜色会显得十分醒目。在明度方面，白色背景上的灰色看起来发暗，而黑色背景上的灰色则发亮。在图7‐9所示的例子中，图像左边和右边的灰色长条明度是一样的，但因为受不同明度（白色和黑色）的背景的对比作用，在视觉上看来灰色条的明度明显不同，即左边的那些发暗，右边的则发亮。(www.daowen.com)

图7‐9　颜色的明度对比

颜色对比的另一种表现形式是颜色后像。当看过太阳或明亮的灯泡后，在眼前会出现太阳或灯泡的后像。在灰色背景上放置一块红色的纸片，观察一段时间后移开红纸片，在背景上可看到一个绿色的后像。如图7‐10所示，注视左图中央的白点约一分钟，然后快速移开视线至右图方框内，即可看到左图的后像。有兴趣的读者，不妨在计算机上自行制作类似的图案，并配以不同的颜色，如红、绿、青、黄、蓝等，便可观察到奇妙的彩色后像现象。这时的后像是原来颜色的补色，也称为负后像。

图7‐10　颜色的后像（参见附录彩图）

此外，不同颜色的色块在视觉上看来具有不同的感受特性，如远近、大小、宽窄、明暗等方面的差异。在使用电脑时，如果细心留意一下，就会发现屏幕上显示的不同颜色的字体看起来远近会有所不同，这可能是因为眼球光学系统对不同颜色的光的折射能力不同而造成的。另一个例子是法国的蓝、白、红三色国旗（图7‐11）。在视觉上看来这三条色带显得非常自然和匀称，一般总以为它们的宽度是相等的，而事实上，蓝色、白色、红色三条色带的比例是30∶33∶37，读者不妨从网络上搜索彩色的法国国旗并实际测量一下。据说，法国国旗原来是按照等宽度设计色带的，可国旗做好后，发现红色带看起来总比蓝色带显得窄，于是就把红色带加宽，蓝色带适当变窄，最终获得等宽度的视觉效果。

7.2.4　颜色常性

视觉系统的输入信息，是外界景物在视网膜上所成影像提供的光刺激。显然，当环境照明光的亮度和光谱特性变化时，视网膜像的光刺激也发生改变。单从物理学上而言，人眼应该获得不同的颜色视觉结果，如果将这样的光刺激作用于机器人视觉，必定会引起不同的颜色反应，甚至可能将同一景物感知为不同的东西。奇妙的是，人类的视觉在一定范围内仍能够将目标的颜色感知为相对恒定，而不受光照条件的影响。例如，一朵红色的鲜花，在强烈的太阳光下看起来是红色的，在稍暗的房间内看也还是红色的；煤炭在强烈的阳光下和黑暗中看起来都是黑色的，尽管这两种情况下煤炭受照射及反射的光强度可能相差好几个数量级。这类不受照明条件影响，物体的颜色看起来保持相对恒定的现象，称为颜色视觉的常性。

图7‐11　法国国旗——不同颜色的色带的视觉感受

产生颜色常性现象的原因不是物理学上的，而肯定是心理学上或大脑皮层因素造成的结果。主要有两种理论对此作解释。一是颜色常性的无意识认知性理论，认为视觉对物体的感知主要是抽取它的颜色信息，由于我们的兴趣和注意力在于物体经常表现的颜色上，以至于当光照发生改变时也没有意识到颜色的变化。另一种解释是Hering提出的记忆颜色理论，认为凡是过去经验过的物体的颜色，一旦重新出现在我们的视野中，视觉必定是先入为主地将该物体的颜色感知为记忆中的颜色，即使光照条件变化也不理会。这两种理论，都能够在一定程度上解释颜色常性现象，又不能完全自圆其说。

颜色常性现象的存在是有一定的范围的，当光照强度变化太大时，或者照明光的光谱改变太多时，颜色常性同样受到破坏。只要仔细观察，强烈阳光下的煤块和黑暗中的煤块，两者的黑色在色调和明度上是有较大区别的。而在紫色的日光灯下，红色的衣服看起来也会变成淡紫色或灰色。许多人有过这样的经历，当在日光灯通明的大商场中购得颜色满意的衣料后，出去到太阳光下一看，有可能布料的颜色并不怎么讨人喜欢。上文提到的舞台布置，实际上正是利用照明光强度和色彩的变化对颜色常性的破坏，从而以相同的布景，使人眼产生不同的颜色视觉效果。