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一、視覺刺激

    人類視覺剌激是電磁輻射的一部分,稱可見光(visible light).其波長在將近400至750毫微米之間。自然界中不同的動(dòng)物各有適合其生存條件的不同視覺系統(tǒng)。人的視覺雖然在某些方面似乎不如動(dòng)物敏銳,但是人眼是一個(gè)非常完善的視覺機(jī)構(gòu),它能夠看近處和看遠(yuǎn)處,在亮光下和在昏暗處米看東西,適應(yīng)各種環(huán)境,并且更重要的是,人的眼睛有完美的色覺,使人能夠欣賞到色彩繽紛的美好世界。圖3.2顯示可見光譜與電磁波的關(guān)系。

圖3.2光譜與電磁波

二、基本的視覺現(xiàn)象

(一) 視覺適應(yīng)

    適應(yīng)指的是在剌激物持續(xù)作用下感受性發(fā)生的變化,適應(yīng)既可以是提高感受性,也可以是降低感受性。視覺的適應(yīng)現(xiàn)象最常見的有明適應(yīng)和暗適應(yīng)兩種。明適應(yīng)又稱光適應(yīng)。由暗處到光亮處,特別是在強(qiáng)光下,最初一瞬間會(huì)感到光線刺眼發(fā)眩,幾乎看不清外界物體,幾秒鐘之后逐漸看清物體。這種對光的感受性下降的變化現(xiàn)象稱為明適應(yīng)。從亮處到暗處,人眼開始看不見周圍東西,經(jīng)過一段時(shí)間后才逐漸區(qū)分出物體,人眼這種感受性逐漸增高的過程叫暗適應(yīng)。

(二) 色覺

    在一定強(qiáng)度下,一種波長的光引起一種特定的顏色感覺。但眼睛很少接受到的是單一波長的純光。例如,日光是由各種波長的光波混合而成。

    顏色感覺具有三種屬性:色調(diào)、飽和度和亮度。

    色調(diào)是顏色的基本特征或表現(xiàn),如紅色、綠色,它由混合光中起主導(dǎo)作用的波長所決定。在產(chǎn)生白、灰、黑系列的混合光中,由于沒有起主導(dǎo)作用的波長,一般認(rèn)為它們不具色調(diào),稱它們?yōu)闊o彩色或中和色。各種彩色依據(jù)它在心理上的相似程度排列,可構(gòu)成一個(gè)環(huán)形,稱色環(huán),見圖3.3。在色環(huán)上,凡相鄰兩種不同波長的色光相混合,都會(huì)產(chǎn)生位于兩者中間的另外一種顏色。例如紅與黃相混合會(huì)出現(xiàn)橙色。

    飽和度與光的強(qiáng)度有關(guān)。在一個(gè)顏色中,起主導(dǎo)作用的波長越強(qiáng),表現(xiàn)出色調(diào)越純,也就是該顏色的飽和度越大。

    亮度指構(gòu)成該顏色的全部光波的總強(qiáng)度。白色亮度最大,當(dāng)其亮度減弱時(shí),表現(xiàn)出一系列灰色,最終達(dá)到全部黑暗時(shí),視覺消失。

圖3.3 色環(huán)

三、視覺的機(jī)制

(一) 眼睛

1.眼睛的構(gòu)造
    眼睛是一個(gè)非常復(fù)雜和完善的視覺結(jié)構(gòu)。光波傳到眼部首先要經(jīng)過一些輔助組織的調(diào)節(jié),才能投射到眼球底部的視網(wǎng)膜上成像。眼球最外部是一個(gè)透明的保護(hù)層,叫做角膜,光線通過它進(jìn)入到位于它后面由虹膜環(huán)繞的瞳孔。瞳孔隨光線的強(qiáng)弱調(diào)節(jié)其大小,使適量的光線進(jìn)入眼球。瞳孔后方是水晶體,再經(jīng)過眼部肌肉調(diào)節(jié)水晶體的曲度變化,適量的光線就能恰好聚焦在眼球后部的視網(wǎng)膜上成像了(見圖3.4)。

圖3.4 眼睛的主要構(gòu)造

2.網(wǎng)膜上的感光細(xì)胞
    光能向神經(jīng)活動(dòng)的轉(zhuǎn)換在網(wǎng)膜上實(shí)現(xiàn),網(wǎng)膜是真正的感光機(jī)構(gòu)。網(wǎng)膜由多層神經(jīng)細(xì)胞組成,最主要的是兩種感光細(xì)胞--棒體細(xì)胞和錐體細(xì)胞。在光的刺激作用下,它們通過所含化學(xué)物質(zhì)的變化傳遞著視覺信息。棒體細(xì)胞和錐體細(xì)胞不僅形狀不同,它們的功能和在網(wǎng)膜上的位置分布也不相同。棒體細(xì)胞只對光的強(qiáng)度起反應(yīng),對微弱光線敏感,但不能分辨顏色;錐體細(xì)胞則可以專門反應(yīng)光的波長(也就是顏色),但對光的強(qiáng)度反應(yīng)很差,因此在光亮條件下,錐體細(xì)胞使人能夠細(xì)微地分辨顏色,在人類視覺中最為活躍,而在光線微弱時(shí)就不起作用了。

    感光細(xì)胞在網(wǎng)膜上的分布：錐體細(xì)胞集中于網(wǎng)膜中心,稱作中央窩或黃斑(fovea)的一點(diǎn)上。離開黃斑向網(wǎng)膜邊緣擴(kuò)展,錐體細(xì)胞逐漸減少,棒體細(xì)胞逐漸增加。這就造成了假若在昏暗條件下要看一個(gè)細(xì)小的物體,余視比正視效果更好。

    視覺適應(yīng)的產(chǎn)生正是不同感光細(xì)胞起作用的結(jié)果。暗適應(yīng)包含兩種基本過程:瞌孔大小的變化及視網(wǎng)膜感光化學(xué)物質(zhì)的變化。從光亮到黑暗的過程中,瞠孔直徑可由2毫米擴(kuò)大到8毫米,使進(jìn)入眼球的光線增加10~20倍,但暗適應(yīng)的主要機(jī)制是視網(wǎng)膜的感光物質(zhì)--視紫紅質(zhì)的恢復(fù)。人眼接受光線后,錐體細(xì)胞和棒體細(xì)胞內(nèi)的一種光化學(xué)物質(zhì)--視黃醛完全脫離視蛋白,發(fā)生漂白過程;當(dāng)光線停止作用后,視黃醛與視蛋白重新結(jié)合,產(chǎn)生還原進(jìn)程。由于漂白過程而產(chǎn)生明適應(yīng),由于還原過程使感受性升高而產(chǎn)生暗適應(yīng)。視覺的暗適應(yīng)程度是與視紫紅質(zhì)的合成程度相應(yīng)的。暗適應(yīng)主要是棒體細(xì)胞的功能,在暗適應(yīng)的最初5~7分鐘里,感受性提高很快,這一階段是錐體細(xì)胞與棒體細(xì)胞共同參與的結(jié)果；之后,感受性仍上升,不過上升的速度降低了,這一階段是只有棒體細(xì)胞繼續(xù)起作用。

    明適應(yīng)的過程與暗適應(yīng)相反,一方面瞌孔縮小以減少視網(wǎng)膜上的光量,另一方面暗適應(yīng)時(shí)的棒體細(xì)胞的作用轉(zhuǎn)到錐體細(xì)胞發(fā)生作用,其機(jī)制也可以用視覺色素的漂白過程來解釋。

(二)色覺理論

1.三原色說
    三原色說是由楊和黑爾姆茲提出,也稱楊一黑理論。他們認(rèn)為任何顏色都能由三種波長的純光混合而產(chǎn)生。人具有三種不同形態(tài)的錐體細(xì)胞,它們分別對紅、綠、藍(lán)三種原色最敏感。以不同比例混合這三種原色,可以產(chǎn)生各種不同顏色。生理學(xué)家用顯微鏡觀察已發(fā)現(xiàn)了三種錐體細(xì)胞。但三原色說對于有些視覺現(xiàn)象還不能做出很好的解釋。例如視覺后像,當(dāng)光剌激終止對感受器的作用后,它所引起的視覺并不立即消失,它會(huì)出現(xiàn)一個(gè)短暫的駐留,稱正后像。電影的原理就是利用人們的正后像,使快速呈現(xiàn)的一組斷續(xù)的圖像被看成了連續(xù)的動(dòng)景。如圖3.5注視其圖中心的黑色圓點(diǎn)一分鐘,然后把注視點(diǎn)轉(zhuǎn)移到右圖中心的X處,你會(huì)看到白色背景上的一個(gè)黑色十字架,這種視覺現(xiàn)象稱作負(fù)后像。根據(jù)負(fù)后像原理,你可以發(fā)現(xiàn)在注視任何一種顏色后,都會(huì)在白色背景上看到一個(gè)與它相反的顏色出現(xiàn),這是顏色對比現(xiàn)象。

圖3.5 負(fù)后像

2.拮抗理論
    為了解釋顏色對比現(xiàn)象,黑林提出顏色拮抗理論,也簡稱四色說。他提出人眼對光反應(yīng)的視覺基本單元是成對組織的,有紅、綠、黃、藍(lán)四種原色,加上黑與白共成三對,在光波影響下起作用。每一對的兩個(gè)要素作用相反,具有拮抗作用,表現(xiàn)是當(dāng)其中一個(gè)停止作用后,另一個(gè)就激活。所以先看紅色,后像就是綠色。

    拮抗原理也能解釋顏色互補(bǔ)現(xiàn)象。如果產(chǎn)生兩種顏色的光波相混合,結(jié)果出現(xiàn)灰色,即這兩種顏色互補(bǔ),或稱為互補(bǔ)色。互補(bǔ)色在色環(huán)上的位置基本相對,紅與綠、黃與藍(lán)是互補(bǔ)色。根據(jù)拮抗原理,互補(bǔ)現(xiàn)象是由于兩個(gè)互補(bǔ)色以相反方向剌激同一視覺單元,結(jié)果相互抵消而造成的。這三對相互拮抗的活動(dòng)已得到研究證明。它們不是視網(wǎng)膜上,而是在視神經(jīng)通路中途的神經(jīng)結(jié)細(xì)胞發(fā)生的。

    三原色說可以解釋視覺感受器的活動(dòng),拮抗說可以解釋視覺信息自感受器輸出后在神經(jīng)結(jié)細(xì)胞上的活動(dòng)過程,兩種理論互相補(bǔ)充，在解釋人類色覺的復(fù)雜現(xiàn)象中都起重要作用。