第六章视觉实验

1、第六章第六章 视觉实验视觉实验孔令玲孔令玲内容内容v第一节第一节 视觉研究中的变量视觉研究中的变量v第二节第二节 视觉研究中的基本实验视觉研究中的基本实验v第三节第三节 颜色视觉颜色视觉v第四节第四节 颜色的心理效应颜色的心理效应视觉系统视觉系统第一节第一节 视觉研究中的变量视觉研究中的变量v物理刺激物理刺激的基本介绍的基本介绍v视觉实验中的变量视觉实验中的变量物理刺激物理刺激v可见光谱可见光谱v光的基本概念光的基本概念v单色光的测量单位单色光的测量单位可见光谱可见光谱v光具有三维特征：光具有三维特征： 波长、纯度、振幅波长、纯度、振幅v心理特征有三维特征：心理特征有三维特征：色调、饱和度、明

2、度色调、饱和度、明度光的基本概念光的基本概念v光源：能发光的物体。光源：能发光的物体。天然光源天然光源v日光、萤火虫、水母日光、萤火虫、水母人造光源人造光源v灯光、电灯、电筒、蜡烛灯光、电灯、电筒、蜡烛v单色光：投射到人眼中的光是由单一波长的光组成。单色光：投射到人眼中的光是由单一波长的光组成。v多色光：由两种以上波长组成。多色光：由两种以上波长组成。v获取光方法：获取光方法：三棱镜三棱镜、滤光片及单色仪。、滤光片及单色仪。月亮是光源？月亮是光源？测量单位测量单位v光强度光强度(luminous intensity)：是：是1烛光的烛光的点光源在单位立体角内辐射的光通量，单点光源在单位立体角内

3、辐射的光通量，单位为坎德拉位为坎德拉(candela,简称简称cd).v光照度（光照度（illuminance） ：是单位面积所：是单位面积所接受可见光的光通量，用于入射表面的光，接受可见光的光通量，用于入射表面的光，单位单位 ：勒克斯（：勒克斯（Lus，简称，简称lx） 测量单位测量单位v亮度亮度是指发光体表面的明亮程度。无论是发是指发光体表面的明亮程度。无论是发光体还是非发光体，都可以用亮度计测量其光体还是非发光体，都可以用亮度计测量其反射的亮度。反射的亮度。v物理刺激的表示方法物理刺激的表示方法视网膜照度、光强度等级。视网膜照度、光强度等级。v其他测量其他测量反射系数、透光系数及密度。反

4、射系数、透光系数及密度。视觉实验中的变量视觉实验中的变量v 刺激变量刺激变量v自变量自变量 背景条件背景条件v 被试者特点被试者特点v控制变量控制变量v因变量：因变量：保证自变量与因变量之间的对应关系及技术保证自变量与因变量之间的对应关系及技术的合理性。的合理性。自变量自变量v刺激变量（刺激变量（stimulus variable）:刺激的特性刺激的特性 多项目：系列强度、色光多项目：系列强度、色光 多维度多维度 ：时间维度：时间维度 、空间维度、空间维度 v背景条件：对比条件的设定，恒定刺激背景条件：对比条件的设定，恒定刺激v被试者特点：视敏度、辨色力、年龄、机体被试者特点：视敏度、辨色力、

5、年龄、机体状态，人为变更被试的特征（单眼、遮住鼻状态，人为变更被试的特征（单眼、遮住鼻侧或颞侧视野）等。侧或颞侧视野）等。控制变量控制变量v首先确定刺激变量属于哪类连续体。首先确定刺激变量属于哪类连续体。光亮在感觉上是等级连续体（量）；光亮在感觉上是等级连续体（量）；色光为非等级连续体（质）。色光为非等级连续体（质）。v累积效应：是对人体或生物有影响的环境条件或有累积效应：是对人体或生物有影响的环境条件或有关因素（如药物等），多次暴露所造成的生物效应关因素（如药物等），多次暴露所造成的生物效应的积累或叠加。包括时间累积和空间累积。的积累或叠加。包括时间累积和空间累积。v刺激强度的变化属于明视阶

6、段还是暗视阶段阶段；刺激强度的变化属于明视阶段还是暗视阶段阶段；v刺激的透射点为中央凹还是边缘。刺激的透射点为中央凹还是边缘。视觉研究中的基本实验视觉研究中的基本实验v明度阈限明度阈限v视觉适应视觉适应v后象后象v闪光临界融合频率闪光临界融合频率v视觉掩蔽视觉掩蔽v视觉对比视觉对比v视敏度视敏度视觉中的时间因素视觉中的时间因素视 觉 中 的 空 间 因 素视 觉 中 的 空 间 因 素视觉适应视觉适应v明暗视觉的区别明暗视觉的区别v暗适应暗适应v明适应明适应v间视觉间视觉明暗视觉的区别明暗视觉的区别暗适应暗适应v人眼对低亮度环境的感受性缓慢提高的过程，人眼对低亮度环境的感受性缓慢提高的过程，称

7、为称为暗适应。暗适应。v暗适应曲线暗适应曲线暗适应的机制暗适应的机制v化学反应说：化学反应说：克劳福德（克劳福德（Crawford，1947）用）用分光描记法分光描记法确定确定视杆视杆细细胞中的视紫红质的化学反应过程是暗适应过程的机制。胞中的视紫红质的化学反应过程是暗适应过程的机制。视紫红质（视紫红质（visual purple）是一种化学感光物质，在曝）是一种化学感光物质，在曝光时被破坏变色，在暗适应中又重新合成而恢复活性。光时被破坏变色，在暗适应中又重新合成而恢复活性。v视紫红质的化合过程：视紫红质的化合过程：视紫红质视紫红质光光暗暗视黄醛视黄醛+ +蛋白质蛋白质影响暗适应过程的因素影响暗

8、适应过程的因素v适应前照明：光越强时间越长，暗适应需时间长；适应前照明：光越强时间越长，暗适应需时间长；v夜盲：先天夜盲；维生素夜盲：先天夜盲；维生素A缺乏，造成夜盲；缺乏，造成夜盲；v年龄因素：个体在年龄因素：个体在2030岁最好；岁最好；v感官的相互作用；感官的相互作用；v实验光的波长不同，暗适应曲线不同。实验光的波长不同，暗适应曲线不同。暗适应与瞳孔大小的变化暗适应与瞳孔大小的变化v伴随暗适应的还有瞳孔大小的变化。从明亮伴随暗适应的还有瞳孔大小的变化。从明亮处进入黑暗处，在处进入黑暗处，在10秒钟瞳孔扩大到最大直秒钟瞳孔扩大到最大直径的三分之二，达到完全扩大约需要径的三分之二，达到完全扩

9、大约需要5分钟。分钟。这个过程中，瞳孔的直径由这个过程中，瞳孔的直径由2毫米扩大到毫米扩大到8毫毫米，进入眼球的光线增加到米，进入眼球的光线增加到10到到20倍。倍。明适应研究明适应研究v明适应（或亮适应）（明适应（或亮适应）（light adaptation）是指在光是指在光亮中视觉感受性很快下降的过程。亮中视觉感受性很快下降的过程。v布兰查德（布兰查德（Blanchard 1931）用阈限法揭示：视杆）用阈限法揭示：视杆细胞在极端黑暗转入极亮的条件下，其感受性下降细胞在极端黑暗转入极亮的条件下，其感受性下降100万倍。万倍。v赖特（赖特（Wright，1934）用间接方法求得光适应曲线，）

10、用间接方法求得光适应曲线，发现中央凹的光适应过程很快，它暴露在光线中一发现中央凹的光适应过程很快，它暴露在光线中一分钟后就几乎全部完成。分钟后就几乎全部完成。间视觉间视觉v间视觉是介于暗视觉和明视觉之间的一个视间视觉是介于暗视觉和明视觉之间的一个视觉阶段。觉阶段。v研究者一般认为，当光亮达到研究者一般认为，当光亮达到10-3烛光烛光/平方平方米以上时，视锥细胞便被激发，这是间视觉米以上时，视锥细胞便被激发，这是间视觉的表现。间视阶段是视锥细胞和视杆细胞相的表现。间视阶段是视锥细胞和视杆细胞相互作用的阶段，不能简单地理解为两种细胞互作用的阶段，不能简单地理解为两种细胞的简单混合。的简单混合。视敏

11、度视敏度v视敏度视敏度是指分辨物体细节和轮廓的能力，是是指分辨物体细节和轮廓的能力，是人眼正确分辨物体的最小维度。人眼正确分辨物体的最小维度。v视角与网膜映象视角与网膜映象v视敏度测定及其特征视敏度测定及其特征v影响视敏度的因素影响视敏度的因素视角与网膜映象视角与网膜映象v对象与眼睛所成的张角，叫做视角。视角的对象与眼睛所成的张角，叫做视角。视角的大小决定映象在视网膜上投射的大小。大小决定映象在视网膜上投射的大小。视敏度测定及其特征视敏度测定及其特征v医学界用视力表测定视敏度，它是以视角的医学界用视力表测定视敏度，它是以视角的倒数来表达的，其公式为：倒数来表达的，其公式为：检查视敏度的几种常用

12、方法检查视敏度的几种常用方法v觉察能力测试觉察能力测试v再认能力测试再认能力测试v解象能力测试解象能力测试v定位能力测试定位能力测试觉察能力测试觉察能力测试v觉察测试采用一条线或一个点，只需让被试觉察测试采用一条线或一个点，只需让被试者判断在一个视野里刺激是否存在即可。者判断在一个视野里刺激是否存在即可。再认（即识别）能力测试再认（即识别）能力测试解象能力测试解象能力测试v解象是知觉某一模式具体元素之间分离的能解象是知觉某一模式具体元素之间分离的能力。力。定位能力测试定位能力测试v定位是感觉两根线是否连续或彼此有些错位定位是感觉两根线是否连续或彼此有些错位的能力。的能力。影响视敏度的因素影响视

13、敏度的因素v物理因素物理因素：不同亮度会影响视敏度：不同亮度会影响视敏度 ；物体与；物体与背景之间的对比度不同；视距；光的波长等背景之间的对比度不同；视距；光的波长等v生理因素生理因素：视网膜不同部位的视敏度也不同：视网膜不同部位的视敏度也不同 ；视感受细胞的数目；视网膜适应状态、眼球视感受细胞的数目；视网膜适应状态、眼球运动、年龄、瞳孔大小及近视远视等；运动、年龄、瞳孔大小及近视远视等；v心理因素心理因素：疲劳适应、练习等作用：疲劳适应、练习等作用闪光临界融合频率（时间辨别）闪光临界融合频率（时间辨别）v1、什么是闪光的融合？、什么是闪光的融合？我们看到一系列的闪光我们看到一系列的闪光,当每

14、分钟的次数增加到一定程度当每分钟的次数增加到一定程度时，人眼就不再感到闪光，而感到是一种固定或连续的时，人眼就不再感到闪光，而感到是一种固定或连续的光。在视觉中，这种现象称为闪光融合现象。光。在视觉中，这种现象称为闪光融合现象。 例如，使用交流电的日光灯，虽然每秒钟闪动约例如，使用交流电的日光灯，虽然每秒钟闪动约100次，次，但我们并没有感到它是断续的。但我们并没有感到它是断续的。 v2、闪光临界融合频率（、闪光临界融合频率（CFF）：闪烁刚刚达到融）：闪烁刚刚达到融合时的光刺激间歇的频率称为闪光临界融合频率合时的光刺激间歇的频率称为闪光临界融合频率影响闪光临界融合频率的因素影响闪光临界融合频

15、率的因素v光相的强度影响光相的强度影响 ；v刺激面积；刺激面积；v杆体和锥体细胞的闪光临界融合频率不同；杆体和锥体细胞的闪光临界融合频率不同；v年龄、疲劳、缺氧等；年龄、疲劳、缺氧等；v双眼的差异。双眼的差异。颜色知觉颜色知觉v视觉的颜色现象视觉的颜色现象颜色的基本特征颜色的基本特征颜色混合颜色混合和和混合定律混合定律颜色视野和光谱敏感性颜色视野和光谱敏感性v颜色的视觉现象颜色的视觉现象颜色对比颜色对比颜色适应颜色适应颜色常性颜色常性颜色的基本特征颜色的基本特征v颜色可以分为非彩色和彩色两种。颜色可以分为非彩色和彩色两种。v非彩色是指从黑色到白色，由深浅不同的灰非彩色是指从黑色到白色，由深浅不

16、同的灰色组成的系列。主要特征为色组成的系列。主要特征为亮度亮度，用反射率，用反射率表示。实验时要注意：时间（白天还是夜表示。实验时要注意：时间（白天还是夜晚）。晚）。黑黑 深灰深灰 中灰中灰 浅灰浅灰 白白颜色的基本特性颜色的基本特性v彩色：是指除无色以外的各种颜色，各有不同彩色：是指除无色以外的各种颜色，各有不同的色调、亮度和饱和度。的色调、亮度和饱和度。 亮度：亮度：彩色和非彩色所共有的属性，它是指作用于彩色和非彩色所共有的属性，它是指作用于物体的光线的反射系数，同物体的光线的反射系数，同光能的强度光能的强度密切有关。密切有关。色调色调：由物体表面反射的光线中哪种波长占优势。：由物体表面反

17、射的光线中哪种波长占优势。饱和度：饱和度：色调的表现程度，即物体所发射出来的光色调的表现程度，即物体所发射出来的光线中规定其色调的主要波长占多少优势。线中规定其色调的主要波长占多少优势。日常生活中颜色的特性日常生活中颜色的特性v光源变化时，色彩也会发生变化。光源变化时，色彩也会发生变化。在拂晓和黄昏，天色显得较红；在拂晓和黄昏，天色显得较红；白炽灯散发更多的黄色射线；白炽灯散发更多的黄色射线；荧光管则使橙色变成蓝色；荧光管则使橙色变成蓝色；水银灯可用于公路照明。水银灯可用于公路照明。v物体显示的颜色：取决于物体吸收或消除某物体显示的颜色：取决于物体吸收或消除某种波长的能力，如成熟的西红柿。种波

18、长的能力，如成熟的西红柿。v在不同光源照射下，物体的颜色也会不同。在不同光源照射下，物体的颜色也会不同。西红柿在白炽灯、晴朗的白天和水银灯下的颜色西红柿在白炽灯、晴朗的白天和水银灯下的颜色v色彩系统的不同在于系统所指的原色稍有不色彩系统的不同在于系统所指的原色稍有不同。同。普通原色为红、黄、蓝；彩色印刷程序使用红、普通原色为红、黄、蓝；彩色印刷程序使用红、黄、青；彩色电视的原色为红、绿及蓝。黄、青；彩色电视的原色为红、绿及蓝。颜色混合颜色混合v定义：定义：两种或两种以上的颜色混合在一起，两种或两种以上的颜色混合在一起，构成与原色不同的新色叫做色彩混合。构成与原色不同的新色叫做色彩混合。v类型：

19、类型：加色法加色法减色法减色法平均混色平均混色两者的关系两者的关系加色法加色法v所谓所谓加色法加色法，就是用红、绿、蓝，就是用红、绿、蓝三原色三原色光按不同比例相加而取得光按不同比例相加而取得其他色彩的一种方法。其他色彩的一种方法。v加色法的结果可表示为：加色法的结果可表示为：红光绿光黄光红光绿光黄光红光蓝光紫光红光蓝光紫光绿光蓝光青光绿光蓝光青光红光绿光蓝光白光红光绿光蓝光白光同光异谱？同光异谱？同光异谱同光异谱v不同的物体有不同的颜色，但是，有时我们不同的物体有不同的颜色，但是，有时我们会发现吸收、反射特性不同的两个色样（比会发现吸收、反射特性不同的两个色样（比如配方不同）却能够在特定的光

20、源下相互匹如配方不同）却能够在特定的光源下相互匹配，这种现象称配，这种现象称同光异谱同光异谱现象。这样的两种现象。这样的两种光刺激为同光异谱色。光刺激为同光异谱色。v同光异谱现象的产生与人眼不能分辨出混合同光异谱现象的产生与人眼不能分辨出混合色中的光谱成分有关。色中的光谱成分有关。减色法减色法v减色法（减色法（subtractive process），），是指按黄、紫、青三原色料（如是指按黄、紫、青三原色料（如颜料、油墨）减色混合而成。颜料、油墨）减色混合而成。v颜色混合结果：颜色混合结果：黄色黄色=白色白色-蓝蓝色色紫色紫色=白色白色-绿绿色色黄色黄色+紫色紫色=白色白色-蓝色蓝色-绿绿色色

21、=红红色色紫色紫色+青色青色=白色白色-绿色绿色-红色红色=蓝色蓝色v颜料：吸收互补色光，反射其它两种原色光颜料：吸收互补色光，反射其它两种原色光Yellow toner/inkWhite backgroundBRGGRYWhiteLight两者的关系两者的关系v加色法与减色法都是针对色光而言，加色法指的是加色法与减色法都是针对色光而言，加色法指的是色光相加，减色法指的是色光被减弱。色光相加，减色法指的是色光被减弱。v加色法与减色法又是迥然不同的两种呈色方法。加色法与减色法又是迥然不同的两种呈色方法。加色法是色光混合呈色的方法。色光混合后，不仅色彩加色法是色光混合呈色的方法。色光混合后，不仅色

22、彩与参加混合的各色光不同，同时亮度也增加了；减色法与参加混合的各色光不同，同时亮度也增加了；减色法是色料混合呈色的方法。色料混合后，不仅形成新的颜是色料混合呈色的方法。色料混合后，不仅形成新的颜色，同时亮度也降低了。色，同时亮度也降低了。加色法是两种以上的色光同时刺激人的视神经而引起的加色法是两种以上的色光同时刺激人的视神经而引起的色效应；而减色法是指从白光或其它复色光中减某些色色效应；而减色法是指从白光或其它复色光中减某些色光而得到另一种色光刺激的色效应。光而得到另一种色光刺激的色效应。从互补关系来看，有三对互补色：从互补关系来看，有三对互补色： 红红-青；绿青；绿-紫；蓝紫；蓝-黄。黄。在

23、色光加色法中，互补色相加得到白色；在色料减色法在色光加色法中，互补色相加得到白色；在色料减色法中，互补色相加得到黑色。中，互补色相加得到黑色。色光三原色是红（色光三原色是红（R）、绿（）、绿（G）、蓝（）、蓝（B），色料三原），色料三原色是青（色是青（C）、品红（）、品红（M）、黄（）、黄（Y）。人眼看到的永远）。人眼看到的永远是色光，色料三原色的确定与三原色光有着必然的联系。是色光，色料三原色的确定与三原色光有着必然的联系。平均混色平均混色v颜色的平均混合可以用陀螺的例子来说明：先在陀颜色的平均混合可以用陀螺的例子来说明：先在陀螺面上贴几种颜色，如黄色和蓝色，然后将陀螺快螺面上贴几种颜色，如

24、黄色和蓝色，然后将陀螺快速旋转起来，这时我们看到的颜色将会是绿色。速旋转起来，这时我们看到的颜色将会是绿色。v它是黄色和蓝色两种颜色在人眼的视觉反应时间内它是黄色和蓝色两种颜色在人眼的视觉反应时间内频繁作用于视网膜所产生的一种效果。由于这种混频繁作用于视网膜所产生的一种效果。由于这种混合的结果只使色相发生混合变化，而总的亮度并不合的结果只使色相发生混合变化，而总的亮度并不变，所以是平均混合。变，所以是平均混合。混色定律混色定律v补色律：补色律：每种颜色都有另一种同它相混合而每种颜色都有另一种同它相混合而产生白色或灰色的颜色。这两种颜色称谓互产生白色或灰色的颜色。这两种颜色称谓互补色。如红色与浅

25、绿色、黄色与蓝色等。补色。如红色与浅绿色、黄色与蓝色等。混色定律混色定律v居间律（间色律）：居间律（间色律）：混合两种非补色，会产混合两种非补色，会产生一种新的介于它们之间的中间色。生一种新的介于它们之间的中间色。如红色与蓝色混合产生紫色，红色与黄色混合产如红色与蓝色混合产生紫色，红色与黄色混合产生橙色。生橙色。中间色的饱和度低于混合它的任何一种颜色的饱中间色的饱和度低于混合它的任何一种颜色的饱和度，相距愈远的颜色混合成的中间色，它的饱和度，相距愈远的颜色混合成的中间色，它的饱和度愈低。和度愈低。混色定律混色定律v代替律：代替律：相混合的两种颜色，都可以由不同相混合的两种颜色，都可以由不同颜色

26、混合后产生的相同颜色条代替。代替律颜色混合后产生的相同颜色条代替。代替律说明，不管颜色的原来成份如何，只要感觉说明，不管颜色的原来成份如何，只要感觉上相似，就可以互相替代，产生同样的视觉上相似，就可以互相替代，产生同样的视觉效果。效果。 颜色视野颜色视野v中央凹视觉：近似中央凹视觉：近似2度的直径最清晰感觉度的直径最清晰感觉v边缘视觉：中央视觉周围能获得模糊的视觉边缘视觉：中央视觉周围能获得模糊的视觉v颜色区：绿色颜色区：绿色红色红色黄色和蓝色黄色和蓝色v为什么不同颜色的视野不同？为什么不同颜色的视野不同？视网膜的中央凹部位和边缘结构不同；视网膜的中央凹部位和边缘结构不同；视网膜中央部位有一层

27、黄色素。视网膜中央部位有一层黄色素。浦肯野现象浦肯野现象v浦肯野现象浦肯野现象 （Purkinje phenomenon）：指：指在不同的适应状态下对有色光的视觉灵敏度在不同的适应状态下对有色光的视觉灵敏度不同的现象。在明适应时，对红色和橙色看不同的现象。在明适应时，对红色和橙色看起来较亮；而在暗适应时，则对蓝色光看起起来较亮；而在暗适应时，则对蓝色光看起来较亮。来较亮。v适用条件：光照射视网膜边缘部分。适用条件：光照射视网膜边缘部分。颜色对比颜色对比v颜色对比：是指两种不同的色光同时作用于视网膜颜色对比：是指两种不同的色光同时作用于视网膜的相邻区域，或相继作用于视网膜的同一区域时，的相邻区域

28、，或相继作用于视网膜的同一区域时，颜色视觉所发生的变化。颜色视觉所发生的变化。v同时对比同时对比：同时作用于视网膜的相邻区域；：同时作用于视网膜的相邻区域；v继时对比继时对比：相继作用于视网膜的同一区域。：相继作用于视网膜的同一区域。v亮度对比亮度对比：同颜色不同背景亮度不同；：同颜色不同背景亮度不同；v色调对比色调对比：同颜色不同背景色调不同；：同颜色不同背景色调不同；v饱和度对比饱和度对比：同颜色不同背景饱和度不同。：同颜色不同背景饱和度不同。 将目光集中在中央的黑十字上，停顿至将目光集中在中央的黑十字上，停顿至2020秒左右，秒左右，在将目光移至上方的十字上。此时会在白底色上出现画在将目

29、光移至上方的十字上。此时会在白底色上出现画面下方红色圆形及绿色圆形的残相。残相的色彩是原有面下方红色圆形及绿色圆形的残相。残相的色彩是原有色彩的补色。视觉残相由视觉生理条件所至，称为色彩的补色。视觉残相由视觉生理条件所至，称为色彩色彩的连续对比。的连续对比。 将目光集中在中央的黑十字上，停顿至将目光集中在中央的黑十字上，停顿至2020秒左右，秒左右，在将目光移至上方的十字上。此时会在白底色上出现画在将目光移至上方的十字上。此时会在白底色上出现画面下方红色圆形及绿色圆形的残相。残相的色彩是原有面下方红色圆形及绿色圆形的残相。残相的色彩是原有色彩的补色。视觉残相由视觉生理条件所至，称为色彩的补色。视觉残相由视觉生理条件所至，称为色彩色彩的连续对比。的连续对比。明度对比明度对比明度明度反差大的会反差大的会显得明亮显得明亮明度明度反差小的反差小的会显得更暗会显得更暗色相对比色相对比v不同颜色并置，在比