Lecture3心理物理方法中文版(精)
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心理物理法
第五章心理物理学量化和精确性是科学主义对心理学提出的严格考验。
被喻为科学的各种自然科学都是可以量化的，诸如物理学、化学和生物学，量化是心理学挤身自然科学领域最大的绊脚石，传统的思辨式心理学对此一筹莫展，因此，科学心理学的建立有待新生力量的注入。
1860年，费希纳的巨著《心理物理学纲要》轰动了整个心理学界，因为这不仅标志着一门新兴学科——心理物理学的诞生，同时也使当时的心理学工作者看到了心理学科学化道路的曙光。
通过运用各种数学方法和测量技术，心理物理学正在逐步揭示心理现象和物理现象之间对应的数量关系，这种对应关系的量化使得心理学家第一次有能力像物理学家测量物体属性那样，精确量化人的心理事件。
而一门学科的量化程度则代表了它的科学水平的高低，因此，就像著名的实验心理学家波林在1950年做出的评论那样：内部印象（心理物理学中的心理）与外部世界（心理物理学中的物理）之间相互关系的测量技术的引入，标志了科学心理学的诞生。
自费希纳之后，越来越多的研究者参与到心理物理学研究领域中来，心理物理学的内涵和外延在不断地扩充。
20世纪中叶，史蒂文斯定律和信号检测论的同时诞生，标志着心理物理学的发展进入了崭新的阶段。
后人为了区别，习惯上将后者称为现代心理物理学，而将以费希纳为代表的心理物理学称之为传统心理物理学。
由此，本章一、二节将侧重点置于传统心理物理学，而三、四节则进一步探讨现代心理物理学。
第一节传统心理物理学在《心理物理学纲要》一书中，费希纳把心理物理学定义为一门精密的关于身体和心理之间函数依附关系的理论。
可以说，心理物理学的目标就是最终用精确的数学函数的形式来描述外部的物理刺激与由此而发生的感觉和知觉之间的定量关系。
要实现这一目标，心理学家必须要先做两个准备工作：（1）感觉阈限的测量；（2）阈上感觉的量化。
一、感觉阈限的测量感觉阈限（sensory threshold），又称阈限，是传统心理物理学的核心概念。
阈限可以分为两种：一为绝对阈限（absolute threshold），通常简写为RL（德语Reiz Limen），指刚好能够引起心理感受的刺激大小；二为差别阈限（difference threshold），通常简写为DL（德语Differenz Limen），指刚好能引起差异感受的刺激变化量。
心理物理学方法
实际上，任何刺激都不是孤立地存在的， 它总是在时间顺序上或空间上相对于一 定的上下关系（context）或背景 （background），因此，对刺激的知 觉不仅依赖于刺激本身，也依赖于其背 景。
（四）对偶比较法、等级排列法与顺序量表
我们可以用对偶比较法和登记排列法制 作顺序量表。
对偶比较法最早出现在颜色爱好的研究 中。
2、评价法
表4 各个确信程度含义
确信程度 第6等 第5等 第4等 第3等 第2等 第1等 含 义 相应的概率判断 100%有信号出现 80%有信号出现 60%有信号出现 40%有信号出现 20%有信号出现 0%有信号出现
十分肯定有信号出现 肯定有信号出现 可能有信号出现 可能没有信号出现 肯定没有信号出现 十分肯定没有信号出现
客观刺激强度——∆I 主观经验的感觉——j.n.d
Rk = logS0 + Klog(1 + W)
（二）数量估计法、比例量表与Stevens定律
如果你运用数量估计法制作比例量表， 那么实验结果支持Stevens定律。 什么是数量估计法？ S = bIa
（三）心理物理判断的相对性
击中 f1 虚报 f3
漏报 f2 正确否定f4
P(y/SN) = f1/(f1+ f2)
P(y/N) = f3/(f3+ f4)
1、有无法（3）
击中率的纵坐标 虚报率的纵坐标
d z N z SN
1、有无法（4）
当被试的反应方式或判 断标准发生变化时，虽 然击中率和虚报率也发 生变化，但如果信号和 噪音的差别不变，根据 击中率和虚报率计算出 来的SN分配和N分配的 平均数的距离并不变化， 也就是对于ROC曲线上 的各点来说，d’是恒定 的，所以ROC曲线又叫 做等感受性曲线。 纯机遇线
03传统的心理物理学方法
第一节 极限法
二、差别阈限的测定
2、因变量（反应变量）
以口头报告方式表达，一般用三类反应。
被试感觉比较刺激大于标准刺激，主试记录为“+”。 被试感觉比较刺激等于标准刺激，主试记录为“=”。
被试感觉比较刺激小于标准刺激，主试记录为“-”。
当被试在这三类判断中“说不准”时，主试可记录为
（两者只可存在一种）
第一节 极限法
一、绝对阈限的测定
4、误差及其控制
⑶练习误差和疲劳误差 [结合“感受性”来理解] 练习误差是由于实验的多次重复，被试逐渐熟悉了 实验情景，对实验产生了兴趣和学习效果，而导致 反应速度加快和准确性逐步提高的一种系统误差。 疲劳误差是由于实验的多次重复，被试受到随实验 进程而产生的疲倦或厌烦情绪的影响，以致其反应 速度减慢和准确性逐步降低的一种系统误差。 即，随着时间的进展，练习会使阈限逐渐降低，而 疲劳则使阈限逐渐升高。（两者可同时存在）
<再次注意> ―闪光融合”实验的特别之处。（闪光融合频 率高反而是绝对阈限低，相应的感觉感受性高！）
第一节 极限法
一、绝对阈限的测定
4、误差及其控制
⑴常误（constant error）：在测定阈限的过程中经常
起作用，以致使测定结果产生一定倾向的误差（属 于“系统误差”）。 P77
P79
极限法是按一定梯级增加或减少刺激强度来测定阈
限的，并且渐增和渐减系列是完全分开的。
阶梯法和极限法的不同之处，就在于阶梯法把增
加和减少刺激强度的程序连续进行。
例如测绝对阈限。当被试报告感觉不到开始呈现的
刺激（递减）时，主试就从该刺激强度继续按一定 梯级来增加刺激强度（递增）；而当增加到被试感 觉到了时，又按一定的梯级来减少。实验就按此程 序持续下去，直至达到先定的标准或先定的实验次 数为止。
《心理物理法》课件
绝对阈限
差别阈限
差别阈限是指刚刚能够引起差别感觉 的两个刺激量之间的最小差异量，也 称为最小可觉差。
绝对阈限是指能够引起感觉的最小刺 激量，即刚好能够引起感觉的最小刺 激强度。
差别阈限法
差别阈限法
差别阈限法是心理物理法中用来 测量差别阈限的一种实验方法， 通过比较不同刺激之间的最小可
觉差，来测量感觉阈限。
极限法
极限法是差别阈限法的一种，通 过不断增加或减少刺激强度，直 到被试者能够感觉到差异为止，
记录下此时的刺激强度。
恒定刺激法
恒定刺激法是差别阈限法的一种 ，通过使用恒定的刺激强度，多 次重复实验，计算出被试者感觉 到的刺激强度的平均值和标准差
。
恒定刺激法
1 2 3
恒定刺激法
恒定刺激法是心理物理法中一种常用的实验方法 ，通过使用恒定的刺激强度，多次重复实验，记 录下被试者的感觉反应。
01
心理物理法的基本 原理
阈限理论
阈限
阈限是感觉系统所能觉察到的最小刺激量， 是心理%的概率引起差别感觉的两个刺 激之间的最小差异量。
绝对阈限
是指能以50%的概率引起感觉的最小刺激量 。
阈下知觉
是指低于阈限的刺激所引起的感觉经验。
信号检测论
信号检测论
信号检测论是心理物理学的重 要分支，用于研究刺激与反应
平均误差法
平均误差法是恒定刺激法的改进，通过计算被试 者对不同刺激强度的反应的平均误差，来测量感 觉阈限。
数量估计法
数量估计法是恒定刺激法的另一种改进，通过让 被试者对刺激强度进行数量估计，来测量感觉阈 限。
01
心理物理法的应用 实例
感知觉现象的实验研究
感知觉阈限
第三章 心理物理法
• 上述三种方法计算的结果，都可以作为差 别阈限的估计值。只要在一个研究中坚持 前后使用同一种方法，其结果都可以作为 测量感受性的可靠指标．或对韦伯比率的 良好性进行考验 • 上述三种方法所计算的结果并不相等，可 见差别阈限只是一个估计数，而绝非一个 定值，依不同的操作而异。
误差及控制
• 动作误差：有被试操纵实验仪器，调整比 较刺激时，由于所采用的方式的不同而产 生的误差。 • 比较刺激大于标准刺激，从大调小 • 比较刺激小于标准刺激，从小调大 • 控制：把从大于和小于标准刺激开始调整 的次数各占一半
• 又称正误法或次数法 • 刺激通常有5到7个，在实验过程中保持不 变，故叫恒定刺激法。 • 刺激一般是从预备实验中选出，刺激的最 大强度要大到它被感觉的概率达到95%左 右．刺激的最小强度要小到被感觉的概率 只在5%左右。各个刺激之间的距离相等 • 每种刺激值在整个测定中多次（50-200次） 向被试呈现 • 恒定刺激法的刺激是随机呈观的．每个刺 激呈现的次数应相等．
刺激 最小 变化 法 恒定 刺激 法 最小变化 得到的刺 激系列
呈现方式 递增递减 相交替
绝对阈限 N次测量 的平均值
差别阈限
注意
½(上限-下 AB或 限) ABBA交 替 三类回答： 随机 50% 总次数相 两类回答： 等 75% 平均误差、 AB或 标准差、 ABBA交 四分位差 替
5-7个恒定 随机呈现 的间隔等 （每个刺 距的刺激 激值总次 数相等） 由被试 调节 复制
特点
• 1、要求被试判断在什么时候比较刺激与标准刺激相等， 直接给出主观相等点，且这个主观相等点落在不肯定 间距之内。被试的反应不是口头报告，而是调整的等 值。 • 2、被试积极参与，实验过程中由被试本人调整刺激的 变化，通过渐增与渐减两个系列求出刚刚不能引起和 刚刚能够引起感觉的刺激值，然后取其平均值作为感 觉的绝对阈限。 • 3、刺激量是连续变化的。在极限法时，刺激一般是按 梯级变比。 • 4、在接近阈限时．被试可以反复调整刺激，以减少刺 激的起始点对结果的影响，直到自己满意时为止。
心理物理学方法
• (4)此法在统计结果时必须求出各个刺激变量 引起某种反应(有、无或大、小)得次数。
• 特别要注意得就是,此法在实验之前需要选定刺 激。
• 所选定得刺激最大强度应为每次呈现几乎都能 为被试感觉到得强度,它被感觉到得可能性应不 低于95%。所选刺激得最小强度应为每次呈现 几乎都不能感觉到得强度,它被感觉到得可能性 应不高于5%。
• (1)自变量 • (2)反应变量(因变量) • (3)差别阈限得计算
(1)自变量
• 用恒定刺激法测定差别阈限,就是让被试者将比 较刺激与标准刺激加以比较;
• 标准刺激就是能被感觉到得某一刺激强度; • 比较刺激可在标准刺激上ห้องสมุดไป่ตู้一段距离内确定,一
般从完全没被感觉出差别到完全感觉出差别得 范围内选定5到7个刺激强度作为比较刺激。 • 比较刺激要随机呈现,每个比较刺激与标准刺激 至少要比100次。
(2)因变量(反应变量)
• 用平均差误法测定差别阈限得反应变量就是被 试每次调整得数值,即其认为与标准刺激相等 得数值。
• 由于被试反复测试,每次得结果并不就是一个 固定得数值,它们就是围绕着一个平均数变化 得数值。这个变化范围就就是不肯定间距。
• 不肯定间距得中点,即多次调整结果得平均数, 就就是主观相等点,主观相等点与标准刺激得 差就就是常误。
二类反应得差别阈限得计算
• 不能以50%引起感觉差别得刺激增量作 为差别阈限;
• 以75%感觉重于标准刺激得得比较刺激 作为相等地带得上限;以25%感觉重于标 准刺激得得比较刺激作为相等地带得下 限。
3、平均差误法
• 平均差误法(或均误法)又称调整法、再造 法、均等法,就是最古老且基本得心理物 理学方法之一。
心理物理学方法
• 特别要注意得就是,此法在实验之前需要选定刺 激。
• 所选定得刺激最大强度应为每次呈现几乎都能 为被试感觉到得强度,它被感觉到得可能性应不 低于95%。所选刺激得最小强度应为每次呈现 几乎都不能感觉到得强度,它被感觉到得可能性 应不高于5%。
• (1)自变量 • (2)反应变量(因变量) • (3)差别阈限得计算
(1)自变量
• 用恒定刺激法测定差别阈限,就是让被试者将比 较刺激与标准刺激加以比较;
• 标准刺激就是能被感觉到得某一刺激强度; • 比较刺激可在标准刺激上ห้องสมุดไป่ตู้一段距离内确定,一
般从完全没被感觉出差别到完全感觉出差别得 范围内选定5到7个刺激强度作为比较刺激。 • 比较刺激要随机呈现,每个比较刺激与标准刺激 至少要比100次。
(2)因变量(反应变量)
• 用平均差误法测定差别阈限得反应变量就是被 试每次调整得数值,即其认为与标准刺激相等 得数值。
• 由于被试反复测试,每次得结果并不就是一个 固定得数值,它们就是围绕着一个平均数变化 得数值。这个变化范围就就是不肯定间距。
• 不肯定间距得中点,即多次调整结果得平均数, 就就是主观相等点,主观相等点与标准刺激得 差就就是常误。
二类反应得差别阈限得计算
• 不能以50%引起感觉差别得刺激增量作 为差别阈限;
• 以75%感觉重于标准刺激得得比较刺激 作为相等地带得上限;以25%感觉重于标 准刺激得得比较刺激作为相等地带得下 限。
3、平均差误法
• 平均差误法(或均误法)又称调整法、再造 法、均等法,就是最古老且基本得心理物 理学方法之一。
心理物理学方法
心理物理法
心理物理法
心理物理法是指通过实验和观察来研究人类感知和知觉的基本原理和规律的方法。
心理物理学家使用这些方法来探究人的感觉和知觉如何与其所接收的刺激和环境交互。
心理物理法包括以下几种：
1. 辨别阈：研究被试能够分辨两种刺激的最小差别或最小阈值。
2. 图案辨认阈：研究被试能够辨认图案的最小大小或最小模糊度。
3. 辨别极限：研究被试可以感知到的最小或最大刺激级别。
4. 特定定量关系：研究被试感知到刺激的强度和刺激级别之间的关系。
5. 匹配和比较：研究被试在比较或匹配两个刺激时的表现。
这些方法对于研究感觉和知觉、认知和注意等领域非常有用。
通过心理物理法，研究者可以了解到人类感知感觉的基本原理，也可以研究不同个体之间在感知方面的差异。
3心理物理学方法(2)
a.直线内插法 • b.平均Z分数法 • c.最小二乘法
a.直线内插法
.66
.29
10
11
b.平均Z分数法
c.最小二乘法
先确定直线方程：Y=a+bX中的a,b
• 在心理学中应用这两个公式时要将纵轴 的Y值（即恒定刺激求得的P值）转化成 对应的Z分数，使X (恒定刺激法中的刺 激即S）与Y的关系转换为执行关系。则 • Z=a+bX(3.3) • 当Z=0时， • S=-a/b (3.4) •
二类反应
• 让被试者作“大于”和“小于”两种判 断，即使分不清时，也要作出其中的一 种判断。
（3）差别阈限的计算
三类反应的差别阈限的计算 二类反应的差别阈限的计算
三类反应的差别阈限的计算
• 相等地带的上限定为50％次重于标准刺 激的比较刺激，相等地带的下限定为50 ％次轻于标准刺激的比较刺激，有了上 限、下限，通过前面提到的几种方法就 可以计算差别阈限。
用恒定刺激法测定绝对阈限
• （1）自变量 • （2）反应变量（因变量） • （3）绝对阈限的计算
（1）自变量
• 用恒定刺激法测定绝对阈限，是从略高 于感觉到略低于感觉这一范围内选5到7 个等距的刺激强度。
（2）反应变量（因变量）
• 用恒定刺激法测定绝对阈限的反应变量要求被 试者以口头报告方式表示， • 在实验中每呈现一次刺激后，被试者若感觉到 了，则报告“有”，主试者记录“+”；被试者 ” 若感觉不到，则报告“无”，主试者就记录 “-”。 • 然后根据被试者对不同刺激所报告的“有”或 “无”的次数来求出百分数，以此来计算阈限。
用恒定刺激法测定差别阈限
• （1）自变量 • （2）反应变量（因变量） • （3）差别阈限的计算
a.直线内插法
.66
.29
10
11
b.平均Z分数法
c.最小二乘法
先确定直线方程：Y=a+bX中的a,b
• 在心理学中应用这两个公式时要将纵轴 的Y值（即恒定刺激求得的P值）转化成 对应的Z分数，使X (恒定刺激法中的刺 激即S）与Y的关系转换为执行关系。则 • Z=a+bX(3.3) • 当Z=0时， • S=-a/b (3.4) •
二类反应
• 让被试者作“大于”和“小于”两种判 断，即使分不清时，也要作出其中的一 种判断。
（3）差别阈限的计算
三类反应的差别阈限的计算 二类反应的差别阈限的计算
三类反应的差别阈限的计算
• 相等地带的上限定为50％次重于标准刺 激的比较刺激，相等地带的下限定为50 ％次轻于标准刺激的比较刺激，有了上 限、下限，通过前面提到的几种方法就 可以计算差别阈限。
用恒定刺激法测定绝对阈限
• （1）自变量 • （2）反应变量（因变量） • （3）绝对阈限的计算
（1）自变量
• 用恒定刺激法测定绝对阈限，是从略高 于感觉到略低于感觉这一范围内选5到7 个等距的刺激强度。
（2）反应变量（因变量）
• 用恒定刺激法测定绝对阈限的反应变量要求被 试者以口头报告方式表示， • 在实验中每呈现一次刺激后，被试者若感觉到 了，则报告“有”，主试者记录“+”；被试者 ” 若感觉不到，则报告“无”，主试者就记录 “-”。 • 然后根据被试者对不同刺激所报告的“有”或 “无”的次数来求出百分数，以此来计算阈限。
用恒定刺激法测定差别阈限
• （1）自变量 • （2）反应变量（因变量） • （3）差别阈限的计算
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非线性差异阈值
• 差异阈值不是恒定的 (随强度而变化) 非线性物理方程 函数是非线性的 • 韦伯法则: 差异阈值与 初始刺激值的比例是恒 定的 ΔI / I = c • 韦伯法则 斜率随强度而变化 只是大约!
感 觉 大 小
刺激强度
阈值测量
• 费克纳的3种方法：
• 恒定刺激法 • 极限法 • 调整法 • 阶梯法 • 恒定刺激法的修正(适应的, 没有标准）
绝对阈值: 观察者可以只是勉强检测的强度
• 绝对阈值以下的强度：检测不到 • 绝对阈值以上的强度：检测
• 差异阈值（又名 最小可觉差（JND ）： 观察者注意到的最小强度差
• 强度变化比差异阈值小：察觉不到 • 强度变化比差异阈值大：察觉得到
阈值
如果假定一个线性关系， 两个值确定一个函数 :
线性物理方程
心理测量函数：差异阈值
Percentage “stronger”
100%
75% 50% 25%
0% PSE
比较刺激的光照强度
•
当观察者看不到差异时，他/她在“更强”或“更弱” 中随机选择;心理测量函数中这对应于50%的主观的对 等点（PSE）
心理测量函数：差异阈值
Percentage “stronger”
测量阈值相当于于50% 的心理测量函数(恒定 刺激法)
+ •
•
测量绝对阈值的限制法
+ 比较刺激的光强 + + + 阈值估计 + 试验 + 比较明朗 - 比较暗 + + + + + + +
• 直到反应比较刺激 的变化强度下降或 者上升 • 阈值估计 : 用标准和 比较刺激之间的强 度差来反应变化 • 取两个方向上的多 个系列求平均结果
100%
75% 50% 25%
0%
DW
DS
比较刺激的光照强度
• • •
按照惯例, 认为75%的强度比标准强度明显的强。 DS 25%的比较强度比标准明显的弱 DW 差异阈值= DS 和 DW的平均值
限制法测量绝对阈值
1.
+
+ + 光强 + + 阈值估计 试验 +
在每次试验中，观察者 记录他/她是否可以看得 见光
调整法测量绝对阈值
• 观察者可以改变刺激 强度 • 指示调整到恰好看见 的或者恰好看不见的 • 初始强度设置为远离 预期的阈值
第三讲 心理物理测试法
消失的中心视力
Pritchard, 1961
信号检测与视觉
心理物理法
• 量化了物理刺激诱发的感 觉 • Gustav Fechner (1860): 建立了3个心理物理学方法 • 费克纳的方法已经（被） 广泛应用 • 不同的实验结果具有可比 性
阈值
一般定义（不假设线性）：
首先提出一个光照强度 远高于预期的阈值 （观 察者一定能够看得见） 减少强度，直到观察者 看不到它 阈值估计：反应变化的 强度
2.
3. 4.
• 降级数：从预期的阈值开始，降低强度 • 升级数：从预期的阈值开始，增加强度
测量绝对阈值的限制法
+
+ + 光强 + + 试验 +
+
+ + + -
•
上升和下降系列可能会 产生不同的结果 兼施 即使在同一个方向, 阈 值仍有差异 (内部噪声 等) 测量结果的平均值
恒定刺激法测量差异阈值
•
所有标准刺激和比较刺激都需要多次测试
心理测量函数：差异阈值
Percentage “stronger” 100% 75% 50% 25% 0%
Light intensity of comparison stimuli
•
对于每一个比较水平,计算 “更强”的反应的 百分比，并把结果绘制成一个心理测量函数
恒定刺激法测量绝对阈值
——看得见? ——是 / 否
•
一次提出一个刺激，并询问观察者，是否可以 看得见。
恒定刺激法测量绝对阈值
…
•
每种刺激随机测试多次（20-25）
感官检测理论：绝对阈值
0% 5% 20% 50% 80% 95% 100%
+
-
ห้องสมุดไป่ตู้
+ +
+
-
-
-
+
+
+
-
-
-
-
+
• •
使用强制选择法。 计算在每一个光水平上的“是”或“否”的反 应比例。
心理测量函数：绝对阈值
100% 百分比“看得见” 75% 50% 25% 0% 刺激强度
•
设计反刺激强度的百分比 心理测量函数
心理测量函数：绝对阈值
Ideal FIG (Sekuler) Actual sigmoid function FIG (Sekuler)
• 固定的绝对阈值 • 阶梯函数
感 觉 大 小
X轴截距
• x轴截距：任何诱发感觉的 最小刺激值 绝对阈值 • 斜率：强度增加时感觉增 加的速率 差异阈值 (斜率成反比）
斜率（倾角）
刺激强度
绝对阈值
• 即使在没有刺激的情况下,感觉神经上仍有一些 随机反应 • 这种内在的噪音甚至可以每个瞬间在变化 • 观察者不能从弱刺激的影响中识别内部噪声 • 即使没有灯 (完全黑暗),观察者可能会经历一个 昏暗的灯光（固有光） • 在消声室观察者报告说听到哨音 • 真正测量来说,绝对阈值是有问题的：观察者 可能会混淆内部噪声与真实的东西
• 绝对阈值随试验的不同而不同 (由于灵敏度的不断波动) • 按照惯例, 50%的强度被认为是 阈值。
感官决策：差异阈值
标准刺激:
比较刺激:
光强
• •
标准刺激有一个固定的强度。 把标准刺激归入比较刺激的强度。
恒定刺激法测量差异阈值
更强
更弱
•
对于每一组, 观察者需要感受比较刺激比标准 刺激强还是弱
费克纳方法的改进
定量方法
• 强迫选择与心理测量函数 • D’, ROC 曲线, 选择概率 • 直接量表法:随强度感觉增强 您看到那个灯有多亮?
• 量级估计与幂律
• 多维排列在某种程度上刺激的程度是可比 的(例如,恐惧和兴奋 ) 你能根据强度，判断两个刺激的相似性吗？
费克纳的三种方法
绝对阈值 恒定刺激法 极限法 调整法 差别阈值 不使用
• 一次提出一个刺激 • 刺激是非常微弱的 • 可能的反应: “是的，我感觉到了.” “不，我没有感觉到.”
•
一次提出两个刺激: – 标准: 稳定的, 容易发现的 – 对比: 比标准更强烈，或者更 不强烈
• 可能的反应: “比较强烈.” “比较弱.”
恒定刺激法测量绝对阈值
光照强度
弱
强
1. 从不可见到可见选择一系列的光强。 2. 在这个强度范围均匀地选择一些点（4-7）; 这 将是恒定的刺激设定。