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3.5 : 色彩视觉

色彩感知始于视网膜,即位于眼球后部的光敏感层。有两种主要理论解释了人们如何感知色彩:三色理论和对立过程理论。三色理论由托马斯·杨于 1802 年提出,并由赫尔曼·冯·亥姆霍兹于 1852 年扩展,该理论认为,色彩视觉基于视网膜中的三种视锥细胞。这些视锥细胞对不同但重叠的红色、蓝色和绿色的波长范围敏感。在颜色匹配实验中,参与者通过调整三种不同波长的光(通常是红色、绿色和蓝色)的强度,来匹配给定的目标颜色。任何颜色都可以通过组合这三种颜色来实现,这支持了人类的色彩视觉依赖于视网膜中的三种视锥细胞的观点,每种视锥细胞对不同但重叠的波长范围敏感。例如,通过同时激活红色和绿色视锥细胞,可以产生黄色的感知。

色盲现象进一步验证了三色理论。大多数色盲患者(主要是男性)可以看到某些颜色,但无法识别其他颜色。色盲的类型取决于哪种视锥细胞有缺陷或缺失。例如,如果红色视锥细胞无法正常工作,患者可能难以区分红色和绿色。

1878 年,德国生理学家埃瓦尔德·赫林 (Ewald Hering) 发现,有些颜色不能同时感知,而有些则可以。例如,想象出“绿蓝色”是可能的,但不能想象出“红绿色”。赫林还注意到,三色理论无法充分解释后像现象,即视线从物体移开后仍能看到的残余图像。例如,注视红色物体后,可能会看到绿色后像。同样,注视黄色物体一段时间后,可能会出现蓝色的后像。三色理论无法解释这些互补颜色对及其导致的后像现象。

为了解释这些现象,赫林提出了对立过程理论。该理论认为,视觉系统中的细胞以对立的“颜色对”进行处理:红-绿和蓝-黄。根据这一理论,某些细胞会被一种颜色激活,而被其对立颜色抑制。例如,一个细胞可能会被红色激活,同时被绿色抑制,或者被黄色激活而被蓝色抑制。这一​​理论还解释了后像现象。比如,长时间盯着红色物体后移开视线,会导致看到绿色的后像。这是因为红-绿视觉系统在长时间激活后会产生疲劳,转移视线后出现的反弹效应导致这种现象。

视网膜中的三种视锥细胞通过与视网膜神经节细胞与大脑相连,这些神经节细胞将三种颜色编码转换为对立过程编码。例如,绿色视锥细胞可能抑制某个特定的神经节细胞,而红色视锥细胞则会激活该神经节细胞。通过这种双重编码系统,大脑能够更高效地解读复杂的色彩信息。

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Color VisionTrichromatic TheoryOpponent process TheoryRetinaCone ReceptorsColor PerceptionWavelengthsColor BlindnessAfterimagesRed green PairBlue yellow PairEwald HeringThomas YoungHermann Von Helmholtz

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