颜色视觉 理论概述
颜色视觉 理论概述
THE EFFECT OF SIZE ON PERCIEVED COLOR
在视网膜上有三种形式的锥体细胞受到光的刺激就产生 红、绿、蓝三种色觉：
支持三原色学说的实验 1. 眼底反射分光光度实验
2. 显微分光光度实验 3. 锥体细胞感受电位光谱感度实验
1801 - 1860
Thomas Young - Herman von
X rays Cosmic rays
White light can be dispersed into a spectrum with the aid of a prism
166 6
White Light
700 nm
The spectrum
400 nm
牛頓 - 三菱鏡之色彩實驗
1666
光源
VIOLET INDIGO
该假定视网膜上有三种化学物 质，由于它们的破坏或再合成 产生6种不同的色觉和规律：
1. 白--黑 是对立的 破坏-白 重合成-黑 2. 红-绿 是互补的 破坏-红 重合成-绿 3. 黄-蓝 是互补的 破坏-黄 重合成-蓝
1878
Ewald Hering
相對的色彩理論
4
0
THE EFFECT OF SIZE ON PERCIEVED COLOR
2. 他的三种对立光化学物质在视网膜光感受水 平一级始终没有得到解剖学的实验证实。
4.阶段学说
THE EFFECT OF SIZE ON PERCIEVED COLOR
阶段学说认为：
颜色视觉过程是分阶段的，包括三原感受、四色 传导和中枢处理三个阶段。
THE EFFECT OF SIZE ON PERCIEVED COLOR
Saunderson approch
颜色视觉
颜色视觉现象简介：不同波长的光线（电磁波）是无色的，但当它们刺激人的视觉系统时就产生了颜色视觉。
因此，颜色是视觉系统接受光刺激后的产物。
物体之所以显现颜色，就是因为它们反射光线到我们的视觉系统。
颜色视觉有三种特性：（1）明度（brightness）：与其物理刺激的光波强度相对应；（2）色调（hue）：与其物理刺激的光波波长相对应；（3）饱和度（saturation）：与其物理刺激的光波纯度相对应。
这三个维度可以构出一个颜色立体（color solid）模型，所有的颜色体验都可以从这三个维度来描述。
不同颜色是可以相混合的。
颜色混合分为加法颜色混合（additive color mixture）和减法颜色混合（subtractive color mixture）。
在视觉系统中进行的不同波长的色光的混合，遵从“加法原则”；而不同颜色的颜料的混合不是在视觉系统中进行，是颜料自身的混合，遵从“减法原则”。
人们对颜色会产生视觉后象（afterimage），即当颜色刺激移去后，仍有颜色感觉的现象。
颜色视觉后象通常都是负后象，即后象的颜色与原刺激的颜色互为补色。
后象持续的时间与原刺激作用的时间有关，刺激作用时间越长，产生的后象持续时间越长。
对颜色后象的一种解释是，由于长时间注视一种颜色，对这种颜色的感受性大大降低，这时再注视白色背景，就相当于由白光中减去原注视颜色，因此产生了补色的感觉。
颜色视觉后象主要发生在外周视觉系统。
颜色对比（color contrast）是指不同颜色的物体并列或相继出现时，引起的色觉与单一颜色时不同。
无彩色对比（黑白色）的结果是引起明度感觉的变化，觉得黑者更黑，白者更白；彩色对比使颜色向其背景颜色的补色变化。
颜色对比与明度恒常性、颜色恒常性是相联系的。
颜色对比发生在中枢水平上。
演示方式：以图片形式分别演示颜色视觉的颜色立体模型、颜色混合、颜色视觉后象、颜色对比。
交叉参考：知觉的恒常性参考文献：杨博民主编心理实验纲要北京大学出版社 419-420页朱滢主编实验心理学北京大学出版社 2000年第一版 186-197，241-242页Richard J. Gerrig, Philip G. Zimbardo著王垒王甦等译心理学与生活（Psychology and Life，16th）人民邮电出版社 2003年 81-86页孟昭兰主编普通心理学北京大学出版社 1994年第一版 99-105页张春兴现代心理学上海人民出版社 1994年第一版 91-98页现象简介：知觉的整体性是指人在过去经验的基础上把由多种属性构成的事物知觉为一个统一的整体的特性。
色彩原理与应用-第三章-颜色混合原理与视觉理论
信息接收
信息加工
颜色感觉 红-绿 白-黑
红
绿 蓝
黄-蓝
阶段学说示意图
视细胞层
双极细胞层
神经节细胞层
谢
谢
3、阶段学说
阶段学说最早是由G.E.Muller（1930）及Judd （1949）所提出，他们认为长久以来一直在色彩视觉 理论（处于对立的状态的三色理论与对立理论，是可 以加以统一与相互配合的，并且对于人眼色彩视觉的 现象做了更为完整的解释与说明。
阶段学说理论： 视网膜上的锥体细胞是一个三色系统，而在视觉信息 向大脑皮层视觉中枢的传导通路中则变成了四色机制。颜 色视觉过程的这种设想称为阶段学说。 颜色视觉的形成过程可分为几个阶段。 第一阶段，当光线进入人眼视网膜时，三种独立的锥 体细胞中的感色物质会选择性在吸收不同波长光谱的辐射， 同时每一种锥体细胞根据光刺激量又可独自产生明度（黑 或白）与色彩（红、绿、蓝）的反应。在这一阶段中可应 用三原色理论及色光混合实验来解释视觉色彩的现象。 第二阶段中，在神经兴奋由锥体细胞向视神经细胞传 递的过程中，这三种反应重新组合，形成三对对立性的神 经反应，即红-绿、黄-蓝、黑-白反应。
B= M+C G= Y+C M+Y+C = K M+Y+C = K M+Y+C = K B+Y=K G+M=K
等式左右两边相加得：R+C=K
颜色吸收示意图
三、加色法与减色法的关系
◇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。加色法与减色法又是迥然不同的两
二、色料减色法
1、色料三原色 如果选择黄色、品红色和青色这三种色料两者混合 或三者混合可以得到几乎所有的颜色，所以把黄（Y）、 品红（M）、青（C）这三种颜色叫做色料三原色。 2、色料减色法特点：
颜色视觉原理
为什么用夜里眺望星星时会感到 更明亮？
杆体细胞在暗视觉条件下起作用
明视觉与暗视觉对光的感受性不在光谱的 同一位置：
明视觉对光谱的黄绿色部位（555nm）最 敏感。 暗视觉对光谱的蓝绿色部位（507nm）最 敏感 。
三、人眼对光的适应性
天然光源和人工光源的明亮程度都在很宽的范围内变化。 人眼在照度为105 lx(勒克斯)的直射日光下，以及在照度为 0.0003 lx的没有月光的夜晚都能看到物体。为了适应如此宽 广的照度范围，人眼可用改变相当于照相机光圈的瞳孔大小 来调节光量。瞳孔直径的变化范围为2-7 mm，由瞳孔实现 的光量调节能力达到12倍。 仅靠瞳孔直径的调节是不够的。如前所述，锥体细胞和杆 体细胞分别在明视觉和暗视觉条件下起作用，并具有不同的 灵敏度和分辨能力，因此人眼通过锥体细胞和杆体细胞的分 工协作，使视网膜的灵敏度大幅度地改变。人从暗处到亮处 时，视觉由暗视觉经介视觉转为明视觉，这种视觉状态转换 约需1 min，然后人眼就会习惯明亮的条件。相反，从明处 进入暗处时，视觉由明视觉经介视觉向暗视觉转移，这种变 化要达到完全适应约需30 min时间，可见人眼要达到暗适应 状态是比较费时的。
中间视觉或介视觉(mesopic vision)：
• 亮度介于明视觉与暗视觉所对应的亮度水平之间 • 视网膜中的锥体细胞和杆体细胞将同时起作用
人眼是由高灵敏度的黑白胶片和中等灵敏度的 彩色胶片组成
视网膜上的视细胞分布如图所示。其中锥体细胞集中在 视轴近旁(中央凹)。中央凹是直径约为1.5 mm的极小区域， 这里锥体细胞的分布非常密集，约有10-15万个，分辨能力 最高；与此相反，杆体细胞在视轴近旁数量极少，而广泛分 布在此区以外的部分。
光谱分布
色彩视觉理论概论
颜色混合现象 心理原色：红、绿、黄、蓝。
视网膜有：三对视素感光化学视素
三对视素 白—黑视素
红—绿视素
黄—蓝视素
视网膜过程 异化 同化 异化 同化 异化 同化
色觉 白 黑 红 绿 黄 蓝
拮抗色光谱基本感觉曲线
特点：
很好地解释颜色视觉的一些生理和心 理现象，如红绿色盲、黄蓝色盲和负后像 等现象。
1862年左右 德国 赫姆霍尔兹 三种感色细 胞……
赫姆霍尔兹
赫姆霍尔兹平行构造色觉三色模 型
赫姆霍尔兹光谱基本感觉曲线
1. 杨-赫姆霍尔兹学说——三色学说
视网膜有：
敏蓝细胞 敏绿细胞 敏红细胞
敏红细胞
敏绿细胞
敏蓝细胞
优点：
➢能充分说明混色现象，及混合色是3种感色细胞 按比例兴奋的结果； ➢在颜色测量和数值计算时，与试验理论符合； ➢现代的彩色印刷、摄影、照相分色、彩色电视都 是建立在该基础上的。
每一特定的颜色，都同时具备这三个 特征。
颜色的有机排序
白 非彩色 灰
黑
红 橙 黄
彩色 绿
青 蓝 紫
按明度属性分
色彩主观三属性：色相、明度、饱和度 （彩度）；
色彩客观三属性：主波长、亮度、纯度
白 明度（由下到上明度 增加）
色相（圆周上为各色 色相）
黑 饱和度（由圆周到圆心饱和度依次减少，圆周上各色 相饱和度最大，圆心上最小为0）
对单色光来说，色相决定于该色 光的波长；
对复色光来说，色相决定于复色 光中各波长色光的相对量或比例。
物体的颜色是由光源的光谱成分 和物体表面反射（或透射）的特 性决定的。
（2） 明度
色觉理论
色觉理论1、Young-Helmholtz的三色理论1807年，杨(T.Young)和赫姆霍尔兹(H.L.F.von Helmholtz)根据红、绿、蓝三原色可以产生各种色调及灰色的颜色混合规律，假设在视网膜上有三种神经纤维，每种神经纤维的兴奋都引起一种原色的感觉。
光作用于视网膜上别然能同时引起三种纤信的兴压奋，但由于光的波长特性，其中一种纤维的兴奋特别强烈。
例如，光谱长波端的光同时刺激“红”、“绿”、“蓝”三种纤维，但“红”纤维的兴奋最强烈，而有红色感觉。
中间波段的光引起“绿”纤维最强烈的兴奋，而有绿色感觉。
依同理，短波端的光引起蓝色感觉。
光刺激同时引三种纤维强烈兴奋的时候，就产生白色感觉。
当发生某一颜色感觉时，虽然一种纤维兴奋强烈，但另外两种纤维也同时兴奋，也就是有三种纤维的活动，所以每种颜色都有白光成份，即有明度感觉。
1860年赫姆霍尔兹补充杨的学说，认为光谱的不同部分引起三种纤维不同比例的兴奋。
赫给霍尔兹对这个学说作了一个图解。
图中给出三种神经纤维的兴奋曲线，对光谱的每一波长，三种纤维都有其特有的兴奋水平，三种纤维不同程度的同时活动就产生相应的色觉。
“红”和“绿”纤维的兴奋引起橙黄色感觉，“绿”和“蓝”纤维的兴奋引起蓝紫色感觉。
这个学说现在通常称为杨-赫姆霍尔兹学说，也叫做三色学说。
杨-赫姆霍尔兹学说的最大优越性是能充分说明各种颜色的混合现象。
赫姆霍尔兹用简明的三种神经纤维的假设，使颜色实践中颜色混合这一核心问题得到满意的解释。
他在一个世纪以前提出的三种神经纤维的兴奋曲线预示了色度学中光谱三刺激值的思想。
现代色度学的根源立方追溯到杨-赫姆霍尔兹的三色学说。
2、Hering的拮抗色理论赫林(E.Hering)的对立颜色学说也叫做四色学说。
1878年赫林观察到颜色现象总是以红-绿，黄-蓝，黑-白成对关系发生的，因而假定视网膜中有三对视素：白-黑视素、红-绿视素、黄-蓝视素。
这三对视素的代谢作用包括建设(同化)和破坏(异化)两种对立的过程。
色彩学颜色视觉和颜色视觉理论
色彩的大小错视 黑白的大小错视
色彩的大小错视 黑白的大小错视
色彩的大小错视 黑白的大小错视
色彩的大小错视 黑白的大小错视
明暗的大小错视
明暗的大小错视
明暗的大小错视
明暗的大小错视
明暗的大小错视
• 冷暖的大小错视
冷暖的大小错视
冷暖的大小错视
冷暖的大小错视
• 冷暖的大小错视
冷暖的大小错视
• 绿色是大自然草本的颜色，所以意味着自 然和生长，同时也是未成熟人的象征。 • 在西方，绿色意味着嫉妒和恶魔。所谓 “嫩手”是指工作缺乏经验的人。此外，绿 色一般还用来象征和平与安全。
色彩的心理现象 色彩的象征
蓝色是幸福色，表示希望。 • 在西方，蓝色表示贵族，一提到蓝的血， 就意味着名门血统，所以蓝色是身份的象征。 但是蓝色又是绝望的同义词，“蓝色的音乐” 实质就是“悲伤的音乐”。 • 在日本，用蓝色来表示青年，青春或少年 等刚走上生活道路的一代人。
• 沉静色：纯粹的绿蓝、蓝色， 降低彩度可降低沉静性；
色彩的心理现象 色彩的情感 1. 兴奋色、沉静色
紧张感：白色、 黑色、
高彩度色；
舒适感：灰色、低彩度色；
色彩的心理现象 色彩的情感 1. 兴奋色、沉静色 华丽感：红色系列
文静、沉着感：蓝色系列
色彩的心理现象 色彩的情感 2. 活泼色与忧郁色
并列各色明者更明，暗者更暗的色调， 黑色显得更黑，白色显得更白。
• 同时对比错视规律 3）彩度对比变化
彩度高的更高，彩度低的更低。
对某色（初见色）注视片刻，迅速把 视线转移至另一色（次见色），则感到该色 变得略带先见某色的补色色味。即先看红色， 再看黄色，则黄色变为黄绿色。
色彩的大小错视 黑白的大小错视
眼科与视功能检查 色觉概述
亮度：是指颜色的明暗之别，光谱色在黄色附近最亮，红色和紫色两端最暗。 颜色中掺入白色则亮，掺入黑色则暗。
（二）颜色的视觉理论
1、Young-Helmholtz学说－三色学说 1802年，Young根据红、绿、蓝三原色可以产生各种色调及灰色的颜色混合规律，假设视网膜上的感觉神经纤维有三部分组成，每一部分的兴奋都可以引起一种原色的感觉。
掌握色觉的定义掌握颜色的属性及定义掌握色觉异常的定义和分类
知识目标
能力目标
思政目标
能够理解色觉的形成原理
为人民服务的工匠精神
学习目标
LEARNING TARGET
（一）颜色的基本特征
颜色是不同波长（380～760nm）的光引起的一种主观感觉，是观察者的一种视觉经验。最敏感点约在555nm的黄绿色区。视网膜中视锥细胞是色觉的感受器。 人眼不但能辨别物体的大小、形状，且能辨别各种颜色。这种辨别颜色的能力，叫做颜色视觉，通称色觉。
一色视者 一色视者是完全的色盲又称为全色盲，患病率约为0.002％～0.003％。光谱上没有色调，只有一条不同的明暗的灰带，只能根据明度辨认物体。分为两种： 视杆细胞性全色盲：视网膜缺少视锥细胞或者视锥细胞功能完全丧失，主要依靠视杆细胞起作用，又叫锥体盲。 视锥细胞性全色盲：极少见，有大量的视锥细胞以及正常视力，但只对高明度和高饱和度的颜色，有一点色觉。
2．Hering学说
Hering学说又名四色说。Hering（1878）观察到，颜色现象总是以白－黑、红－绿、黄－蓝这种成对的关系发生的，因而假定视网膜上有白－黑、红－绿、黄－蓝三对视素（光化学物质）；此三对视素的代谢作用包括通过破坏（异化）和合成（同化）两种对立过程。
当白光刺激时，可破坏白－黑视素，引起神经冲动，产生白色感觉；无光线刺激时，白－黑视素合成，引起神经冲动，产生黑色感觉。 红－绿视素黄－蓝视素人所感知的色觉是三种组合或破坏共同作用的结果。
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3rd. dimension of color = the saturation
光源
光源
SPECTRAL POWER DISTRIBUTIONS
250
200
E
N 150
E
D65
A
100
R
G 150
Y
100
50
400
540
700
ENERGY
功率分布光源相对
A D65
400
700
光源的色温
CIE Illuminants
Helmholtz
視覺化色彩理論-三原色
Helmoltz
紅
光源
綠
藍
3
0
The human eye
RGB
3 types of spectral sensitive cells who react on RGB
視網膜
視覺神 經
眼睛
光源
透視 膜 虹膜
眼角膜
光源 瞳孔
视网膜对光的感应 杆状细胞 & 锥状细胞
A
500
400
C
Rel. Power
300 200 100
0 400
500
600
700
Wavelength [nm]
D65 F2 F11
光 源 & 照明體
光源
250
200
E N 150 E
100
R G 150 Y
100
50 300
540
700
照明體
照 明 體 - 光經分光解析後而獲得到的數據
照明體
四色传导：
锥体细胞兴奋刺激在向视觉中枢传导过程中符合 E.Hering的四色学说；
在神经兴奋由锥体细胞感受器向视觉中枢的传导 过程中，这三种反映又重新组合，结果产生三对 对立的神经反应，既红或绿、黑或白、黄或蓝的
反映。
THE EFFECT OF SIZE ON PERCIEVED COLOR
中枢处理：
–A –C – CWF – D65 – F11 – TL83 – ms ILL – UL3000
该假定视网膜上有三种化学物 质，由于它们的破坏或再合成 产生6种不同的色觉和规律：
1. 白--黑 是对立的 破坏-白 重合成-黑 2. 红-绿 是互补的 破坏-红 重合成-绿 3. 黄-蓝 是互补的 破坏-黄 重合成-蓝
1878
Ewald Hering
相對的色彩理論
4
0
THE EFFECT OF SIZE ON PERCIEVED COLOR
THE EFFECT OF SIZE ON PERCIEVED COLOR
在视网膜上有三种形式的锥体细胞受到光的刺激就产生 红、绿、蓝三种色觉：
支持三原色学说的实验 1. 眼底反射分光光度实验
2. 显微分光光度实验 3. 锥体细胞感受电位光谱感度实验
1801 - 1860
Thomas Young - Herman von
X rays Cosmic rays
White light can be dispersed into a spectrum with the aid of a prism
166 6
White Light
700 nm
The spectrum
400 nm
牛頓 - 三菱鏡之色彩實驗
1666
光源
VIOLET INDIGO
2. 他的三种对立光化学物质在视网膜光感受水 平一级始终没有得到解剖学的实验证实。
4.阶段学说
THE EFFECT OF SIZE ON PERCIEVED COLOR
阶段学说认为：
颜色视觉过程是分阶段的，包括三原感受、四色 传导和中枢处理三个阶段。
THE EFFECT OF SIZE ON PERCIEVED COLOR
四色理论成功之处：
1. 视网膜上缺少某一种对立的光化学物质如 红-绿色盲，缺少红绿物质。
2. 全色盲是缺少红-绿、黄-蓝两种光化学物质 而仅存在黑白光化学物质所致
THE EFFECT OF SIZE ON PERCIEVED COLOR
四色学说存在的问题
1. 最大困难是无法解释红、绿、蓝三种颜色能够 配合出所有色彩的配合规律
BLUE 可 見 光 譜
GREEN YELLOW ORANGE RED
三菱鏡
自然光源
藍色光
波
長
1nm = 1 x 10-9 metres = 1/1000,000,000 metre
自然光源
400 nm 540 nm
C =
C=光 速 頻 率 波 長
700 nm
2.杨-赫姆霍兹 三色理论 T.Young-Helmholtz
大脑视觉皮质中枢把由视神经纤维传来的神经冲 动根据已有的颜色经验进行处理，引起对颜色的
心理感受；颜色心理感受的最常用描述是： 色相、明度和彩度；上述描述被称之为的颜色视
觉的三属性。
1st. dimension of color = the hue
2nd. dimension of color = the lightness
三色感受：
在颜色视觉过程的光感受水平一级，符合 T.Young的三色学说；即视网膜上有三种独立的 感色物质。它们各自选择性地吸收光谱上的红色、 绿色和兰色的色光；同时每个感光物质又可单独 地产生黑和白的反映，即在强光作用下产生白的
反应，在无刺激时产生黑的反应。
THE EFFECT OF SIZE ON PERCIEVED COLOR
三色学说存在的问题
1. 不能解释色盲成对出现，如红色盲和绿色盲 2. 不能解释全色盲随然不能感受颜色，但却能感
受黑白色（非色彩、灰色） 3. 红-绿色盲安此理论是不能感觉黄色，事实上
却能感受
3.赫林(E.Hering)-四色 理论(Opponent-Color
theory)
THE EFFECT OF SIZE ON PERCIEVED COLOR
桿狀細胞
錐狀細胞 視網膜的中央窩
光源
視覺化的三原色原理
Young-Hemholtz
感覺器官 紅
綠
白色物體
藍
大腦
視覺化的三原色原理
Young-Hemholtz
感覺器官 紅ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
綠
紅色物體
藍
大腦
視覺化的三原色原理
Young-Hemholtz
感覺器官 紅
綠
黃色物體
藍
大腦
THE EFFECT OF SIZE ON PERCIEVED COLOR
颜色视觉 理论概述 Musell 表色系统简介
颜色视觉理论是一种复杂的物理—生 理学现象
1. 牛顿时代：颜色可由某一固定波长的光波 引起。
2. 杨-赫姆霍兹（T.Young-----Helmholtz） 三原色学说
3. 赫林 （Hering ）四色学说 4. 阶段学说
1.牛顿光与颜色
The Light is a range of colors