Colour perception
正因為我們的眼睛能辨識顏色,所以世界才顯得豐富多彩。顏色除了帶來美感之外,還有其獨特的用途。例如,你可以透過蘋果的顏色辨別其是否已成熟。無論是豐富多彩的櫥窗展示,或是色彩繽紛的書籍雜誌封面,都能吸引你的注意力。色彩在服裝中的作用更是舉足輕重,而且不同的季節都有其不同的顏色陪襯。
約有8%男性有色覺缺陷。一般的看法是色覺缺陷由外祖父遺傳的。常見的紅綠色覺缺陷可透過 視力鍛鍊 得到顯著改善。我們接下來詳細探討一下色覺及如何改善色覺等問題。
顏色的科學研究始於牛頓的著作 – 於1704年發表的《光學》(Optick)。它詳述了牛頓在劍橋大學Trinity College的實驗。《光學》包含牛頓在物理學上的推斷及人類透過對宇宙的感知所產生的聯繫。牛頓展示出白光是由光譜中的全部顏色所合成的。較後期的光波理論更清楚指出,每種顏色都有其特定的頻率。
牛頓的顏色實驗原始草圖。他利用大稜鏡將太陽光分離成光譜,並透過第二個稜鏡將太陽光重新合成為白光。
托馬斯楊(Thomas Young,1773 – 1829年)於1802年提出三色理論,指出基本顏色只有三種。德國科學家亥姆霍茲(Herman von Helmholtz)將托馬斯楊的理論進一步深化,成為楊-亥姆霍茲理論。眼睛內有三種對顏色敏感的感受器(視錐細胞)分別會對紅色、綠色及藍色產生反應。所有顏色都是由這三種視錐細胞的信號混合而成。電腦的顏色顯示亦是基於同樣的原理,並稱為RGB(紅綠藍)彩色系統。
色覺是我們能看見波長由380納米(紫色)到780納米(紅色)等一系列光譜的能力。色覺隨著波長改變而改變。紅光及藍光混合會變成紫色。紅光及綠光混合會變成黃色,而藍光和綠光混合會變成青綠色。
對立顏色理論 Opponent colour theory
德國生理學家黑林(Edward Hering)留意到,人們無法同時看到紅色及綠色,因此亦不會用到紅綠色。紅色和綠色不會並存。藍色及黃色亦同樣如此。由於這個發現,黑林提出了對立色覺理論(1920/1964)。
50年代後期,Hurvich及Dorothes Jameson 更為顏色對立理論在處理顏色訊息時所扮演的重要角色提供了數據上的支持。他們利用色調抵消程序步驟(逐步加入一種色調刺激至變為白色)確定紅綠色或藍黃色對立頻道的光譜敏感度。
我們認為紅綠及藍黃頻道僅會提供色調資料,亮度則由獨立的亮度頻道提供。如果頻率的潛在影響是由波長導致的話,那麼我們可以看到,低波長的刺激(低於550納米)會抑制或減少細胞的興奮度。
相反,長波長刺激(超過550納米)則會產生興奮,或提升神經的興奮度。若感光性細胞會對部分光譜作出興奮性反應、而對另外部分光譜作出抑制性反應,那麼我們稱之為顏色對立神經細胞。
在視覺系統發現顏色對立神經細胞的事實顯示,感受器(三色)會在後感受器層次以對立方式編碼。換句話說,三類對顏色敏感的視錐細胞是以光譜對立形式互相聯繫起來的。這個過程在視網膜及水平細胞層次發生。
總的來說,主色覺包括三種顏色,這三色訊息以對立方式編碼。這個對立處理過程在視覺系統的極早階段,並且在水平細胞層次發生。它會有系統地建立由紅綠及藍黃神經細胞負責編碼的色調訊息。至於亮度訊息究竟是由這些神經細胞負責編碼,還是由另一組非顏色對立細胞負責,則未有定論。
色調辨別 Hue discrimination
色調以人類眼睛能分辨的最細微差別來界定光線的最小波長。我們留意到,紅綠敏感度提升,可加強眼睛在綠-黃-橙-紅區域的辨色能力。這對我們來說是非常有用的,例如多種食物及水果以顏色變化來顯示其是否已經適合食用,正如你可以憑蘋果的顏色確定其是否已經成熟。
彩色菲林其實亦是採用三種基本顏色過濾器的一種組合技術。柯達彩色投影片可重現複雜的自然色彩。
色覺本身非常複雜,因此不能以簡單的理論概括。顏色除了受波長和強度所影響外,還會受區域之間的強度差異,以及所接收到圖案是否與物體本身相同等因素所影響。由於這個處理過程涉及到大腦的高層次處理程序,因此要作進一步研究存在極大的難度。
在雙眼看來是白光的光線未必就是典型的顏色組合,它可能不過是普通的亮光。例如在漆黑的郊外,你會看到汽車前燈發出白色光;但在市區中,由於有光亮的白光影響,你就會覺得汽車燈的光線更像是黃光。其實燭光亦是如此。這種現象顯示白光會因參考光線而變化。人們對正常顏色會有一種“先入為主”的想法,這會對色覺產生重要的影響。
色覺缺陷 Colour perception deficiency
令人意外的是,在十八世紀後期前,常見的紅綠色彩混淆一直未為人所發現,直至化學家John Dalton發現自己無法以顏色分辨不同的某些物質,但其他人卻很容易做到,才令問題為人所發現。
色覺測試主要測試一個人是否把某種顏色認成另外一種顏色,從而輕易確定一個人是否擁有正常的顏色分辨能力,或者是否會將其他人看來是不同的顏色看成同一種顏色。最常見的情況並不是完全失去某種顏色的辨別力,而是對某些顏色的敏感度降低。
用來調配純黃色所需的紅色和綠色是衡量色覺缺陷的最重要指標。Lord Rayleigh於1881年發現,混淆紅綠顏色者必須要有更高強度的紅色和綠色,才能配搭出黃色。有人設計了一種稱為「色盲檢查鏡」的儀器來測試此類色覺缺陷。色盲檢查鏡採用的原理是「黃色是由紅色和綠色混合而成」。
雖然紅綠色覺缺陷的起因仍未能確定,但色盲檢查鏡實驗顯示,顏色異常不會因為顏色適應而引致。一般相信,紅綠色覺缺陷是因為視網膜中其中一個或多個顏色接收器(視錐細胞)失去部分感光色素、從而導致敏感度降低所致。導致問題出現的原因可能很多,但肯定不是因為缺乏感光色素,否則色盲檢查鏡就無法操作。
常見的紅綠色覺缺陷更可能是感官系統對提供給視皮質的感官數據的一種解釋。
檢查紅綠色覺的常用方法是採用石原氏試驗。石原氏測試由多種不同顏色、並且零散的點所組成。有紅綠色覺缺陷的人士會從中看出某個數字。若將這些影像掃描至圖像軟件,則使用起來更為簡易。若將色調變數改變約+70,紅綠色覺缺陷人士會清楚見到模糊的數字。其實,我們完全可以訓練眼睛辨別容易混淆的顏色,以及在色調較淺的情況下,更容易留意到其分別。
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