颜色与视觉

颜色与视觉
作者：周钧
来源：《纺织报告》 2014年第6期
周钧
在物质世界的自然界中，感觉色彩是依靠人的双眼视觉。

视觉的刺激在于光线的强与弱，色彩感觉是由于光线的明暗和强弱刺激而引起的。

因此研究和了解视觉生理与颜色之间相互的关系，对于色彩设计也是非常必要的。

1 视觉生理
人的眼睛可以比喻成一个非常精巧的照相机。

眼睛晶状体位于玻璃体和虹膜之间，相当于照相机的镜头，眼球的最外层是角膜，相当于保护镜头的平光镜片。

虹膜位于角膜后面，晶状体的前面，虹膜圈内的瞳孔是控制光的通量，虹膜就是调节瞳孔大小，相当于照相机的光圈。

眼球壁的中层脉络膜含有丰富的黑色素细胞，起着吸收外来杂散光的作用，消除光线在眼球内的乱反射，起到近似于照相机的暗合。

视网膜位于脉络膜的里层，是眼球的感光部分，因此视网膜相当于照相机的底片（菲林）。

视网膜中有两种感光细胞：即视锥细胞和视杆细胞。

视锥细胞对色相和彩度有知觉作用，在光线明亮时，能敏锐地辨别色彩。

视杆细胞只对明度有感应。

在光线暗的时候，能感觉出物体的黑、白、灰。

（图 1）
从上述的眼睛生理构造原理，当眼睛注视外界物体时，由光线照射物体反射出的光通过角膜、晶体及玻璃球，使物象聚焦在视网膜的中央窝（黄点）部位，视网膜的感光细胞（锥体细胞和杆体细胞）接受光的刺激转化为神经冲动，经过视觉神经传到大脑皮层的高级视觉神经中枢，就产生了物体大小、形状和色彩的感觉。

这就是人眼视觉生理的成像过程。

2 视觉适应
2.1 明视觉和暗视觉
人有适应客观环境变化的特殊功能，这种功能在视觉上反映叫视觉适应。

视网膜上的两种感光细胞执行着不同的视觉功能。

视锥细胞是明视觉器官，在光亮的条件下，锥体细胞能够分辨颜色和物体的细节。

视杆细胞是暗视觉器官，只有在较暗的条件下起作用，适宜微光视觉，且不能分辨颜色与细节。

根据上述视觉生理事实，英国科学家冯. 凯斯于1912 年，提出视觉的二重功能学说：即锥体细胞视觉（明视觉）和杆体细胞视觉（暗视觉）学说。

由于视觉的二重功能，正常人由光亮环境到黑暗环境时，因锥体细胞视觉转到杆体细胞视觉，对于不同波长光的视觉感受也随之发生了变化。

例如，在光亮条件下，人眼可以看到光谱上各种不同明暗的色彩，而在光亮度减低到一定程度的时候，人眼便看不到颜色，此时的视觉感就成为无彩色，光谱也成为不同明暗的灰色带。

1924 年国际照明委员会（CIE）提出了等能光谱相对明亮度曲线即明视曲线。

这是以300 多名观察者平均光谱色感受性为依据的。

暗视觉曲线是在完全暗适应的条件下，由年龄低于30 岁的观察者的平均光谱色感受能力来决定的。

从曲线图标中可以看出，明视觉的最大值是
555nm, 也就是说555nm 波长部位的黄绿色光为最明亮。

愈趋向光谱的两端的红光（赤）和紫光较暗。

而暗视觉曲线中的最大值是507nm, 即507nm 波长位置处的绿色光为最明亮。

明视觉与暗视觉两者最大值相差50 毫微米（nm）之多。

（图2）
每一个人的明视觉和暗视觉的感受能力是有差异的，这是由于每一个人视网膜的黄色素密度不同而造成的。

出生一个月以后的幼儿就开始具有色彩感觉功能，到30 岁以后色彩感觉功能开始逐步衰退，50 岁以后色彩感觉功能衰退更为明显。

这是由于随着年龄的增大，人眼球的晶体变化而造成明视觉和暗视觉的色彩感受能力的差异，所以青年人和老年人对同一色彩的感觉也是有差异的。

2.2 明暗适应
我们白天去电影院看电影，当我们从明亮的地方进入黑暗的电影院时，眼睛就会感到一片漆黑看不清，找不到自己的座位。

经过一段时间就会逐步看清物体，这种现象叫暗适应。

暗适应的时间大约为15 分钟。

形成视觉暗适应的原因是由于从明亮进入黑暗环境时，瞳孔直径扩大4 倍，使进入眼球的光线增加10-20 倍；在黑暗中视网膜边缘的部分杆体细胞的感受性逐步提高，视觉能力也随之增强。

在黑暗中停留30 分钟，视觉感受需要提高约十万倍。

从暗处到明亮处的视觉适应现象叫明适应。

人眼的明适应的时间大约只需要0.5秒钟。

在视觉杆体细胞内有一种紫红色的感光物质称为视紫红质。

当眼睛进入黑暗中，视紫红质也重新合成而恢复其紫红色。

视觉暗适应的程度和视紫红质的合成程度是相应的。

视觉达到完全暗适应大约要40 分钟时间。

但是红色光只对视觉锥细胞起作用，而对视觉杆细胞不起作用（即对视紫红质不起破坏作用），所以红色光不阻碍杆体细胞的暗适应过程。

因此，在黑暗环境中工作的人，大都用红光，如X 光检查的医生戴红色眼镜，冲洗照片时暗室用红灯泡，重要的信号灯、车辆的尾灯、夜航飞机的仪表都用红光，目的是用以保持视觉的暗适应水平。

2.3 颜色适应
当人的眼睛在色彩的刺激作用下所造成的颜色视觉变化叫做颜色适应。

如人在日光下观察
某物体的颜色，然后突然改在室内的白炽灯光下观察物体的颜色，一开始，室内的照明看起来
带有白炽灯光的黄色，物体的颜色也带有黄色味；几分钟后，视觉适应了白炽灯的色光，感觉
到室内照明趋向变“白”，同时物体的颜色也逐渐恢复到在日光下的原来色彩。

又如，在美术
基础课画素描时，采用的打光灯是白炽灯泡，石膏像在白炽灯的光照下，给视觉的第一印象是
光源的黄光感觉敏锐，时间一长，就感觉不出来了。

以上事例说明，人眼在观察物体时，有一
段视觉最敏锐的时间，大约10 秒钟左右，称为最佳时间域。

观察物体的时间过长，视觉灵敏
度下降，产生视觉疲劳，就会产生错觉。

甚至会将某一色彩的视觉感应逐步变成其他色感。

如
在一块暗背景上投射一小块黄色光，人眼视觉观察是黄色在暗背景上，但当眼睛注视一块大面
积的红色光，一段时间后，再看原来暗背景上的黄色光时，这是黄色光会呈现出绿色。

经过一
段时间，当眼睛视觉适应了红色光，再看黄色光时，绿色感觉逐渐变淡，视觉又恢复了原来的
黄色适应。

这充分说明视觉对某一色光适应后再看另一色光时，后者会发生变化，并带有前者
适应色光的补色成分，而且色彩的明度和纯度都会降低。

2.4 视觉后象
人在观察物体的过程中，视觉生理内部的兴奋与抑止相互间的诱导关系，往往产生许多幻
觉现象。

当物体对眼睛的刺激作用停止后，感觉并没有立即消失，由于视觉神经兴奋所留下的
痕迹作用叫视觉后像。

先注视亮着的灯光，然后闭上眼睛在暗室中，此时眼前会出现电灯的影响，这叫正后像。

当光波的频率超过100 片/ 秒以上时，人眼未感觉到先前的中断，而产生连续合成作用。

电影
就是根据正后像这一原理，24 片/ 秒的连续移动产生自然连贯的正后像。

当人的眼睛注视白的或灰的背景上一块颜色片的一段时间（一、两分钟），然后拿走颜色片，继续注视同一块背景，会感觉背景上出现原来颜色块的补色。

这种诱导出的补色时隐时现，直到最后完全消失。

颜色适应中的后效应叫做负后像。

明度也有负后像，在灰色背景上注视白色纸片较长时间，然后拿走白色纸片，原来白色纸
片的地方会出现较暗的负后像。

如在灰色的背景上注视黑色纸片，然后拿走黑色纸片，则会出
现较亮的负后像。

明度的负后像时由黑- 白，或有白-黑的相互转换变化过程。

视觉后像会经常使我们在颜色的判断中产生色彩错觉，因此，要正确判断色彩，必须注意
最佳视觉时间。

3 色彩错视
3.1 对比与错视
在视觉信息传递中，有物体形态的视觉错视，也有色彩的视觉错视。

如，同样宽度的一条
横直线，由于直线构成的两种不同形状（见图3），感觉上好像左右尖头向内的直线长，左右
尖头朝外的直线短，造成了形态视觉错视。

对比的色彩同时作用于眼睛，会产生一种相互排斥
的印象，使眼睛感受到双方色彩的差别，大于色彩实际上存在的差别，似乎是眼睛看错了，这
种由颜色对比造成的差别现象称为色彩错视。

错视是一种视觉现象，并非客观存在，而是视觉
过程中的一种生理反映和心理作用。

（图 4）
错视和对比是同时存在的，相邻区域不同性质色彩的相互影响叫做色彩对比，没有对比就
没有错视。

不同性质的色彩对比造成不同性质的错视，单项色彩对比造成单项错视。

多项色彩
对比造成多项错视。

在通常的情况下，我们看到的色彩几乎没有单一的情况，总是与周围的颜色联系一起。

因此，同时看到两种颜色的场合引起的对比叫同时对比。

看到某种颜色后再看另一种色，则会发
生因先看到的颜色影响使后看到的颜色产生变化，虽然对比的色彩不处于同一视线的中心，但
是色彩对比的实践保持了连续性，这种现象叫视觉残像。

视觉残像的连续表现，称为连续对比。

这种对比现象中色彩的明暗将加大前面色和后面色的明度差。

如先看其中一个有色色块上的小
黑方块30 秒，然后将视线移到白色方块中的小黑色块，你就会看到与有色色块相关的视觉残像。

（图5）
各种同时对比的错视现象，在日常生活中经常发生。

例如在红纸上写黑色字，字会含有墨
绿色光。

在色彩应用的实践中，要想达到预想的色彩设计效果，往往采用加强或减弱色彩的同
时对比关系。

如印花布生产中，在大红底色上印黑色图案，则要选用偏红光的黑色染料，偏红
光的黑色减弱了红与黑原来的同时对比的错视感，这样的色光较为理想。

总之，任何发光或反光的物体形成的色彩明度、色彩纯度、色相等视觉感，都与对比错视
的相互联系着。

对比变了，错视也跟着变化，物体的色彩感觉也随之变化。

因此对比与错视的
关系，在色彩搭配应用中起到重要的作用。

3.2 色彩的前进与后退及膨胀与收缩
3.2.1 色彩的前进与后退
人的眼睛能看清不同距离的物体，是由于眼睛视觉的调节作用。

在光谱中波长长的暖色，
在视网膜上形成的内侧影像，具有前进感。

而波长短的冷色，在视网膜上形成外侧影像，具有
后退感。

因此，在我们日常的色彩运用中，特别是在色彩风景写生中，背景和阴影都用冷色处理，给予后退的视觉感。

运用暖色处于画面的中心位置，给予前进的视觉感，使整个画面层次
分明。

又如，在空间环境的色彩运用中，特别是霓虹灯广告，在同等距离关注时，红色霓虹灯
好像就在前面，而蓝色的霓虹灯光好像远在后面。

（图 6）
因此在一般的情况下，红、橙、黄等暖色是前进色，蓝紫、蓝绿、蓝色等冷色是后退色。

从色彩明度上讲，明亮色是前进色，暗色是后退色。

理解色彩的前进和后退的原理，在色彩实
践中具有应用意义。

3.2.2 色彩的膨胀与收缩
光谱中不同波长的光线有不同的折射率，它们通过晶体球的聚焦分布完全在一个平面上。

波长短的蓝紫色光焦点最近，波长长的红色焦点最远，因而造成了视网膜影像不够清楚，这种
现象就是色相差。

由于色相差使不同色彩在视网膜上的影像清晰程度不同。

长波长的暖色影像似乎模糊不清，具有扩散性，因而形成某种膨胀感觉。

短波长的冷色，在视网膜上的影像比较清晰，具有色彩
收缩感觉。

同样，明度亮的颜色看大，明度暗的颜色看小。

例如，取一块尺寸一样的小白色纸
块和小黑色纸块，分别将它们放置在同样大小的黑色和白色背景纸上，在等距离的观察时，会
产生黑色背景中的小白色块要比白色背景中小黑色块要感觉大。

因此在运用色彩对比的手法中，要充分考虑色彩的膨胀与收缩的因素。

（图 7）
通过上面阐述的颜色与视觉生理的相互关系，使色彩设计者能较为深入地理解色彩刺激与视觉生理反映的相互关系，能够帮助设计师在实际运用颜色的过程中，充分考虑色彩视觉所产生的各种生理反映的因素，并在色彩设计中准确地把握，得到较好的色彩视觉效果。