1、第二节视觉 一、视觉刺激 人类视觉剌激是电磁辐射的一部分,称可见光(visible light).其波长在将近400至750毫微米之 间。自然界中不同的动物各有适合其生存条件的不同视觉系统。人的视觉虽然在某些方面似乎 不如动物敏锐,但是人眼是一个非常完善的视觉机构,它能够看近处和看远处,在亮光下和在昏暗 处米看东西,适应各种环境,并且更重要的是,人的眼睛有完美的色觉,使人能够欣赏到色彩缤纷的 美好世界。图3.2显示可见光谱与电磁波的关系。 图3.2光谱与电磁波 二、基本的视觉现象 (一) 视觉适应 适应指的是在剌激物持续作用下感受性发生的变化,适应既可以是提高感受性,也可以是降低 感受性。视觉
2、的适应现象最常见的有明适应和暗适应两种。明适应又称光适应。由暗处到光亮 处,特别是在强光下,最初一瞬间会感到光线刺眼发眩,几乎看不清外界物体,几秒钟之后逐渐看清 物体。这种对光的感受性下降的变化现象称为明适应。从亮处到暗处,人眼开始看不见周围东西, 经过一段时间后才逐渐区分出物体,人眼这种感受性逐渐增高的过程叫暗适应。 (二) 色觉 在一定强度下,一种波长的光引起一种特定的颜色感觉。但眼睛很少接受到的是单一波长的 纯光。例如,日光是由各种波长的光波混合而成。 颜色感觉具有三种属性:色调、饱和度和亮度。 色调是颜色的基本特征或表现,如红色、绿色,它由混合光中起主导作用的波长所决定。在产 生白、灰
3、、黑系列的混合光中,由于没有起主导作用的波长,一般认为它们不具色调,称它们为无 彩色或中和色。各种彩色依据它在心理上的相似程度排列,可构成一个环形,称色环,见图3.3。在 色环上,凡相邻两种不同波长的色光相混合,都会产生位于两者中间的另外一种颜色。例如红与黄 相混合会出现橙色。 饱和度与光的强度有关。在一个颜色中,起主导作用的波长越强,表现出色调越纯,也就是该 颜色的饱和度越大。 亮度指构成该颜色的全部光波的总强度。白色亮度最大,当其亮度减弱时,表现出一系列灰色,最 终达到全部黑暗时,视觉消失。 图3.3 色环 三、视觉的机制 (一) 眼睛 1.眼睛的构造 眼睛是一个非常复杂和完善的视觉结构。
4、光波传到眼部首先要经过一些辅助组织的调节,才 能投射到眼球底部的视网膜上成像。眼球最外部是一个透明的保护层,叫做角膜,光线通过它进入 到位于它后面由虹膜环绕的瞳孔。瞳孔随光线的强弱调节其大小,使适量的光线进入眼球。瞳孔 后方是水晶体,再经过眼部肌肉调节水晶体的曲度变化,适量的光线就能恰好聚焦在眼球后部的视 网膜上成像了(见图3.4)。 图3.4 眼睛的主要构造 2.网膜上的感光细胞 光能向神经活动的转换在网膜上实现,网膜是真正的感光机构。网膜由多层神经细胞组成,最 主要的是两种感光细胞-棒体细胞和锥体细胞。在光的刺激作用下,它们通过所含化学物质的变 化传递着视觉信息。棒体细胞和锥体细胞不仅形状
5、不同,它们的功能和在网膜上的位置分布也不 相同。棒体细胞只对光的强度起反应,对微弱光线敏感,但不能分辨颜色;锥体细胞则可以专门反 应光的波长(也就是颜色),但对光的强度反应很差,因此在光亮条件下,锥体细胞使人能够细微地分 辨颜色,在人类视觉中最为活跃,而在光线微弱时就不起作用了。 感光细胞在网膜上的分布：锥体细胞集中于网膜中心,称作中央窝或黄斑(fovea)的一点上。 离开黄斑向网膜边缘扩展,锥体细胞逐渐减少,棒体细胞逐渐增加。这就造成了假若在昏暗条件下 要看一个细小的物体,余视比正视效果更好。 视觉适应的产生正是不同感光细胞起作用的结果。暗适应包含两种基本过程:瞌孔大小的变 化及视网膜感光化
6、学物质的变化。从光亮到黑暗的过程中,瞠孔直径可由2毫米扩大到8毫米,使进 入眼球的光线增加1020倍,但暗适应的主要机制是视网膜的感光物质-视紫红质的恢复。人眼接 受光线后,锥体细胞和棒体细胞内的一种光化学物质-视黄醛完全脱离视蛋白,发生漂白过程; 当光 线停止作用后,视黄醛与视蛋白重新结合,产生还原进程。由于漂白过程而产生明适应,由于还原 过程使感受性升高而产生暗适应。视觉的暗适应程度是与视紫红质的合成程度相应的。暗适应 主要是棒体细胞的功能,在暗适应的最初57分钟里,感受性提高很快,这一阶段是锥体细胞与棒体 细胞共同参与的结果；之后,感受性仍上升,不过上升的速度降低了,这一阶段是只有棒体细
7、胞继 续起作用。 明适应的过程与暗适应相反,一方面瞌孔缩小以减少视网膜上的光量,另一方面暗适应时的棒 体细胞的作用转到锥体细胞发生作用,其机制也可以用视觉色素的漂白过程来解释。 (二)色觉理论 1.三原色说 三原色说是由杨和黑尔姆兹提出,也称杨一黑理论。他们认为任何颜色都能由三种波长的纯 光混合而产生。人具有三种不同形态的锥体细胞,它们分别对红、绿、蓝三种原色最敏感。以不 同比例混合这三种原色,可以产生各种不同颜色。生理学家用显微镜观察已发现了三种锥体细胞。 但三原色说对于有些视觉现象还不能做出很好的解释。例如视觉后像,当光剌激终止对感受器的 作用后,它所引起的视觉并不立即消失,它会出现一个短
8、暂的驻留,称正后像。电影的原理就是利 用人们的正后像,使快速呈现的一组断续的图像被看成了连续的动景。如图3.5注视其图中心的黑 色圆点一分钟,然后把注视点转移到右图中心的 X 处,你会看到白色背景上的一个黑色十字架,这 种视觉现象称作负后像。根据负后像原理,你可以发现在注视任何一种颜色后,都会在白色背景上 看到一个与它相反的颜色出现,这是颜色对比现象。 图3.5 负后像 2.拮抗理论 为了解释颜色对比现象,黑林提出颜色拮抗理论,也简称四色说。他提出人眼对光反应的视觉 基本单元是成对组织的,有红、绿、黄、蓝四种原色,加上黑与白共成三对,在光波影响下起作用。 每一对的两个要素作用相反,具有拮抗作用,表现是当其中一个停止作用后,另一个就激活。所以 先看红色,后像就是绿色。 拮抗原理也能解释颜色互补现象。如果产生两种颜色的光波相混合,结果出现灰色,即这两种 颜色互补,或称为互补色。互补色在色环上的位置基本相对,红与绿、黄与蓝是互补色。根据拮抗 原理,互补现象是由于两个互补色以相反方向剌激同一视觉单元,结果相互抵消而造成的。这三对 相互拮抗的活动已得到研究证明。它们不是视网膜上,而是在视神经通路中途的神经结细胞发生 的。 三原色说可以解释视觉感受器的活动,拮抗说可以解释视觉信息自感受器输出后在神经结细 胞上的活动过程,两种理论互相补充，在解释人类色觉的复杂现象中都起重要作用。
