视觉知觉现象：深度探析

5.4.3.1　视敏度

视敏度指视觉系统分辨物体细节的能力或者是对物体的最小可分辨能力，视敏度即人们常说的视力。视敏度的高低由根据观察的物体视角决定。视角是指物体最边沿两点与角膜所形成的夹角。一般物体越小或者距离观察者越远，视角就越小，普遍采用的视敏度测量方法是根据国际标准视力测查表，视敏度的具体计算方法，视敏度（V）等于视角（α）的倒数。

V=1/α

根据国际标准视力表的规定，α是在5m远处观看视标（E字或其他符号）细节所成的角度。如果所看视力表上的视标视角为1度，视敏度或视力则为1.0，如果视角为0.65度，视力则为1.5。正常视力范围为1.0～1.5。

影响视敏度的因素是多方面的，如眼球肌肉调节是否正常（近视和远视均属于肌肉调节异常的情况）、眼球光学系统是否正常、视网膜接收刺激的部位、背景照明的强度、物体与背景对比度、眼睛的适应状态、身心状态、疲劳、药物和疾病等因素都会影响视敏度。

借助光学望远镜可以大大提高人们的视敏度。普通的光学望远镜可以放大几倍、几十倍和几百倍；应用于天文学中的光学望远镜可以使观察目标扩展到宇宙空间几十亿乃至100亿光年以外的宇宙空间；红外望远镜可以探测到夜间无法看清的红外热源；射电望远镜可以观察到可见光以外的其他电磁波频谱范围的电磁辐射。

5.4.3.2　闪光融合频率

闪光融合频率（critical flicker fusion frequency，简称CFF）是视觉对客体动态变化的时间分辨能力，闪光融合频率越高，说明个体对客体变化的时间分辨能力越强，闪光融合频率越低，则说明个体对客体变化的时间分辨能力越差。闪光融合频率是存在个体差异的，人们对闪光感觉为一个稳定的连续光的临界频率称为闪光融合频率。闪光融合频率受个体的年龄、身心状态、练习、注意程度、波长、视觉适应、视网膜接收光刺激的面积、视觉刺激通过视网膜的部位、光强度等多种因素的影响。

5.4.3.3　视觉后像

视觉刺激作用于视网膜系统一段时间，当视觉刺激消失后，在视觉网膜系统中会保留短暂的视觉感觉影像，称为视觉后像。后像分两种：正后像和负后像。视觉后像与原刺激性质相同的为正后像，视觉后像与原刺激性质相反的称为负后像。视觉后像持续时间一般在100ms左右，如在注视灯光后，闭上眼睛，眼前会出现灯的形象。视觉后像可能是黑白的，也可能是彩色的，黑白的视觉刺激会产生黑白的视觉后像；彩色的视觉刺激会产生彩色的视觉后像，彩色刺激产生的后像通常为负后像。不同颜色视觉刺激的后像为颜色的互补色。如注视白色背景上的一个红色圆形30～60s，然后红色圆形消失，那么白色背景上可以看到一个接近绿色圆形后像。如果长时间看室内的日光灯，当把目光移到白色的墙上时，会看到一个灰白色的日光灯的影像。

视觉后像一般是长时间专注于一个视觉客体时，当视觉客体移动或消失，或在视觉神经系统留下一个主观的客体影像。这种现象在现实环境中是经常出现的。尤其是在专注于人机界面交互的操作时，应尽可能避免视觉后像的产生，避免对人机界面操作产生干扰或错误操作。在视觉场景比较单一的野外环境，也可能会出现视觉后像的情况，如在冰雪覆盖的冬天或极地、一望无垠的沙漠等环境中，视野中出现的物体运动或消失的客体也可能会出现视觉后像。

5.4.3.4　明度对比

视觉对比（visual contrast）主要包括明度对比和颜色对比。明度对比是指两个对象或对象和背景之间因为明度差异产生对明度感知发生变化的现象。如图5-5所示，黑背景中的白色圆比灰色背景中的白色圆看起来更亮，深灰色背景中的白色圆会比浅灰色背景中的白色圆更亮。图5-6为彩色明度对比图。明度对比是由光强在空间上的分布不同造成的视觉现象。如在白色背景上放一个黑色正方形，由于视野的不同区域的光反射不同，因而形成黑白的对比。研究明度对比对于工作和生活环境中的视觉效果设计有重要意义，可以通过合理的设计达到较好的视觉感知效果，或者提高感知觉效率。

图5-5　黑白明度对比(www.xing528.com)

图5-6　彩色明度对比

5.4.3.5　颜色对比

颜色对比是指在视野中相邻区域的不同颜色或前景颜色和背景颜色对比产生的对颜色及其明度相互影响的现象。颜色的明度对比会使得在黑暗环境下对高频可见光更敏感，而在强光照明环境下对低频可见光更敏感。颜色对比的结果是使颜色向其补色变化。如两块绿色纸片，一块放在蓝色背景上，一块放在黄色背景上，在色调对比调节后会产生补色。

5.4.3.6　颜色知觉的恒常性

当注视某种颜色一段时间，把注视点移到灰色背景或其他颜色上时，对之前注视的颜色知觉会发生变化，这种现象就是颜色适应。颜色对比一般指的是对同时呈现的两种或多种颜色的颜色知觉的相互影响，而颜色适应指的是先呈现的颜色刺激对后呈现的颜色感知的影响。黑尔森（H.Helson，1938）在红色灯光照明的颜色适应实验中，被试走进的实验室是红色照明的暗室，暗室的墙是灰色的，被试刚刚进入暗室时，看到的实验室所有的东西都是红色的，几分钟后逐渐适应了红色的暗室照明，恢复对室内物体的正常颜色知觉。也有实验发现，当被试看到黄色闪光后，让他注视红色的背景，等被试适应红色背景后再出现黄色的闪光，这时换色的闪光颜色变成绿色了，需要再经过几分钟时间的适应后，才逐渐恢复黄色闪光知觉。

颜色适应现象在一定程度上反映了人们视觉颜色知觉的恒常性。当戴着不同颜色滤光片的眼镜观察周围的环境时，刚戴上滤光片的眼镜，发现周围环境的颜色都发生了变化，过一段时间后，等视觉适应了滤光片的干扰，就会逐渐恢复对周围环境颜色的正常知觉。

颜色适应现象提示我们，当从一种主体色调的环境到另外一种颜色背景环境下时，人们的颜色知觉可能会产生颜色适应现象，正常的颜色知觉可能会受到影响，需要一段时间的适应后才能够恢复在新的环境下的正常的颜色知觉。

颜色适应现象对夜间操作的飞行员或驾驶人员、在极端工作环境下（如极地环境、潜艇作业环境、轨道舱）的工作人员等有不同程度的影响，因此，在这些特殊环境下执行任务的人员，需要了解颜色适应的现象，并对这些人员进行相关的知识学习和训练，避免产生错误的感知和操作，造成不必要的损失。

5.4.3.7　马赫带现象

马赫带现象（Mach band）是奥地利物理学家马赫（Ernst Mach，1868）发现的一种明度对比现象，人们在视觉对象明暗交界的边缘上，在高亮度的一侧可以看到一条更亮的光带，而在两地较暗的区域看到一条更暗的暗区，这就是马赫带现象。马赫带现象是一种主观的边缘对比效应。如将一个星形白纸贴在黑色背景上，再将圆盘放在转盘上快速旋转，就可以看到一个全黑的外圈和一个全白的内圈，以及一个由星形各角所形成的不同明度灰色渐变的中间区域。不同区域的亮度的相互作用而产生明暗对比和轮廓知觉效应，这种在轮廓知觉上发生的主观明度对比加强的现象，称为边缘对比效应（图5-7）。图5-7（b）中的星形旋转的速度越快，下面的马赫带边界融合得就会越自然。

图5-7　马赫带现象和黑色的五角星旋转后产生的马赫带现象

通常用侧抑制现象解释马赫带现象，侧抑制现象是指在视网膜的感光细胞接受光线刺激时，相邻的感光细胞就会受到抑制，暗明交界处亮区一侧的抑制较暗区一侧的抑制更强，这就使得暗区的边界看上去更暗，暗明交界处暗区侧抑制较亮区抑制弱，这就使得亮区的边界看上去更亮。