第九講：Perceiving Color

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*光線、影陰、物體與三度空間的關係 *光線、影陰、物體與三度空間的關係
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在2014年1月14日 (二) 14:22所做的修訂版本

目錄

Perceiving Color

相較於黑白畫面，綠葉中的紅苺就非常容易看到

P.203 F9.1


Image:09.01.jpgImage:09.02.jpg

色彩也可以幫助辨識物體，顏色正確的水果辨識較快且正確

P.203 F9.2

Image:09.03.jpg

Color circle

P.203 F9.3

Image:09.04.jpg

Color naming

  • Berinmo primitive（原住民）in Papua New Guinea
    • 具有五種基本色名
    • 其分類與一般文化中有些出入
      • 綠色分成兩部分，其中一部分與藍色混淆
    • 文化因素或先天？

Color naming 2

實驗for infants 利用habituation（慣化）

Image:PC911.jpg

Color naming 3

  • Summary
    • 先天有其傾向
    • 後天可以有變動
    • 經驗及學習可增進分辨
      • 未經學習
        • 用約一打的色名
        • 專門人員可以用很多色名

Newton來了

  • 十七至十八世紀英國最有名的科學家（或說近世英國國寶級人物）
    • 發明及發現
      • Binomial theorem（二項式定理）
      • Calculus（微積分）
      • Theory of gravitation（地心引力）
      • Opticks（光學）

Newton說

  • Color is subjective（色彩是主觀的）
    • Red sweater -> incorrect
    • Correct -> sweater, which when seen in daylight, evokes a sensation most humans call 'red'.

Newton's experiment 1

  • Dark room and a prism

Image:PC912.jpg 其實Newton之前已有人作過

Newton's experiment 1 data
  • Spectral color（光譜色）

Image:PC913.jpg

Newton's experiment 2

  • Pure vs composite light （純與混合光）

Image:PC914.jpg

Newton的原色

Image:9999.jpg

  • 彩虹有七彩
    • 紅 red
    • 橙 orange
    • 黃 yellow
    • 綠 green
    • 藍 blue
    • 靛 indigo
    • 紫 violet
Newton的原色2
  • 彩虹有七彩---why 七個
    • 紅 red---------------do
    • 橙 orange------------re
    • 黃 yellow------------mi
    • 綠 green-------------fa
    • 藍 blue--------------sol
    • 靛 indigo------------ra
    • 紫 violet------------si

Newton說2

  • 可以有各種組合產生—白色
  • Complementary （互補色）
  • Newton捅的大蜂窩
    • Newton(1642-1727) vs Goethe(1749-1832)
    • 顏色是客觀的或是主觀的？

Newton's color circle

  • Newton認為七原色是循環的
      • 可以圍成一個圓圈
      • 這根據色彩加成的實驗作成

Image:09.05.jpg

Newton's color circle 1

  • 大英百科全書

Image:09.06.png

Newton's color circle 2

  • Newton認為七原色是循環的
    • 而且可以加成

Image:09.07.jpg

Newton's color circle 3

  • 加成比率不同顏色不同

Image:09.08.jpg

Newton's color circle 4

  • New version Purple—nonspectral colors

Image:09.09.jpg

Newton's color circle 5

  • 舊到新的變化

Image:09.10.jpg

CIE_XYZ color space

  • CIE (Commission Internationale de l‘Eclairage國際照明協會)

Image:09.11.jpg

可見光譜

P.204 F9.4

Image:09.12.jpg

物理學上的波長（wavelength）與色調（hue） 相對應。 不同的波長的光會呈現不同的顏色

wavelengths and color

P.204 T9.1

  • Short 短-----------------------------------Blue 藍
  • Medium 中-----------------------------------Green 綠
  • Long 長-----------------------------------Red 紅
  • Long and medium 長加中---------------------　Yellow 黃
  • Long, medium, and short 長、中加短----------- White 白

Reflectance curve

P.204 F9.5

Image:09.13.jpg

不同物體的反射曲線(Reflectance curve)

Mixing Lights

P.205 F9.6

Image:09.14.jpg

混合藍光與黃光

P.204 T9.2

  • Wavelengths
  • 　　　　　　短 中 長
  • 藍光　　　　有 無 無
  • 黃光　　　　無 有 有
  • 藍加黃光　　有 有 有

Mixing paints

P.205 F9.7

Image:09.15.jpg

混合藍顏料與黃顏料

P206 T9.3

  • Wavelengths 反射
  • 　　　　　　　短　　　　中　　　長
  • 藍顏料　　　有大部分　有部分　　無
  • 黃顏料　　　　無　　　有部分　有部分
  • 藍加黃顏料　　無　　　有部分　　無

Trichromatic Theory

  • Thomas Young (1773-1829)
    • 英國人
    • 博物學（以前的科學家是多能的）醫學、物理
    • 首先提出三種顏色可以組合所有顏色的看法
  • Hermann von Helmholtz (1821-1894)
    • 德國人
    • 博物學：生理學、物理學
    • 更系統性研究，並推廣至解釋辨色力異常

Color matching

P.207 F9.8

Image:09.16.jpg

在顏色配對實驗(color-matching experiment)中， 要求受試者混合不同色光來配成與標準刺激相同的色

Cone pigments吸收光譜

P.208 F9.9

  • 人類的cones有三種，分別對不同波長有最高的吸收率分別是：S cone 419nm；M cone 531nm；L cone 558nm

Cone的反應與「顏色」

P.208 F9.10

Metamers

P.208 F9.11

  • 若波長組成成分不同，但是三種 cones 反應型態相同，我們也就認為是同一種顏色，這兩個顏色叫做同色異構物 (metamers)

如果只有一種pigment

P209 F9.12

  • 不同的光波只需要不同的強度，均能使光色素達到同樣的反應，這叫做principle of univariance
  • 此感光色素對590nm光的吸收率為550nm光的一半，但只要給予兩倍強度的590nm光，也可以得到相同的反應(圖9.12b與d)。由於這個特性，一種cone只能給予明暗亮度的訊息，而無法區辨各種顏色。

多了一種Pigment

P.210 F9.13

辨色力異常

P.212 F9.14

三種辨色力異常

P.213 F9.15

色彩知覺

  • 在大腦中找到處理色彩知覺的機制，必須區分兩個問題：
    • 一是哪裡負責處理不同的光波？
    • 二是哪裡決定色彩知覺？再回來看看cerebral achromatopsia的例子，由於他們的三種cones仍保有完整的功能，若是有兩塊亮度相同的紅色和綠色地毯，即使他們不覺得有看到紅綠的主觀色彩經驗，他們仍然可以區分不同的波長的光，所以知覺到色彩的主觀經驗似乎不等同於能處理不同波長。

Opponent-process theory

P.214 F9.17

Color afterimage

P.214 F9.18

對立說(Opponent-Process Theory)

P.215 F9.19 F9.20

如何連結

  • P.216 F9.21
  • 三色論在receptors的層次，針對不同波長光線有不同反應模式，而對立說在節細胞的層次，將由接受器得到的興奮或抑制訊號予以整合
  • P.216 F9.22 F9.23

為何需要對立說

  • A圖為兩個receptors對於1和2兩種光的反應，其反應可以畫成B圖。然而經過opponent cells的處理後可以化約成C圖。在不失去重要資訊的情況下，Ｃ圖資訊量明顯較為簡約。

Changing Illumination

  • P.218 F9.24
  • 日光和室內常用的燈炮，其發射的光波波長並不同

不同光源下的反射

  • 9.218 9.25
  • 的綠線表示一件綠色毛衣所反射的光波分布，白線表示在日光下的反射光波，而橘線表示在燈泡下所反射的光波。如果我們的色彩知覺全然依賴到達視網膜上的波長訊息，則同一件衣服在不同的光源照射下便會被知覺為不同的顏色；但事實上我們會覺得看到同樣顏色的綠色毛衣，這就是色彩恆常性。

Chromatic adaptation

  • 下面的圖請跟著我指令來作
    • 一、閉上右眼（請用左眼看）
    • 二、注視畫面30秒
    • 三、視線移開到他處
      • A．先用左眼看
      • B．再用右眼看
  • P.219 F9.26

Uchikawa et al. (1989)

  • P.219 F9.27
  • 受試者在不同的光源下看同一張色紙，當投射到受試者和綠紙上的燈光都是白色時，綠色紙會被知覺為綠色(a)；當投射到受試者的燈光為白色、投射到綠紙上的燈光為紅色時，會覺得看到一張紅紙；當投射到受試者和綠紙上的燈光都是紅色時，會覺得綠色紙略為偏紅。

Lightness constancy

  • P.221 F9.28
  • 棋盤的白格與黑格在室內外反射的光強度是不同的，但是反射比是固定的。亮度恆常可能來自黑與白之間的反射比固定不變，稱為Ratio principle。

reflectance/illumination edge

P.222 F9.29

penumbra （半影）

  • 半影的效果
  • P.223 F9.31
  • CG (computer graphics)

lightness / illumination

  • 將圖a知覺為對折的卡片，則會覺得兩半都是白色；若用遮住立體的訊息，則會覺得是一半灰、一半白。
  • 人對於影陰的知覺，亮暗的判斷，不會只是局部的。會對整個「影像」進行解決。

背景與亮度

  • P.223 F9.33
  • 圖a與b中的四個圓圈是完全一樣的，但是圖a看起來就像透過白霧觀看四個黑圓盤，圖b看起來就像烏雲遮蔽月亮。

蜜蜂的色彩

P.224 F9.34

真實性？

  • 畫的or真的

色彩同時對比

  • 色彩同化（color assimilation）
    • 當刺激色面積過小時，色彩同時對比的效果會被另外一個效應取代。
    • 同化效應是由於圖形與背景都同時落在色彩細胞接受域的同一區域所造成的。




Think about

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  • 光線、影陰、物體與三度空間的關係
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