第三节颜色视觉Word下载.docx
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饱和度（saturation）是色调的表现程度，它是指同一色调的两种颜色，哪一种含颜色较多或较少，它决定于物体所发射出来的光线中规定其色调的波长占多少优势。
实验证明：
三个特征中若其中之一发生改变，颜色就起了变化。
若两个颜色的三个特征相同，那么不论它们的分光组成如何，在视觉上总是产生同样的色感觉。
在物体反射的光线中，占优势的光波波长决定颜色感觉，这是最本质的颜色属性，见表6－8。
颜色的饱和度是指一个颜色的纯洁性，它取决于表面反射光波波长范围的大小，即光波的“纯度”。
光谱上的各种颜色是最饱和的颜色。
颜色中掺入白、灰或黑色越多，它就越不饱和。
颜色的三个基本特征，可用一个锥体来形象地表示这三个维度的关系。
锥体内的各点表示色调，半径表示饱和度，纵轴表示明度。
颜色锥体的垂直部分，表示单一色调在饱和度和明度上的区别，见图（6-12）。
了解了颜色的基本特征，我们能进一步去认识外部的颜色世界。
白光来自于太阳中所有光谱色的混合。
当然把阳光分解成彩虹时，我们实际上能够从其中看到可见光谱中的所有色彩，光谱是按红、橙、黄、绿、青、蓝、紫的固定顺序排列的。
这种不变的顺序可以解释波长的不同长度，红光的波长最长，而紫光波长最短。
这种差别也可以说明这样的一个事实，红光比其他色彩的光的传递距离更远。
当光源变化时，色彩也发生变化。
在拂晓和黄昏，太阳的位置离地球表面很低，因此，它的光线必然更多地穿透地球表面的大气层。
大气中的灰尘颗粒和水汽阻挡了波长较短的蓝光，在它们能够到达地面之前把它们驱散。
结果这时候的自然光缺乏蓝色光线，因此天色显得较红。
反之，晴朗天空的直射光可以使更多的蓝色光线到达地面。
就人造光来说，白炽灯泡散发更多的黄色射线，而萤光管则使橙色变为蓝色。
水银灯用于公路照明，因此，减少红光，增强蓝光和绿光。
在我们的环境里物体能够显示颜色，这是因为它们吸收一些光线，反射另一些光线。
例如，成熟的西红柿除了红色之外吸收所有的光线，它把红光波长反射给我们的眼睛。
西红柿的藤蔓主要吸收红色、橙色和紫色射线，反射蓝色、黄色和大量的绿色射线，因此，呈现绿色。
物体的表面色彩随同它的视觉色彩形成一种综合色调，它保留在光束之中反射给我们的眼睛，这取决于物体吸收或消除某种波长的能力。
任何量的色彩都能够通过物体表面反射出来，主要是根据光源中这种色彩的比例。
在白炽光下，由于具有大量的黄光，西红柿呈橙红色。
在晴朗的白天，西红柿的红色偏蓝，是因为有大量的蓝色射线到达它的表面。
在水银灯光下，由于极其缺乏红光，可怜的西红柿从光束中吸收了所有其他颜色的射线，结果，几乎变成了黑色。
服装色彩在光源的变化中特别受到影响。
白天购买的一件淡紫色上衣在黄色的人造光下可能会变为淡灰色。
所有色彩系统都是根据彩虹来分段。
也就是说，一系列颜色是按固定顺序排列的。
各种色彩系统之间的基本差别在于每种系统所指定的原色稍有不同。
普遍使用的原色包括红、黄、蓝三色。
彩色印刷程序使用品红、黄、青三原色，而彩色电视的原色是红、绿、蓝。
在我们的色彩研究中我们将使用孟塞尔颜色系统，因为它对限定颜色特性提供了精确的尺度。
孟塞尔颜色系统将在本节加以讨论（参见图6－19和图6－20）。
（二）颜色混合和混合定律
颜色混合（或混色）（colormixture）涉及两大法则，一是满足色光混合的加色法，二是符合颜色混合的减色法。
导致这两种混合方向相反的原因主要是由于材料的物理属性不同。
1.光谱中的色光混合是一种加色法
加色法（或相加混色）（addi－tivemixture）的原色是红、绿、蓝，它们的波长分布属于可见光谱的两端和中部。
用三架幻灯机同时投射这三色光并使之重叠在一起时，我们看到的是白色光。
但除非是在光学实验室里，一般情况下产生的白色光并不是纯粹的三原色。
事实上，我们见到的许多颜色大都是不同光波混合的结果，所谓同色异谱的现象说的就是这个道理。
人眼不是非常精细的感觉器官。
例如，当我们面对一个波长是570毫微米的黄色光，同时有将650毫微米的红光和530毫微米的绿光按一定比例合成另一个黄光，我们人眼是感觉不出这两种黄光有什么差别的。
于是我们认识到光谱中的每一种色光，都有另一种按比例与它混合得到一种白色的色光，它们都能在色环和色三角上找到大致的关系，这种关系构成了补色对。
加色法的结果可用简单的式子表示如下：
红色+绿色=黄色
红色+蓝色=紫色
蓝色+绿色=青色
红色+蓝色+绿色=白色
红、绿、蓝色称为基色，而青、紫、黄色分别称为它们的相应的补色，这是因为，每一补色以适当的比例加上其相应的基色即可得到白色，例如黄色和蓝色混合即得白色（参见图6－13）。
2.用颜料、油漆等的混合配色是一种方法
它与色光混合不一样，例如混合黄色和蓝色是颜料吸收了一定波长的光线后所余下的光线的色调。
例如黄色颜料是从入射的白光中吸收蓝光而反射红光及绿光，而这两种光合在一起引起黄色的感觉。
减色法（或相减混色）（subtractivemixture）的三原色是黄、青、紫，它们是加色法三原色的补色（complementarycolor）。
彩色电视主要是应用加色法，即彩色光在显象管光屏上组合是相加混合的结果。
而彩色电影的画面则由黄、青、品红三种影片染料按减色法处理构成的。
参见图6－14可得如下结果：
黄色=白色-绿色
紫色=白色-红色
黄色+紫色=白色-蓝色-红色=绿色
紫色+青色=白色-绿色-红色=蓝色
相加混色和相减混色得出的明度也不一样，在加色法混合后产生的颜色其明度是增加的，等于其投射的光束的明度的总和；
而在减色法中混合后得出的颜色，其明度是减少的。
3.混色定律
各混色光对视觉器官的作用是相加的过程，而且，遵循以下三条规律，即相加混色三定律。
这三条定律具体内容是：
（1）补色律：
补色律（lawofcomplementarycolors）是指每一种颜色都有另一种与它相混合而产生白色或灰色，这两种颜色称为互补色。
牛顿将光谱色按照它们自然的秩序排成圆周，在红与紫的两端之间留一个弧度给非光谱色的绛色，再回到光谱中的红色，这样就排成一个色圈（见图6－13）。
若把各种色之间的间隔排列适当，如圆周上任何直径相对的两种颜色以适当的比例用色轮转动来混合，它们会消失各自的色彩而变成灰色。
我们把直径相对的两色称之为补色。
（2）居间律：
居间律（lawofintermediary）是指混合色圈上两个非互补的颜色产生介于这两种颜色之间的中间色。
例如，我们将红色与黄色进行混合便可得到介于这两色之间的橙色。
中间色的色彩取决于两者的比例，若红与绿混合，按混合的比例不同，可以得到介于它们之间的橙、黄、黄绿等各种颜色。
中间色的饱和度一般是较低的，它的饱和度与两色之间在色圈上的距离成反比，与两色原来的饱和度成正比。
根据居间律的原理，我们只要确定出三种基本的颜色（即红、绿、蓝），逐一将其中两者进行混合，即可得出光谱上的各种颜色。
（3）代替律：
代替律（lawofsubstitution）是一条很主要的定律，混合色的颜色混合不随被混合的颜色的光谱的光谱成分而转移。
不同颜色混合后产生相同的颜色可以彼此相互代替。
例如：
颜色A=颜色B；
颜色C=颜色D
则A＋C=B＋D
代替律表明，只要在感觉上颜色是相似的，便可以互相代替而得到同样的视觉效果，尽管它们二者的光谱成分是不同的。
A＋B＝C
若X＋Y＝B，则A＋X＋Y=C
根据这个定律，可以充分利用各种颜色混合，进行代数式的相加和相减得出所需要的各种颜色。
以上是颜色混合的三条定律，其他较复杂的问题也都是从这里出发的。
对于混合规律的研究，不仅揭示了颜色混合的定律，而且在鉴定各类色盲、色弱患者上有临床意义。
4.混合颜色的方法
混合颜色的方法很多，这里介绍二种常用的简易方法。
一种采用一套已知透光率的良好滤色片，透光率不同的滤色片可以得到光谱中各种单色，然后，把它们同时投射在不反光的白色屏幕或视网膜的同一部位上，这是一种方便又对精度没有什么影响的做法。
另一种混合方法更简单，用色轮（见图6－15）就可以。
色轮（或混色轮）（colorwheel）乃是一个由不同颜色扇形所组成的圆盘，套在旋转器的轴上，在转速超过闪光临界频率时（约30转/秒），即产生一种均匀的混合色。
混合色的性质决定于每种被混合的色纸显露部分的比例。
但这种方法用颜色纸来配色，颜色纸反射的往往不是一种单色，因此，混合出来的颜色是很不饱和的。
例如混合普通的红色和绿色得到黄色。
但用这种方法所得到的是灰黄色（棕色、黄褐色）。
另外，用色轮混合时，混合色的亮度不像色光混合时的亮度相加，而是介于混合成分亮度的中间。
除此之外，用色轮混色也是遵循颜色混合的三条规律。
（三）颜色视野和光谱敏感性
人眼注视外界景物，大约有近似2°
的直径范围能获得最清晰的感觉，称为中央凹视觉（fovealvisual）；
在中央视觉周围的区域只能获得模糊的视觉景象，这是边缘视觉（peripheralvisual）；
人眼的中央凹视觉和边缘视觉用视野计（perimeter）能够准确地测量。
正常人双眼同时注视一景物时，视野大约有120°
左右是重叠的，双眼视野比单眼视野的范围要大。
正常人的视野大约每只眼睛上下垂直视野可达135°
到140°
左右，水平视野可达150°
到160°
左右。
各人的视野也有一定的个体差异。
有色视野与无色视野的范围是不同的。
有色视野中不同的颜色所占的范围也不同。
在同一光亮条件下，白色视野的范围最大，其次是黄蓝色，再次是红色，绿色视野最小（图6-16）。
我国研究人员测定中国人的有色视野所得的结果是：
白色视野分别为上-45.4°
，下-63.6°
，向内-61.7°
，向外71.6°
；
绿色的视野分别为30.6°
，42.9°
，41.4°
，51.9°
。
参见图6-16，图中心附近的小圆圈为盲点（blindspot）。
为什么不同颜色有不同的视野呢？
这是由于视网膜的中央凹部位和边缘的结构不同。
视网膜中央区能分别出各种颜色，由中央区向外周部分过渡，对颜色的分辨能力减弱，人眼感觉到的颜色的饱和度降低，最后直到色觉消失。
通常，对于中等亮度的刺激，任何人的网膜边缘都看不到颜色，一切有颜色的物体在视网膜边缘区域呈现不同明暗的灰色。
另外，视网膜中央部位有一层黄色素，它能降低光谱短波（如蓝色）的感受性。
不同人种的黄色素的密度有所不同，并且黄色随年龄的增加而变化，年龄大的人水晶体（lens）变黄，黄色素增多，因此，不同年龄的人的颜色感受性会有所不同。
在光亮处，等能光谱最亮的部分在556毫微米（黄绿光带）处。
逐渐减少光亮度，光谱颜色越来越暗，以至看不出颜色，全部光谱呈不同程度的灰色。
随着环境亮度的逐步降低，光谱最亮部分向左移，最亮部分为510毫微米（蓝绿光）处，而原来的红色部分则看不见了。
所以在白天，黄绿色的物体显得最亮，而在黄昏时，蓝绿色显得较亮，红色不明显。
这种现象称为浦肯野现象（Purkinjephenomenon）。
这种现象只有当光照射视网膜边缘部分时才会出现。
由此可见，中央凹视觉（视锥细胞）有辨色能力，边缘视觉（视杆细胞）不能辨色。
浦肯野现象是在光线转暗时，色觉由视锥细胞向视杆细胞转移的结果。
这就进一步解释了为什么颜色感受视野范围比较狭小（参见图6－17）。
二、颜色的视觉现象
要了解正常人的眼睛在光亮条件下是如何感觉颜色的，有些什么特点，掌握比较典型的视觉现象是十分必要的。
下面介绍三种视觉现象。
（一）颜色对比
颜色对比（colorcontrast）是两种不同的色光同时作用于视网膜的相邻区域，或者相继作用于视网膜的同一区域时，颜色视觉所发生的变化。
前者是同时对比现象，后者是继时对比现象。
例如，注视黄色背景上的一小块灰色纸片几分钟，你就会感觉到灰色的纸片呈蓝色；
同理，在绿色背景上灰色纸片会呈红色，这是同时对比（simultaneouscontrast）现象。
若在灰色背景上放一块颜色纸片，注视短时间后再撤走纸片；
或先注视颜色纸片，再插入灰色背景，你就会在背景上看到原来颜色的补色。
这是继时对比（或连续对比）（successivecontrast）。
无论是同时对比还是继时对比，它们主要是色调对比。
颜色对比现象还有其他方面的表现，例如，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，这是明度对比现象。
依黑林（EwaldHering，1834～1918）的看法，明度对比产生的现象是一个视网膜区的活动引起临近区域相反活动的结果。
他仿用谢灵顿（Sherrington，1897）“对比盘”（见图6－18）证明，当黑白盘的转速达到闪光临界融合频率时，黑白明度对比效果就提高了。
然而，色彩明暗对比的程度有助于整体外表的有效表现，其道理是很清楚的。
由于我们很少孤立地观察一种颜色，因此理解各种颜色接近时如何相互影响就非常重要。
例如，当红色被黄色所包围时，红色会偏于光谱中的紫色的一侧；
若被蓝色所包围，红色就会偏于橙色。
这一简单的现象被称为同时对比：
当两种不同的颜色开始直接接触，它们之间的差别就会增强。
它们往往相互排斥。
它们的明度、色调和饱和度的变化程度将会更大。
在实际生活中，常有这样的例子，邻接的色调在色谱中相互排斥。
金发的人穿上鲜艳的黄色上衣会使头带绿色；
天蓝色靠近绿色会呈现蓝色，就像红色靠近紫色会呈蓝色。
（二）颜色适应
在黑暗中经过较长的时间，视网膜的感受性会发生变化，这是一种适应现象。
注视一个红色纸片半分钟，然后注视灰色背景，色觉会发生逆转，这就是一种适应。
色适应与色对比有时很难划分，但研究者通常把先看到的色光对后看到的色光的影响叫作色适应。
我们用实验的方法来表征这种现象。
以每秒钟一次的黄色小闪光投射在注视点上，观察者注视红色强光视野，待适应后再回头看原来的黄色闪光。
开始闪光变成了绿色，经过一段时间后才逐渐增加了黄色的感觉成分，几分钟后，才完全恢复黄色闪光的感觉。
这就是典型的颜色适应（visionadaptation）现象。
黑尔森（Helson，1948）曾做过一系列颜色适应实验，其中有一项是这样的：
实验在暗室进行，照明是红色的，几分钟适应后，实验者请被试者判断一套从黑到白的19件标本，并要求他根据熟悉的评定标准为这些标本的色调、明度和饱和度作等级排列。
结果，凡与墙背景的反射率相近的标本都被判断为红色，反射率愈高则被认为饱和度愈高。
而比墙颜色深的标本被认为是绿色或蓝绿色，即红色照明的后象（注6-1）补色；
反射率愈低，蓝绿色显得愈饱和。
其后，麦克洛（Mecollough，1965）的研究也证明了这一视觉现象。
他首先把色适应与图形方位结合在一起研究，他发现在让眼睛交替适应蓝背景上的水平栅条和橙色背景上的垂直栅条之后，紧接着让被试看无色背景上的同样黑白栅条，被试者便把水平栅条看成橙色，而把垂直栅条看成蓝色。
这是一项典型的例子。
在生活中也有许多这样的例子，若你凝视红色，然而把视线移到白色，你就会看到淡淡的蓝绿色（红色的互补色）。
若你在任何其他鲜艳的颜色上重复这个试验，你都会发现一种互补色的残留影象。
当视觉从鲜艳的橙色毛衣上移向淡灰色的裤子，就会附加上蓝色的残留影象，使裤子呈现蓝灰色。
鲜艳的品红色上衣会使白色的皮肤产生绿色。
当一种强烈的色调和它最不相同的颜色——它的互补色（complement-arycolor）结合时，就会附加上一系列的残留影象，这种增加的强度使人难以接受。
这可以说明为什么我们的眼睛难以接受强烈的互补色的组合。
当注6－1：
后象（afterimage）指刺激消失后而感觉暂留的现象。
后象按性质不同而分为两种：
一为正后象（positiveafterimage），其特征是刺激消失后所遗留的后象与原刺激的色彩或明度相似，仍有短暂光色的视觉现象留存即属之。
另一种为负后象（nega－tiveafterimage），其特征是后象的明度与原刺激相反，而色彩与原刺激互补（见张春兴，1989）。
一种或两种互补色减弱时，振动的感觉也会减少。
在服饰中，对应互补色的强化难以获得美观的效果。
目前，色适应的成因机制尚待研究。
有一种解释是，这种现象的出现是因为人类眼睛的神经末梢对强烈的颜色很快产生疲劳；
对于这种颜色的敏感减退了，视觉中接受的互补色倒成为主要的了。
换言之，眼睛从强烈的颜色中为自己提供救援。
有研究者发现，对一只眼睛建立强色光适应后会影响另一只眼睛色觉的现象，使人们相信颜色适应是在较高的视觉系统水平上产生的效应。
（三）颜色常性
人眼对物体颜色的感知，在外界条件变化的时候，仍能保持相对不变，表现出颜色常性（或颜色恒常性）（colorconstancy）。
这对人类适应环境的过程具有重要意义。
试想，若缺乏这种能力，我们的感觉完全遵循实际的物理刺激，那么一块在阳光下的煤就应是白亮的，一支白色粉笔在阴影里是灰黑的了，因为实测发现在阳光下煤的明度（反射系数）比阴影里的粉笔的明度大得多。
若是这样，我们的日常生活将陷于混乱，甚至无法生存。
究竟是什么原因使我们的视觉系统具有颜色常性的呢？
历史上有过两种主要的解释，赫尔姆霍茨（HermannVonHelmholtz，1821～1894）认为这是一种“建立在无意识感觉上的理智判断”。
而黑林不同意这种观点，他提出“颜色记忆”的概念。
迄今为止，两种观点中哪一种更好些还尚不知晓，事实上，它们都有经不起检验的地方。
然而自卡茨（Katz，1911）把颜色常性问题引入心理实验室，并集中研究照明变化对于常性知觉的影响以来，对颜色常性的研究前进了一步。
布伦斯维克（Brunswilk，1929）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
S：
按标准刺激计算的配对反射率
R：
实验匹配的反射率
式中K表示布伦斯维克比率，比率为0时就表示没有常性；
比率为1表示有完全的常性，一般用百分数表示。
颜色常性实验可选定反射率、色调、明度和饱和度中的任一项指标。
以反射率为例，现在令被试者用两组灰色进行一次颜色匹配，其中一块作为标准刺激，它的反射率A=40％，照度条件10呎烛光。
若我们要求被试者在50呎烛光的照度条件下，从比较刺激中选出一块灰色与标准刺激相匹配，可能存在的匹配方式有三种：
（1）按照亮度匹配，被试者应当选择只有标准刺激照度的五分之一的比较刺激，即反射率是8％的灰色。
（2）按刺激的反射率配对，那就应当选R=40％的灰色。
（3）但实际上，被试既不按第一种方式选择也没有按第二种方式选择，而是选出反射率R=24％的灰色。
因此，在本例中被试的常性应为：
K=（24-8）/（40-8）=50％
邵勒斯（Thouless，1931）使用反射率的对数值进行计算，其效果更好些，他改进了布伦斯维克的公式。
邵勒斯=（lg24-lg8）×
（lg40-lg8）=68％
比例用布伦斯维克公式计算，得出常性系数为50％，用邵勒斯公式计算，常性系数为68％。
常性作为知觉的一个特性，我们在第八章中还将进行专门讨论。
三、颜色的标定
标定颜色乃是一项专业性很强的工作，我们在此只能介绍有关颜色标定（colornotation）的最基础的知识。
（一）孟塞尔颜色系统
孟塞尔颜色系统（Munsellcolorsystem）是根据美国美术教师和画家孟塞尔（AlbertH.Munsell，1858～1918）提出的颜色排列方案标色的方法。
它用色调、明度、饱和度的测量标度来标色，这三个量分别对应于主波长、明度和强度（或纯度）。
自1900年，孟塞尔开始研究“色标测色法”，1915年由美国出版的《孟塞尔颜色图谱》（MunsellBookofColor），就是孟塞尔长期研究的成果。
这个图谱是从心理学出发自成体系的测色标准。
经美国国家标准局和美国光学学会修订后的《孟塞尔颜色图谱》的最新版本包括两套样品：
一套是有光泽样品，包括1450块颜色样品，37块由黑到中性样品；
另外一套是无光泽样品，包括1150块颜色样品，32块中性色样品，每一块样品的大小为1.8×
2.1平方厘米。
国际染色或涂色表面的不透色就是用孟塞尔颜色系统来标定的。
孟塞尔标色系统用颜色立体的架构来表示（图6－19）。
立体的中央轴代表无彩色系列中性明度等级，从白到黑有11个感觉等距级，中间（第五级）正好是中灰。
孟塞尔颜色系统的饱和度也按感觉分成许多相等的等级，从中央轴的0饱和度出发，离开中央轴越远，彩色饱和度越高，个别最饱和颜色的饱和度可达20。
围绕中央轴的立体平面中，色调可以用10种方向表示。
根据图6－19所示，10种色调中有5种主要色调，即红R，黄Y，绿G，蓝B，和紫P；
另外五种是中间色调：
黄红YR、绿黄GY、蓝绿BG、紫蓝PB、红紫RP。
再细分，对每种色调又有2.5、5、7.5、10四个等级，其中5是主要色调。
用孟塞尔颜色系统测色时，测色结果用三个符号来表示：
色调（符号H）、明度（符号V）、饱和度（符号C）。
现有一样品测色的结果为H=10P，V=5，C=8，就写成10P5/8。
先写色调，然后明度，明度后画一斜线再写饱和度：
HV/C=色调×
明度值/饱和度
孟塞尔色环（Munsellcolorcircle）（见图6－20）分成十种色调。
十种主要色调的每一种的标度为5。
每种色彩再细分成中间色，标度为1到10。
以黄色为例，色环中黄色靠近红色的一侧标度较低（1Y，2Y，3Y），靠绿色的一侧标度较高（8Y，9Y，10Y）。
更细划分可以用小数表示（2.5Y，7.5Y，9.5Y等等）。
色调划分几乎是无限的。
非彩色的黑白系列的中性色（neutralcolor
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