视觉心理学文献综述

1、视觉心理学国内外研究综述、八 、前言心理学家卡夫卡于 1925 年曾为心理学下过一个定义：心理学是探讨生物和 外界环境接触时产生相应“行为”的科学。而“行为”则包含两种意义：一是具 象可观的反应，如说话、动作或可以量测之生理变化；二是抽象不可观的反应， 如人内在的动机、情绪、思考、知觉等等。现代心理学的研究可说是内外兼具， 涵盖了人类所有可观、 不可观的心理活动历程与表现， 因此它是研究个体行为与 心智历程， 经过缜密观察与测量而建立的科学。 由卡夫卡的定义我们可以这样来 理解视觉心理学，他是探讨生物和外界环境接触时由视觉及相关行为产生的相应 “知觉”反应的科学。视觉心理学是一个细化的分类，

2、它是指外界影像通过视觉器官引起的心理机 理反应，是一个有外在向内在的过程。 这一过程比较复杂， 二者在相互联接并发 生转化时建立起了千丝万缕的联系。视觉心理学的特性主要包括 : 固有优越性、 聚焦区域、尺寸大小、距离远近、运动模糊、运动视差和磁滞现象等七个方面。 本文主要从固有优越性、 聚焦区域、 运动视差磁滞现象这四个方面来综述国内外 基于视觉心理学的交通安全研究。1. 固有优越性固有优越性是指某些类型的物体具有 “天生的”相对重要性。 视觉最先选取 的东西往往是环境中最为突出的东西， 由于有机体的需要是由眼睛调节的， 对于 一种运动的，即使是很微弱的， 离注意中心点很远的， 都会使生物以闪

3、电般的速 度对其做出反应。 当某种东西出现或消失， 或从一个地方到达另外一个地方， 或 形状、大小、色彩、亮度、材质等发生变化时，人们都会依据这个原理选择进入 视线的物体： 朱红丽在视觉心理学在室内设计中的应用浅谈 中提出感兴趣的 东西往往更容易进入视野； 运动的物体比静止物体更容易让人发现； 明亮的色彩 比昏暗的色彩更容易进入人的视线； 陌生新奇的事物比熟悉的事物更容易吸引人 的眼球；具有光亮材质的物体比粗糙的物体更容易进入人的视线； 有节奏和韵律 感的远比杂乱无章的感觉更让人舒适栗海翔在驾驶人视觉特性与道路交通安全的关系探讨 中提出驾驶人的颜 色视觉特性是一种相对复杂的现象。 在交通环境中

4、， 许多交通信号都是靠颜色来 传达的，如交通信号、交通标志、交通标线及车辆的仪表灯光等。不同的颜色能 引起人们不同的情绪、 工作效率和心理特征等， 这同样也能影响到驾驶人的行车 安全。 不同颜色具有不同的视认知，但是无论何种天气，红色光和绿色光的视 认性都优于其他颜色光线， 而红色又优于绿色， 也因此， 交通信号中将红色作为 禁行信号，绿色作为通行信号，以保证行车安全。 但是，如果驾驶人色弱或者 色盲，有颜色分辨障碍， 就不能正常辨别某种颜色， 从而影响了驾驶人的行车安 全，极易发生道路交通安全事故。2. 聚焦区域目前的国内外聚焦区域的研究主要集中驾驶员视野的变化。 在视觉搜索过程 当中，眼睛

5、除了正在注视的目标外， 还能看见一定空间范围内的物体， 这种所能 看见的空间范围就是视野。人的视野具有一定的范围， 一般正常人两眼的综合 视野范围在垂直方向大约为 130 °（视平线上方 60 °， 视平线下方 70°），在 水平方向大约为 180 °（两眼内侧视野重合大约 60 °，外侧各为 90 °）。其中， 在垂直方向 6 °和水平方向 8 °的角度内，我们所看到的物体是最清楚的， 也 就是我们通常所说的眼睛注视点。 头部和眼球保持不动时所能看到的空间范围称 之为静视野。而对驾驶员行车而言， 当头部固定不动，

6、 眼球自由转动所能看到的 范围称之为动视野 动视野比静视野左右宽大约 15 °，上方大约 10 °，下方基 本保持不变。张驰等人在 交通仿真中驾驶人空间视野感知模型 中分析了驾驶人视野注 视点的移动规律 , 研究了空间视野范围内的视野水平角 , 给出了车速与视野和 注视距离的关系 , 提出了空间视野感知模型。 并且指出可以通过注视角度、 视角 在水平和垂直方向的分布、 扫视幅度、 扫视速度等参数， 来表征运动中视野的变 化。同时驾驶员在驾驶过程中， 95%的视觉信息是动态的，在驾驶过程中，随着 汽车行驶速度的提高，驾驶员的注视点前移，视野变窄，周界感减少，这样给驾 驶安全带

7、来一定的影响， 驾驶员视野变窄， 周界感减少即视野缺损， 意味着缺损 区无法感知交通信息， 视野敏感度下降说明视区感知信息能力降低， 极易造成交 通事故。驾驶员动态视野与车速的关系是国内外学者关注的问题。 静止时视野未 发生变化，而车辆运行时视野的深度、宽度、视野内画面都在不断变化，驾驶员 正是根据不断变化的视野内容来操作车辆的。除了相对速度对视野的影响， 熟练驾驶员与非熟练驾驶员、 年龄、驾驶员生 理状态等因素对视野的影响也是比较明显的。 David Crundall 在 Effects of experience and Processing demands on Visual infor

8、mation acquisition in drivers中通过实验提出结论：熟练驾驶员在信息量较少的道路（乡村道路）上的注视持续时间较长， 在信息量大的道路 （ 双车道 ）上的注视持续时间变短， 而 非熟练驾驶员则相反； 熟练驾驶员与非熟练驾驶员在水平方向搜索广度方面存 在显著差异 : 在信息量大的道路 （ 双车道 ） 上，熟练驾驶员水平方向搜索广度要比 非熟练驾驶员大得多。 2005 年，瑞典 Linkoping 大学的 Torbjorn . Falkmer: 等人研究熟练驾驶员和非熟练驾驶员视觉搜索策略的差异得出结论， 即相对于熟 练驾驶员而言，非熟练驾驶员的眼动行为具有以下特征 : 注

9、视点更靠近所驾驶 的车辆而不是远方 ; 对车内物体注视更为频繁 ; 水平方向注视广度小 ; 对重 要交通线索的注视更为频繁 ; 对包含潜在危险的目标的注视更为频繁。罗德维夫等人早在 50 年代就提出，年龄因素对驾驶员动态视觉特征的影响 表现为负效应。 即动态视觉特征衰退得比较早， 而且衰退速度比较快。 静视力从 4650 岁开始出现明显的个体差异，有显著下降和正常衰减两种趋势 ;而动视力 则从 3640岁开始显著下降。 此外，随着年龄的增长， 驾驶员患眼疾的概率逐渐 加大，一旦患上白内障、青光眼等疾病，将影响驾驶员眼睛的有效移动，不同程 度地产生弱视和失视， 从而导致视觉机能下降。 基于上述理

10、由， 对于年龄较大的 驾驶员 （ 尤其是职业驾驶员 ） 在驾车时必须要做出合理的限制。刘哲义在高速公路驾驶员生 / 心理特点对行车安全的危害与预防 中指出 驾驶员的生理状态主要是指与驾驶有关的生理状况，如饮酒、疲劳、患病等。饮 酒之后，不仅视觉机能受到损害， 而且对驾驶操作的各个方面都会产生不利影响。 疲劳是人体的一种保护性抑制反应， 它会使人的眼睛出现困倦、 视物不清等情况， 使驾驶员动态视觉机能难以正常发挥。 疾病会使驾驶员身体不适， 动态视觉难以 持续保持良好状态， 特别是在服用一些药物之后， 会直接影响视觉机能， 对驾驶 员的感知和观察等产生不良的影响。所以，饮酒、疲劳时，应禁止驾驶车

11、辆。当 驾驶员身体出现不适时，也应谨慎驾驶。3. 运动视差运动视差是由于运动物体在视网膜上成像的变化而产生的深度感知线索 , 观 察者容易觉察近处运动物体的纹理细节而不太容易觉察远处的运动物体。 目前的 研究主要体现在驾驶员的运动视觉特征上。驾驶员在运动状态下观察外界事物 时，其视觉特征与静止状态有明显不同。张建峰在汽车驾驶员动态视觉对感知 - 决策- 校正模式的影响研究 中提出 影响驾驶员动态视野中感知阶段的因素有很多， 除交通环境因素以外， 就视野本 身来讲有视野是否缺损、 视细胞敏感度、 视野区范围大小等。 驾驶员在运动状态 下观察外界事物时， 其视觉特征与静止状态有明显不同。 主要表现

12、有以下几个方 面：一、视力（包括静止视力和动态视力）降低，动态视力随着运动速度的增加 而下降，一般情况下，动态视力比静止视力低10%20%，特殊情况下甚至降低30%40%。因此，在车辆高速行驶时，动态视力的降低会使驾驶员的视认距离缩 短，影响到驾驶员的感知和观察。二、视野变窄，汽车的行驶速度越高，驾驶员越凝视着远方，视野就变得越 窄。低速行驶，驾驶员能清晰地看到前方全景，随着车速的提高，近处景物相对 汽车移动的速度在提高， 当汽车高速行驶时， 由于近物也在快速移动， 驾驶员的 视网膜来不及成像而变得模湖不清， 只有远处的景物还可以看清。 这样给行车安 全带来一定的影响。三、空间识别范围缩小，在

13、车辆行驶中，对于在车辆周围距离较近的物体， 驾驶员很难分辨清楚。因为距行驶车辆越近的物体，其相对运动角速度就越快， 在驾驶员眼睛中的映象就越模糊。 同样物体在较远距离处， 则因物体映像过于细 微，一般驾驶员要确认其细节也是不可能的。 因此驾驶员在高速行驶时， 对近距 离或远距离的观察困难， 一旦在很近或很远的距离上出现异常情况， 驾驶员就难 以辨认。另外， 驾驶员对车外运动物体的辨认， 主要是根据其位置的变化而进行 的。当车辆处于行驶状态时， 车外物体的位置变化相对来讲是慢而细小的， 车速 越高，对这种慢而细小的变化就越难辨认。所以，驾驶员在运动状态下，对外界 物体运动状态的辨别能力也会下降。

14、四、视觉观察能力下降， 外界物体形成视像， 是三维空间在视网膜上形成的 二维图像。外界刺激必须具有一定的作用强度和时间， 才能引起驾驶人视觉反应。 在驾驶车辆行驶过程中， 随着运动速度增加， 车外物体所形成视像在驾驶人视野 内保持时间减少，无法形成准确而连续的视像刺激，致使视觉观察能力下降。也有部分学者在对运动视觉特征研究的过程中通过眼动参数来表征。 眼 动参数主要包括注视行为表征参数和扫视行为表征参数两个方面。 注视行为表征 参数主要包括注视点、注视点数目、注视点顺序、注视持续时间、瞳孔大小、水 平垂直方向的视线角度、视觉搜索广度、注视点间距离、累积注视时间等。而扫 视行为表征参数主要包括扫

15、视持续时间、 扫视幅度、扫视峰值速度、 扫视平均速 度、扫视角度等。李永芳在汽车驾驶员动态注视点分布规律研究中通过实验 提出：在相同字高且车速较低 (30 km/h) 的情况下 , 驾驶员在驾驶过程中的注视点 主要集中在道路中央偏右上角位置 , 并且主要注视道路远处；随着车速的增加 , 驾驶员对标志牌的重视程度逐渐增加 , 眼睛的注视点更多地专注于右侧的标志牌 注视标志牌的次数也随着车速的增加而增多。4. 磁滞现象由于人眼的视觉暂留特性 , 使得运行物体的后一帧图象与前一帧图象在视觉 感知上有相关性 , 以不同的纹理细节层次绘制连续帧图象会引起人眼的不适和降 低图像序列的感知质量。磁滞现象在视

16、觉上的又可以表现为视觉后像和视觉惰 性。所谓“视觉后象”指的是光刺激物停止作用后，在短暂的时间内仍然会在头 脑中留下印象， 这种现象叫做视觉后象。 由于光刺激的品质及其背景的不同， 所 产生的后象，又有两种形式 : 正后象和负后象。与原刺激性质相同的后象称为正 后象，例如注视打开的电灯几分钟后闭上眼睛， 眼前会产生一片黑背景， 黑背景 中间还有一电灯形状的光亮形状， 这就是正后象。 与原刺激性质相反的后象叫负 后象。在前面的例子中， 看到正后象后眼睛不睁开， 再过一会儿发现背景上的光 亮形状变成暗色形态， 这就是负后象。 视觉后象不是静止不变的， 它们由迅速相 互交替的几个时相所组成， 即黑暗

17、象代替光亮象， 然后光亮象又代替黑暗象， 这 样一直到完全消失为止。 正负后象的交替出现与神经过程的诱导作用有关。 视觉 后象延续时间的长短，受如下一些因素的影响：(1) 引起后象的刺激明度。刺激的明度越大，后象的延续时间越长 ;(2) 引起后象的刺激的延续时间越长，后象的延续也越长。 人的视觉对外界光刺激的响应有一定的延时 . 当一定强度的光突然作用于人 眼时，需要经过一定的时间才能形成一个稳定的主观亮度感觉 ; 当光消失以后， 亮度感觉也不是瞬间消失，而是要经过一段时间之后才能消失 . 也就是说，视觉 的建立和消失都有一定的惰性，这就被称之为视觉惰性。杜志刚等在 眼动仪在道路交通安全与环境

18、评价中的应用 中通过眼动仪的 研究发现： 在隧道进出口时， 由于周围环境照度变化较大， 产生了驾驶员视觉明 暗适应问题， 导致瞳孔直径的急剧变化。 这种暗( 明) 适应过程的长短影响了驾驶 员的视认性， 产生了不良的心理生理反应， 这也是隧道入口事故率较高的主要原 因之一。总结通过这次对文献资料的收集和整理， 使我对视觉心理学有了更进一步的 认识。视觉心理学的研究是一个方兴未艾的领域， 其技术手段、 研究思想和涉及 的课题领域都还处在迅速的发展过程中。 虽然现在仍然处于以资料积累为主， 但 其理论建构也越来越受到重视。 现阶段的视觉心理学的定义和指标过于繁杂， 而 且标准不是很精确和统一。 且

19、其应用研究在水上交通和航空运输中的偏少， 道路 相对较多， 但是道路交通与水上交通和航空运输存在一定差异性。 所以这些基础 应用研究在未来几年将成为该领域的主题。 随着相应的实验仪器例如眼动仪等向 智能化、系列化、便携式方向的发展，将使视觉心理学研究向广度、深度及其他 应用领域更进一步扩张。参考文献1 朱红丽. 视觉心理学在室内设计中的应用浅谈。室内设计， 2007年第 3期2 栗海翔. 驾驶人视觉特性与道路交通安全的关系探讨。科技向导， 2010 年第33期3 张驰.交通仿真中驾驶人空间视野感知模型。交通运输工程学报， 2010年 8 月第 4 期4 David Crundall. Effe

20、cts of experience and Processing demandson Visualinformation acquisition in drivers。.Ergonomics,1998,41(4)5 Torbjorn . Falkmer. Nils Peter Gregersen. A comparison of eye movement behavior of inexperienced and experienced drivers in real traffic environments .Optometry and Vision Seiene,2005, 82(5)6 Driving on the motorway: the effect of alternating speed on drive 's activation level and mental effort. Ergonomics 15 July ,20027 刘哲义. 高速公路驾驶员生 / 心理特点对行车安全的危害与预防。 公路交通科 技，1999年 9月8 张建峰.