物流管理专业就业方向-七年级上册第一单元

第三章色貌属性与色貌现象

内容
3.1 色貌属性
3.1.1 相关色与非相关色
3.1.2 色貌绝对与相对属性
3.1.3 光照度与亮度
3.2 色貌现象
3.2.1 空间结构现象
3.2.2 亮度现象
3.2.3 色相现象
3.2.4 Bartleson- Breneman方程
3.2.5 颜色恒常性与折扣光源
3.3 视觉适应
3.3.1 明适应
3.3.2 暗适应
3.3.3 色适应

前言
视觉系统对某一物理刺激的颜色知觉即色貌，不仅依赖
于 刺激本身的光谱分布，而且与视场中刺激本身的大小、
形状、结构，以及刺激以外的环境因素有关；同时 也与观
察者适应状态、经验等有关。
颜色知觉是一个物理的、生理的、心理的、认知的过程。
CIE标准色度系统只适合于一种简单、特定的观察条件
下颜色度量。
CIE标准色度系统不 能解释视场中各个因素以及观察者
适应状态、经验等方面产生的各种色貌知觉，即色貌现象。
大部分色貌模型的建立是从研究色貌现象开始的。

3.1 色貌属性
1．非相关色(Unrelated Colors)
2．相关色(Related Colors)

3.1.2 色貌绝对与相对属性
1．视明度与明度
2 ．视彩度与彩度
3．饱和度
4．色相

3.1.3 光照度与亮度
Luminance”称作光照度，是一个描述光度的物理量，
指漫反射平面给定方向发射或反射光的 强度，描述一
个特殊的视角内人眼接收光功率的多少。定义为给定
立体角内，一个特殊平面发射 或通过光的数量，单位
是“坎德拉平方米(cdm
2
)”，用光度计测量。光照度广< br>泛使用在视频行业用来描述显示亮度，行业上把坎德
拉平方米称作“尼特(nit
)”， 计算机显示器发光亮度在
5∼300 nit
。光照度是一个光度量，而视明度是一个视
觉知觉量。经常又把光照度Luminance它习惯称作“亮
度”这是不确切的，但在本书中仍然使 用“亮度”这个描
述。

亮度基本相同，
但没有匹配。
图3-3 .不同环境下只有颜色相对属性匹配[29-MCann1993]

3.2 色貌现象
两个颜色的CIE三刺激值XYZ相同时，只有在周围
环境、背景、样本大小、样本 形状、样本表面特性和
照明等观察条件都相同时，视觉知觉才是一样的。
将两个相同的颜色置 于不同的观察条件下，虽然三
刺激值仍然相同，但人的视觉知觉会产生变化。
刺激物颜色外貌随观察条件变化的现象，即所谓的
色貌现象。
(a) (b)
图3-4. 一个简单色貌现象[23-Kaarna2 006]
(c)

色貌现象分成五个大类
1.空间结构现象
(S patially Structured
Phenomena)
y
同时对比或诱导
(Simultaneous Co ntrast：Induction)
y勾边(Crispening)
y扩增(Spread ing)
3. 色相现象
(Hue Phenomena)
y艾比尼效应(Abney Effect)
y
赫尔森-贾德效应
(Helson-Judd Effect)
2.亮度现象
(Luminance Phenomena)
y亨特效应(Hunt Effect)
y斯蒂文斯效应(Stevens Effect)
y赫姆霍兹- 科尔劳施效应
(Helmholtz-Kohlrausch Effect)
y
贝索德-布吕克色相偏移
(Bezold-Brücke Hue Shift)
4．周围环境现象
(Surround Phenomena)
yBartleson- Breneman方程
5．颜色恒常性
(Color Constancy）
y
折扣光源
(Discounting the Illuminant)
y记忆色(Memory Color)
y视觉适应(VisionAdaptation)

3.2.1 空间结构现象
（1）同时对比：因背景不同而产生不同的视觉感受。
(a)
图3-5. 同时对比例子：简单色块。
(b)

同时对比的规律归纳 如下
同时对比是由于背景变化引起刺激色貌漂移，同时
对比也称作色诱导，遵守视觉对立色理论 ，红背景诱导
向绿方向漂移，绿诱导红，蓝诱导黄，黄诱导蓝。
（1）亮色与暗色相邻，亮者更 亮、暗者更暗；灰色与艳
色并置，艳者更艳、灰者更灰；冷色与暖色并置，冷者更
冷、暖者更暖 。
（2）不同色相相邻时，都倾向于将对方推向自己的补色。
（3）补色相邻时，由于对比作用 强烈，各自都增加了补
色光，色彩的鲜明度也同时增加。
（4）同时对比效果，随着纯度增加而 增加，同时以相邻
交界之处即边缘部分最为明显。
（5）同时对比作用只有在色彩置于相邻时才 能产生，其
中以一色包围另一色时效果最为醒目。

同时对比的例子是赫尔曼栅栏
现象：当盯着看栅栏里某
一交叉口时，其他交叉口
好像出现灰色的小圆点。
解 释：在那些黑色方块之
间，那些白色长条区域在
两边的黑色包围下看起来
非常亮。而在 那些交叉
口，那些包围在4个黑色
角落的十字白色区域看起
来似乎比白色长条要暗，< br>结果看上去显浅灰色。
图3-6. 同时对比例子：赫尔曼栅栏。

复杂的 空间相互作用
（a）（b）
图3-7. 同时对比例子：复杂的空间相互作用[34-John son2003]。
现象：3-7(a)中取相等数量的红色小方块，置于黄色条纹
上；同样将 红色小方块置于蓝色条纹上，红色色块具有相
同的颜色边界。如果色知觉严格的由边界颜色来决定的话，两种情况下红色方块看起来颜色应该一样。但是，可
以从图中清晰的看出，落在黄色条纹上的红 块似乎受到黄
色的影响，因此显得更蓝和更暗；而落在蓝色条纹上的红
块似乎受到蓝色的影响， 因此显得更亮和更黄。实验说
明，同时对比效果空间结构大于局部边界。

复杂空 间结构的同时对比例子
现象：图中中间四个圆环
物理刺激相同，图(a)内部
小圆环有 相同的尺寸和颜
色，但看上去颜色不同；
但在图(b)中两个有不同颜
色细环组成不同 背景上，
它们看上去差别更大。这
一例子说明，空间结构对
同时对比影响很大。随着< br>刺激的空间频率增加，对
比效应停止，而有些情况
相反。
图3-8. 同时对比 例子：更复杂的空间结构
[34-Johnson2003]

（2）扩增
•色刺激与背景相互作用时会因为色刺激空间频率的改
变，而影响人眼对于色相的视觉感受。
•在足够高的空间频率，同时对比被扩增现象代替。
•扩增是刺激的颜色与背景的颜色混合，而同时对比 是
刺激的颜色呈现背景的对立色。
图3-9通过改变颜色样本的
尺寸来同时解释扩增现 象和
同时对比效应。将灰色的刺
激长条以不同的空间频率放
在红色背景上。可以看出，
频率小(或体积大)的灰色长
条产生同时对比，长条看起
来泛绿；频率大(或体积小)
的灰色长条产生扩增现象，
长条看起来泛红。
图3-9. 同时对比与扩增现象。从人的心理视觉来看，扩增现象和同时对比是两种相互
影响和关联的效应。讨论它们在实际应用中的 作用有重
要意义，为了不让设计出来的产品在不同的空间布局和
颜色背景变化时显示出太大的差 异，设计者们就要尽量
减少扩增现象和同时对比效应的产生。

扩增例子一
扩增是由于来自背景的光
和来自刺激的光的混合而
变模糊产生，例如半色调
点，但这 种理论还不能完
全解释扩增现象。当刺激
与背景截然不同时，扩增
现象同样发生，图3-10是一个扩增现象的例子。
虽然图中仅有红线和黑线，但能看到一个粉红色的圆环，
这是由于环形区域红色调线扩展到整个环面，看上去是一
个红色环。

霓虹扩增 （Neon spreading）
霓虹扩增是扩增与透明知觉
属性(perceptual attribute of
transparency)相结合产生的，
用下图3-11来说 明，视觉上感
觉图中心有一个透明粉红色
圆，而实际上在四个圆环外
中间部分都是白色 。感觉上
的粉红色，是由四个同样同
心圆环部分扩增产生的。
Bressan对霓虹扩 增做了很好
的描述[36-Bressan1997]。

水彩效应
水彩 效应可以在图3-12中看到，产生较强的扩增幻
觉[37-Pinna2001]，在两种细线中间部 分呈现出的
表面色是由两种细线颜色引起的。两图中间部分有
同样的物理刺激，但由于包围在它 外边两种细线颜
色分别是黄线和黑线引起不同的颜色感觉。

（3）勾边
•同时对比也可以产生增加颜色间的知觉色差的现象，即两
个色刺激差异大小与背景有关，当两差异不大 的刺激同时置
于与刺激量相似的背景下，人眼对于两刺激量视觉差异知觉
要更明显，这种现象称 作勾边。
•勾边是与同时对比类似的一个现象，勾边使图像轮廓明显。
(a) (b)
图3-13. 明度与彩度勾边现象[34-Johnson2003]

同时对比、勾边、扩增现象是由于刺激的空间结构
和背景的变化产生的色貌现象。更深刻的色貌现象产生于照明的变化，包括照明亮度和照明色，经常
发生在日常生活中。下面描述色貌随照明亮度的变
化现象。
问题：？？？？

3.2.2 亮度现象
1．Hunt 效应：指视彩度随着亮度的增加而增加
•
图中点(0.35，0.33)在10000
cdm2的亮度下低色纯度的刺
激，需要一个点(0.55，0.33)在1
cdm 2的亮度下高色纯度的刺激
来匹配。
•
在更亮的光源条件下，物体色
看起来更 加鲜艳，明暗对比更加
强烈。日常发现物体的色貌在夏
天的下午显得更加鲜艳和明亮，
而在傍晚则显得柔和。室外树叶
图3-14. 亮度变化对应的色度值说明Hunt效应。
的颜 色在阳光明媚的中午看起来
图上标出了数据点是亮度值(cdm
2
)
比天黑 后很鲜艳。

（2）Stevens效应
Stevens效应是指明度对比度会随 着亮度增加而增加。
Stevens效应是Stevens于1963年通过实
验提出的。在实验中，观察者在各种不同的适应
条件下对色刺激的视明度进行大量的
评估。
得 到的结果说明，视明度和测量到的
亮度之间的关系倾向于遵循一个幂函
数，这个幂函数在心理物 理学上被称
为Stevens幂次法则。
图3-15. 对数坐标下各种适应亮度水
平 相对明度随相对亮度的变化。横轴
YYn代表相对亮度，纵轴代表相对
明度
这种关系在 线性坐标中绘图时表现为
幂函数, 而在双对数坐标表现为一条直
线，如图3-15所示。

•Stevens效应与Hunt效应是密切相关的。
•Hunt效应说明视彩度对 比度随亮度的提高而提高。
Stevens效应则说明视明度对比度(或明度对比)随亮度
的提 高而提高。
•当明度增加时，色彩的对比也会随之提升，与Hunt
效应所提出的结论是相似的 。
•Stevens效应可以通过在不同亮度水平下观察同一幅
图片来展示，黑白图片效果尤其 明显。
如图3-16，将两个相同的黑白图卡分别放置
于阴影中和阳光下，可以看出，与置于阴
影中的图卡相比，置于阳光下的图卡，亮
色看起来更亮，暗色看起来更暗，即知觉
对比 度增加了。即在高亮度照明条件，白
的更白，黑的更黑。

（3）Helmhol tz-Kohlrausch效应
Helmholtz-Kohlrausch效应是指视明度随着颜色 饱和度和
色相变化而变化。
一般把视明度仅仅作为亮度的函数，在CIE的比色系统
中 ，光谱三刺激值中Y的值决定了刺激的亮度，人眼对
于明度的知觉只是取决于三刺激中的Y值。事实上， 这
是不正确的。
图3-17. Helmholtz-Kohlrausch效应的实验
数据。轮廓线是视明度与亮度的比值。
在亮度一定的情况下，视明度随着色度的
增加而增加。
在相同亮度条件下，有颜色的刺
激比无颜色刺激视明度更高。可
以用孟塞尔色卡作为样 本来观察
这种效应。取两片色相值相同、
明度值都相同的色卡，其彩度是
肯定不同的。 在环境不变的情况
下观察可以发现，彩度高的色卡
看起来更亮，而且这种效应的程
度同 所取色卡的色相值和明度值
有关。

（4）Bezold- Brücke色相偏移
Bezold-Brücke色相偏移是指样本的色相在照明亮度发生
变 化时不保持恒常，这是又一个亮度(Luminance)与颜色
关系的现象。
人们通常认为一 种单色光的色相是由这种单色光的波长
决定的，可是事实并非如此，图3-18中三张图片是同一
幅图像在其它环境不变时，亮度从上到下逐渐变大产生
的效果。可以清晰看出各种颜色的色相都发生了 漂移，
即产生了Bezold-Brücke色相偏移。
图3-18. Bezold- Brücke色相偏移。

图3-19是Purdy在1931年说明Bezold-Br ücke色相偏移
的实验数据。横坐标代表各种波长的色光，纵坐标
代表各种波长的光在亮度减 小到原来的10倍时，要
保持色相不变需要的波长变化量。例如，650 nm色
光的波长变化“−30 nm”，意味着650 nm色光亮度减
小到原来的10倍时，才能与620 nm色光色相匹配。

3.2.3 色相现象
（1）Abney效应：视觉对单一 波长的光的色相知觉随
着参入白光的多少发生变化，而不是一个恒量，即色
相会随着刺激纯度的 改变而变化。
•Abney效应相似于Bezold-Brücke现象，Bezold-Brücke 色
相偏移仅仅发生在非相关色，而Abney效应在相关色和非
相关色都发生。
•Ab ney效应可以用一个简单实验来证明。在显示器上产
生RGB(128, 0, 0)的红色色块，再将这一色块与RGB(128,
128, 128)的白色按1：1比例混合产生 另外一块红色色块，
就会发现两个色块在视觉上感觉色相不同。

图3-21. 说明Abney效应的实验数据：在
CIE 1931色品图上绘制出从白点绘制出
七条感知色 相恒常线。
Abney效应可以用图3-21说
明。它是Robertson在1970
年根据三个观察者实验结
果，从白点绘制出七条感
知色相恒常线。图中的线
条不是直 线表明，色度图
上白点到光谱轨迹直线
上，即单色刺激和白色刺
激混合时色相并不是一 个
常数，说明色相会随着刺
激纯度的改变而变动。

（2）Helson -Judd效应
Helson-Judd效应描述非选择性样本的色相。
非选择性样本在高彩度 照明下，如果样本比背景
亮，则样本的色相与光源相同；如果样本比背景
暗，则样本的色相与光 源的互补色相相同。即灰样
本在高彩度有色光源照明下，如果样本比背景亮，
则样本色相呈现光 源色相；如果样本比背景暗，则
样本的色相呈现光源补色色相。
举例来说，在红色照明下，一个 放在中灰背景上黑
灰样本看起来有点绿，而一个放在中灰背景上亮灰
样本看起来稍显粉红。

Helson于1938年通过实验数
据验证了Helson-Judd效应的存在[47-Helson1938]。实验
在一个几乎是单色光照明的
明亮的小房间进行 ，经过一
定的培训后，要求观察者用
各种非选择性样本（非彩色
孟塞尔卡片）来描述孟 塞尔
色卡的编号。
图3-22中显示的曲线是用孟塞尔明度值为5的背景实验所得的典型
结果。这个结果指出，在高彩度照明下，这些非选择性样本看起来
不再是非彩色的，在明亮的灰色处可 感受到照明光的色调，在暗的
灰色处可感受到照明光的补色色调。通过实验可以发现，在黑白背
景中也有类似的趋势。但是，这种效应只在趋近于单色光的照明下
才能发生。Helson指出，如果在 单色光中加入低至5%的白光，这
种效应就会完全消失。

3.2.4 Bartleson-Breneman方程
Stevens效应显示了简单刺激知觉对比度会随亮度增
加而增加，与此同时，Bartleson和Breneman着手研究
具有复杂刺激的图像的 知觉对比度随亮度和周围环境
变化的规律。
周围环境是指背景以外的视场，实际应用是指整个观
察空间。实验结果指出，在图像周围环境亮度由暗到
亮的过程中，图像知觉对比度会增加。原因 是，当环
境变暗时，图像上的暗区域看起来变亮了，但是亮区
域变化不明显，产生知觉对比度下 降；当环境变亮
时，图像上的暗区域看起来更暗，但是亮区域变化不
明显，增加了对比度，产生 了明显的知觉对比。这种
现象称作Bartleson和Breneman效应。

图3-23是将五个不同亮
度的灰块(列)，放在背
景亮度由左到右逐渐降
低的背景 (行)区域上，
可以看出，最左侧处于
亮背景区域的五个灰块
间的知觉对比度明显高< br>于最右侧色块间的对比。

图3-24的曲线就是在Bartleson
和 Breneman描述的不同类型的
环境下，相对亮度同知觉明度
之间的函数曲线，从上到下依
次为暗条件(Dark)、微暗条件
下(Dim)、平均亮度条件下(Ave)
的实验 结果。可以很明显地看
到，图像的对比度在亮的条件
下更大。依照实验结果，推出
了明 度与相对亮度关系方程。
经过后来的简化，建立了计算
最佳色调重现方程，这些方程
被 许多色貌模型采用，在后面
色貌模型介绍中注意其应用。
这一现象对于照相中最佳色调重现非常 重要，因为胶片是在暗环境
下观察，而照片是在亮环境下观察。Hunt和Fairchild做了详细 分析。
周围环境补偿在彩色成像系统中扮演重要角色，例如要设计一套扫
描仪系统，将电影胶片 变换成电视上观看的视频图像，两种图像的
观看环境是系统设计必须考虑的。

3 .2.5 颜色恒常性与折扣光源
•在观察条件中照明光源经常发生较大变化，这种变化
包 括照明光源强度和颜色。
•随着光源变化，人们对物体的颜色感知也发生着变
化，但同时人们也 注意到一种现象，如红苹果无论在户
外明亮阳光下，还是房间里白炽灯下，红苹果总是红色
的； 无论在强烈日光下或是暗淡光线下，人们总认为红
旗是鲜红的，白纸是白色的，这种现象叫颜色恒常性。
•Foster对颜色恒常性的定义为，当照明的光强度和光
谱成分发生改变时，物体表面的知 觉颜色保持不变。
•颜色恒常性说明，物体表面的颜色，并不完全决定于刺激的物理
特性和视网 膜感受器的吸收特性，也受人们的知识经验和周围环境
参照对比的影响。颜色恒常性是日常生活中最常见 的一种视觉现
象，观察者不容易注意到这种现象的产生。

折扣光源例子
图3-25. 折扣光源例子
另一个描述颜色恒常性的术语是折扣光源。折扣
光源是观察者在他 们所处的照明环境下解释物体颜色
的能力，图3-25描述的就是折扣光源例子。在相同环
境下 。在(a)图中方块A处于圆柱体的阴影中，而方块B
则处于光照下，看起来方块A比B颜色要浅，方块 A的
明度明显高于方块B。在(b)图中，其它环境不变，用
与方块B明度相同色卡将A和B连 接起来，结果是A和B
的明度几乎相同。
（a）
图3-25. 折扣光源例子
（b）

图3-26. 真实世界的折扣光源的例子
折扣光 源现象在现实生活中是可以
观察到的，如图3-26所示，做记号
的两个区域原本颜色是不一样 的，
但是由于照明和阴影的作用，此时
看起来颜色相同。折扣光源在实际
应用中有着很 重要的作用，特别是
在跨媒体的图像比较中。例如，在
光源下观察印刷品时，有折扣光源
现象发生；但是在观看自发光CRT
显示器上的图像时，不会发生折扣
光源现象。如果色刺激 在其他光源
下观察，则光源是有折扣的；如果
色刺激是自发光物体，则光源是非
折扣的 。它使观察者在知觉物体的
颜色时更多的依赖于照明的变化，
而且同“颜色某种程度上属于物体 ”
这种典型观念相一致。

3.3 视觉适应
3.3.1 明适应
人眼视觉的适应现象
是指人眼会随着环境刺激
的改变而改变原有剌激的
感觉。视觉适 应现象可以
分为明适应、暗适应及色
适应三种。
图3-27说明明适应过程。实线表示适应过程，虚线表示假设
的没有适应的响应过程。

3.3.2 暗适应
在暗环境停留的初
期，暗适应进行的比较
快，但是后期速度比较
慢，要完全适 应暗环
境，整个过程大概需要
30分钟。图3-28是一个
典型的暗适应曲线。暗适应说明当亮度减少时
增加视觉敏感性。

3.3.3 色适应
色适 应是指人眼对不同照明光源或不同观察条件
的白点变化的适应能力，即视觉对照明色的一种自动
校正。
例如，在不同显示器白场下观看一幅画面时，眼
睛能使彩色之间的相对关系保持一致。在 不同类型光
源下一个白色物体就能够观察到色适应现象，例如日
光灯和白炽灯下观察一个白色物 体，由于日光灯比白
炽灯包含了更多的短波能量，日光灯下看上去颜色更
蓝一些。但是，只要视 觉对两种光源完全适应，这个
白色物体在两种光源下看上去保持其白色。

3.4 结束语
还有一种非常普遍的色貌现象是错觉或幻觉，是
一种与人的认知有更大相关的、更复杂的 色貌现象，
这里不做介绍。
色貌现象是人类活动中出现的一种自然颜色现
象，人类在自 觉不自觉中在实际应用中利用这些现
象，同时这些现象也产生一些不利影响。
这里说明的一点是 ，色貌现象不断对传统色度学
提出挑战，推动了以研究色貌模型为核心的现代色度
学的诞生和将 来的发展，大部分色貌模型都考虑到对
色貌现象的预测，了解这些色貌现象对掌握和应用色
貌模 型有很大帮助。

图3-29可以看出色适应效果。
先仔细注视第一幅图中青色< br>和黄色之间的黑点大约30
秒，再把目光转向第二幅
图，可以发现图像在黑点左
右两边的颜色是一致的。这
是由于每一种照明有其各自
不同的色温，连带着也会改
变图 像的色彩信息内容，人
眼在经由一段时间过后，则
依旧认为在不同照明下所见
的色彩是 相同的，但实际上
其色度值是不相同的。

思考题
1、人眼视觉是在什么 条件下知觉相对和绝对色貌属
性的？
2、各种色貌现象在实际中有什么应用？带来什么不
利影响？
3、错觉也是色貌现象，举出几种错觉现象。错觉在
实际中有什么应用？带来什么不 利影响？
4、新型色貌模型能够解释哪些色貌现象？设想如何
解释其它色貌现象？
5、 如何测量色适应程度？
6、为什么观察印刷品有折扣光源现象发生，观看
CRT显示器上的图像 时不会发生折扣光源现象？