：

在不同觀察條件下，人眼感知到目標(biāo)顏色是不同的，并且會隨著觀察條件改變而變換，即使是在同一觀察條件下，人眼對同一顏色刺激的觀測也會由于其所在的空間位置受到周圍像素的影響而發(fā)生色貌變化，這種顏色刺激周圍其他刺激影響的空間分布現(xiàn)象即色貌現(xiàn)象，基于色貌現(xiàn)象的色貌模型已經(jīng)在印刷、顯示、高動態(tài)范圍壓縮等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。Mark D 是圖色貌模型方面的大家，對色貌模型的發(fā)展有著舉足輕重的作用，《 》一書很好的概括了當(dāng)前色貌模型的發(fā)展歷程及應(yīng)用，我將連續(xù)寫幾篇對于此書內(nèi)容的解讀文章。

文章目錄

在顏色科學(xué)領(lǐng)域，比色法()是最重要的理論基礎(chǔ)，但比色法將顏色看做是僅由波長和物體表面反射率決定的純物理量，但在實際經(jīng)驗和眾多物理實驗過程中發(fā)現(xiàn)，人眼所觀測到的顏色還與觀測者所處的環(huán)境有著莫大的關(guān)系，色貌模型即是對比色法的擴展，用來預(yù)測不同觀察條件下人眼產(chǎn)出的顏色刺激值。這本書所描述的色貌模型始終是基于人眼視覺系統(tǒng)( )，因此先對人眼視覺系統(tǒng)做一個簡單的概述。

of the Eye

我們的視覺感知與人眼的結(jié)構(gòu)是緊密相關(guān)的，上圖是人眼的結(jié)構(gòu)示意圖，這些器官都對顏色的感知有重大影響。

The

上圖是視網(wǎng)膜示意圖，從光感受細(xì)胞()、水平細(xì)胞()、雙極細(xì)胞()、神經(jīng)節(jié)細(xì)胞()，這些細(xì)胞往往不是一對一的連接，而是一對多的相互連接，這也就意味著經(jīng)由神經(jīng)節(jié)細(xì)胞從視網(wǎng)膜傳遞到大腦的視覺信號并不是光感受細(xì)胞感受到的光強的點對點表示，而是光感受細(xì)胞感受到的光強的復(fù)雜組合，這也就是為什么人眼能夠用100萬個神經(jīng)節(jié)細(xì)胞接收來自1.3億個光感受細(xì)胞所接收到的光信號的原因。視網(wǎng)膜上比較重要的兩種光感受器細(xì)胞是視椎細(xì)胞(Cone)和視桿細(xì)胞(Rod)，其結(jié)構(gòu)如下圖所示：

從名字上看視桿細(xì)胞應(yīng)該細(xì)長，視椎細(xì)胞應(yīng)該接近圓錐體，但這種基于形狀的區(qū)別是有誤的，這兩種細(xì)胞的真正區(qū)別在于其視覺功能的不同，視桿細(xì)胞可以感知低于1cd//m^{2}1cd/m2的弱光，且不感受光的顏色，視椎細(xì)胞可以感知高于//m^{2}/m2的強光，且能感知顏色，光強度在1cd///m^{2}~/m^21cd//m2的中強度光照小，視椎細(xì)胞和視桿細(xì)胞都能提供相應(yīng)的視覺感知，其感知差異如下圖所示：

兩種光感受細(xì)胞所感受光強度的差異

此外，視椎細(xì)胞與視桿細(xì)胞的光譜靈敏度也有很大的差異，如下圖所示，視桿細(xì)胞的光譜靈敏度峰值大概在左右，視椎細(xì)胞可以根據(jù)其對不同波長的光的靈敏度分為L、M、SL、M、SL、M、S三種，這就是視桿細(xì)胞不感受顏色，而視椎細(xì)胞感受顏色的原因，顏色空間中常見的顏色空間就是在模擬視椎細(xì)胞對不同波長光的感知。

兩種光感受細(xì)胞所感受光波長的差異

另外，L、M、SL、M、SL、M、S三種光感受細(xì)胞在視網(wǎng)膜中并不是均勻分布的，其中SSS型視椎細(xì)胞(感知藍(lán)光)相對最少，且在中央凹區(qū)域幾乎沒有分布，這三種視椎細(xì)胞的分布比例約為L:M:S=40:20:1L:M:S=40:20:1L:M:S=40:20:1，且在中央凹區(qū)域沒有視桿細(xì)胞

視網(wǎng)膜內(nèi)的神經(jīng)系統(tǒng)對視覺信息的處理是相當(dāng)復(fù)雜的，簡單而言，投射到視網(wǎng)膜上的光學(xué)圖像首先被轉(zhuǎn)化為光感受細(xì)胞中的化學(xué)信號及點信號，這些信號隨后被視網(wǎng)膜中的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理，比較值得被注意的是視椎細(xì)胞和視桿細(xì)胞對場景輻照度的響應(yīng)曲線，如下，這個曲線表示的是視桿細(xì)胞和視椎細(xì)胞在不同光強的刺激下產(chǎn)生的電荷強度，不敢是視桿細(xì)胞還是視椎細(xì)胞在光強度小于某閾值時都不能感光狗眼能看到幾種顏色，光強度高于某閾值是都不能感受到光強度的進(jìn)一步變化，而在這兩個閾值中間部分是比較接近線性關(guān)系的。

of

即三色論，是一種重要的色覺理論，假定在人的視網(wǎng)膜中存在三種不同的感受器狗眼能看到幾種顏色，現(xiàn)已被證實為三種視椎細(xì)胞，每種感受器只對可見光譜中的某個特定波長的色光敏感，后來H.Von.進(jìn)一步發(fā)展了三色論，放棄了一種感受器只對一種波長敏感的看法，認(rèn)為每種感受器都能對各種波長的光有反應(yīng)，但紅色感受器對長波的反應(yīng)最強烈，綠色感受器對中波的反應(yīng)最強烈，藍(lán)色感受器對短波的反應(yīng)最強烈，不同波長的混合光入射到視網(wǎng)膜，三種感受器產(chǎn)生相應(yīng)的反應(yīng)，然后將信號傳輸?shù)酱竽X，由大腦對每幅圖像中的信號比率進(jìn)行比較，由大腦確定圖像的顏色外觀。三色論所假設(shè)的人眼對顏色的感知方式是十分低效的，且不能很好的解釋色盲等視覺現(xiàn)象。

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在三色論提出的同一時間，根據(jù)其對心理物理學(xué)實驗結(jié)果的觀察提出了對立色理論，他的理論是根據(jù)以下的觀察得出的：有些顏色看起來是單純的，不是其他顏色的混合色，而另外一些顏色則看起來是由其他顏色混合得來的。一般人認(rèn)為橙色是紅和黃的混合色，紫色是紅和藍(lán)的混合色。而紅、綠、藍(lán)、黃則看起來是純色，它們彼此不相似，也不像是其他顏色的混合色。因此，認(rèn)為紅、綠、藍(lán)、黃才是四種原色。理論的另一個根據(jù)是我們找不到一種看起來是偏綠的紅或偏黃的藍(lán)，即橙色以及綠藍(lán)色。紅和綠，以及黃和藍(lán)的混合得不出其他顏色，只能得到灰色或白色。這就是，綠刺激可以抵消紅刺激的作用；黃刺激可以抵消藍(lán)刺激的作用。于是假設(shè)在視網(wǎng)膜中有三對視素，白–黑視素、紅–綠視素和黃–藍(lán)視素，這三對視素的代謝作用給出四種顏色感覺和黑白感覺。沒對視素的代謝作用包括分解和合成兩種對立過程，光的刺激使白–黑視素分解，產(chǎn)色神經(jīng)沖動引起白色感覺；無光刺激時，白–黑視素便重新合成黑色感覺，白灰色的物體度所有波長的光都產(chǎn)色分解反應(yīng)。對紅–綠視素來說，紅光作用時狗眼能看到幾種顏色，使紅–綠視素分解引起紅色感覺；綠光作用時使紅–綠視素合成產(chǎn)生綠色感覺。對黃–藍(lán)視素來說，黃光刺激使它分解于是產(chǎn)生黃色感覺；藍(lán)光刺激使它合成于是產(chǎn)生藍(lán)色感覺。因為各種顏色都有一定的明度，即含有白色的成分。所以，每一種顏色不僅影響其本身視素的活動，而且也影響白–黑視素的活動。根據(jù)學(xué)說，三種視素的對立過程的組合產(chǎn)生各種顏色和各種顏色混合現(xiàn)象。當(dāng)補色混合時，某一對視素的兩種獨立過程形成平衡，因而不產(chǎn)色與該視素有關(guān)的顏色感覺。但所有顏色都有把白色成分，所以引起白–黑視素的分解，從而產(chǎn)生白色或灰色感覺。同樣情況，當(dāng)所有顏色同時都作用到各種視素，紅–綠、黃–藍(lán)視素的對立過程都達(dá)到平衡，而只有白–黑視素活動，這就引起白色或灰色感覺。學(xué)說很好地解釋了色盲、顏色負(fù)后像等現(xiàn)象。色盲是缺乏一對視素（紅–綠、或黃–藍(lán)）或兩隊視素的結(jié)果。學(xué)說的最大問題是對三原色能產(chǎn)色光譜上一切顏色這一現(xiàn)象沒有給以說明。

一直以來三色論與對立色理論都被視為是相互對立的色覺理論，但現(xiàn)代生理學(xué)研究指出，與簡單的三色論相反，三種視椎細(xì)胞感受到的三色圖像并不是最接傳遞到大腦，而是將顏色進(jìn)一步編碼為對立色，這個編碼的過程可以分為三種反應(yīng)：①光反應(yīng)(L+M+SL+M+SL+M+S)；②紅綠反應(yīng)(L?M+SL-M+SL?M+S)；③黃藍(lán)反應(yīng)(L+M?SL+M-SL+M?S)。這正好符合的對立色理論，可以認(rèn)為，在視網(wǎng)膜中椎體細(xì)胞對光顏色的感知是三色機制，而在視覺信息向大腦傳遞的過程中變成了對立色機制，轉(zhuǎn)換過程如下圖所示：

如上所述，現(xiàn)代的對立色理論將三色論與的對立色理論統(tǒng)一了起來，成為當(dāng)前主流的色覺理論，但人類視覺系統(tǒng)還有很強的動態(tài)適應(yīng)能力，根據(jù)觀看者所處的環(huán)境來動態(tài)地調(diào)節(jié)視覺響應(yīng)，其中與顏色外貌尤其相關(guān)的調(diào)節(jié)機制有暗光條件下的自適應(yīng)機制(Dark )、亮光條件下的自適應(yīng) 機制( )、色度自適應(yīng)( )。

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在對人眼視覺系統(tǒng)的研究中經(jīng)常使用CSF( )來表示人眼視覺系統(tǒng)的時空特性，視覺科學(xué)中的CSF類似于成像科學(xué)中的MTF( )，將對比度定義為閾值響應(yīng)與空間頻率或時間頻率間的函數(shù)關(guān)系，此處的對比度一般采用對比度：C=maxL?+=\frac{maxL-minL}{maxL+minL}C=maxL+?minL?，CSF通過空域或時域內(nèi)正弦變化的圖案經(jīng)常測量，下圖給出了經(jīng)典的CSF函數(shù)，可以看出人眼感知場景亮度時類似帶通濾波器，感知場景顏色時類似低通濾波器，人眼視覺系統(tǒng)對亮度變化更靈敏

下圖能夠比較好的印證人眼對亮度對比度的靈敏度高于對顏色對比度的靈敏度的結(jié)論

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