阿贝尼效应

阿贝尼效应(Abney effect)描述了在将白光添加到单色光源时发生的感知色调偏移。

白光的添加将导致人眼感知的单色光源去饱和。然而,人眼感受到的白光添加的较不直观的效果是表观色调的变化。这种色调转变本质上是生理上的而不是物理上的。

这种由于加入白光引起的色调变化首先由英国化学家和物理学家William de Wiveleslie Abney爵士于1909年描述,尽管日期通常被报道为1910年。白光源由红色光,蓝光和绿光。阿布尼爵士证明,色调明显变化的原因是构成这个光源的红光和绿光,而白光的蓝光成分对阿贝尼效应没有贡献。

色度图
色度图是二维图,它将国际照明委员会(CIE)XYZ色彩空间投影到(x,y)平面上。 X,Y,Z值(或三色值)被简单地用作权重以从原色创建新颜色,这与RGB用于从电视或照片中的原色创建颜色的方式很相似。通过将X和Y除以X,Y,Z之和,从XYZ值创建用于创建色度图的x和y值。然后可以绘制的色度值取决于两个值:主波长和饱和度。由于不包含发光能量,因此在图中不能区分仅在亮度方面不同的颜色。例如,棕色,只是橙色和红色的低亮度混合物,不会像这样出现。

Abney效应也可以在色度图上进行说明。如果将一束白光添加到单色光中,则会在色度图上获得一条直线。我们可以想象沿着这条线的颜色都被认为具有相同的色调。实际上,这并非如此,并且感觉到色调转变。相应地,如果我们绘制被认为具有相同色调(并且纯度不同)的颜色,我们将获得一条曲线。

在色度图中,具有恒定感知色调的线必须是弯曲的,以便考虑Abney效应。已经针对阿贝尼效应校正的色度图因此是视觉系统的非线性[澄清所需]性质的极好例证。此外,Abney效应不会禁止色度图上的任何直线。可以混合两种单色光并且没有看到色调的变化,因此暗示对于不同色度的混合物的直线图在色度图上是合适的。

生理
视觉系统的对手过程模型由两个彩色神经通道和一个消色差神经通道组成。色通道由红绿通道和黄蓝通道组成,负责颜色和波长。消色差通道负责亮度或白黑检测。由于来自视网膜神经节细胞的轴突路径组成的这些神经通道中的活性量有所不同,因此可以感觉到色调和饱和度。这三个通道与颜色响应紧密相关。在大多数情况下,消色差神经信道比色神经信道的响应时间更快。这些通道的功能与任务有关。有些活动依赖于一个频道或另一个频道,以及两个频道。当彩色刺激与白色刺激相加时,彩色和非彩色通道都会激活。消色差通道的响应时间会稍微减慢,因为它必须适应不同的亮度;然而,尽管这种延迟响应,消色差通道响应时间的速度仍将快于彩色通道的响应速度。在这些总和刺激条件下,无色通道发出的信号幅度将比色通道强。快速响应与来自消色差通道的较高幅度信号的耦合意味着反应时间将很可能取决于刺激的亮度和饱和水平。

对色觉的习惯解释将色觉感知的差异解释为观察者生理学所固有的元素感觉。然而,没有特定的生理限制或理论能够解释对每种独特色调的反应。为此,观察者的光谱灵敏度和圆锥类型的相对数量已被证明在感知不同色调方面不起重要作用。也许环境在独特色调的感知中扮演更重要的角色,而不是跨越个体的不同生理特征。这得到色彩判断可以随着色彩环境长时间差异而变化的事实的支持,但如果色彩环境相同,尽管老化和其他个体生理因素影响,这些相同的色彩和无色判断保持不变视网膜。

比色纯度
颜色的饱和度或苍白程度与比色纯度有关。比色纯度等式为:P = L /(Lw + L)。在该等式中,L等于彩色光刺激的亮度,Lw是与彩色光混合的白光刺激的亮度。上述等式是量化与彩色光混合的白光量的一种方式。在纯光谱色的情况下,没有添加白光,L等于1,Lw等于零。这意味着比色纯度将等于1,并且对于涉及添加白光的任何情况,比色纯度或P的值将小于1。通过添加白色,黑色或灰色刺激可以改变光谱颜色刺激的纯度。然而,Abney效应通过添加白光来描述比色纯度的变化。为了确定改变纯度对感知色调的影响,重要的是纯度是实验中唯一的变量;亮度必须保持恒定。

色调歧视
术语色相歧视用于描述必须获得的波长变化,以便眼睛检测色调的变化。表达式λ+Δλ定义必须发生的所需波长调整。波长小(<2 nm)的变化会导致大多数光谱颜色呈现出不同的色调。然而,对于蓝光和红光来说,为了使人们能够识别色调的差异,必须发生更大的波长偏移。 历史 描述阿贝尼效应的原始文章是由William William Wiveleslie Abney爵士于1909年12月在伦敦皇家学会会刊A系列中发表的。他决定在发现颜色的视觉观察与主导不匹配之后进行定量研究在使用荧光模型时照相获得的颜色。 1900年代通常用于实验的颜色测量装置与部分镀银镜子结合使用,将一束光分成两束。这导致两束彼此平行的光束具有相同的强度和颜色。光束投射到白色背景上,产生1.25英寸(32毫米)正方形的光斑。白光被添加到其中一个彩色光斑块,右边的补丁。将一根杆插入两根梁的路径中,以便在有色表面之间没有空间。使用另外的杆来产生阴影,其中白光散射到不接收白光的贴片上(该贴片在左侧)。添加的白光量被确定为彩色光的亮度的一半。例如,红色光源比黄色光源增加了更多的白光。他开始使用两块红光,实际上,右侧的光斑补充了白光,这使得纯红光源的色调更加黄白。当实验光源为橙色时,也发生了相同的结果。当光源呈绿色时,加入白光会使贴片的外观变成黄绿色。随后,当白光被添加到黄绿光时,该光斑主要出现黄色。在蓝光(蓝光比例稍高)与白光的混合物中,蓝光呈现微红的色调。在紫光源的情况下,增加白光会使紫光呈现蓝色色调。 阿布尼爵士假设,由此产生的色调变化是由于添加了白光的红光和绿光引起的。他还认为,也包含白光束的蓝光是一个可忽略的因素,对表观色调的变化没有影响。阿布尼爵士能够通过实验证明他的假设,通过将他的百分比组成的实验值和红色,绿色和蓝色感觉的发光度与计算值几乎完全匹配。他检查了不同光谱颜色中发现的百分比组成和光度以及添加的白光源。 对阿贝尼效应的新认识 虽然神经色彩编码的非线性(如Abney效应的经典理解和白光对特定波长光的使用所证明的)在过去已经得到了彻底的研究,但是一种新的方法是由内华达州。不是将白光添加到单色光,而是光谱的带宽变化。带宽的这种变化直接针对三类锥体感受器,作为识别人眼感知到的任何色调偏移的手段。该研究的总体目标是确定颜色的外观是否受到眼睛光谱敏感度的过滤效应的影响。实验表明,锥形比例表示调整色调以产生与光源的中心波长相匹配的恒定色调。此外,所进行的实验基本上表明,Abney效应不适用于光纯度的所有变化,但是对于某些纯度降低手段(即白光的添加)而言非常有限。由于所进行的实验改变了光的带宽,虽然改变纯度并因此改变单色光的色调的方式类似,但结果的非线性显示与传统上看到的不同。最终,研究人员得出结论:光谱带宽的变化引起接受后机制以补偿由锥体敏感性和视网膜前吸收造成的滤波效应,并且Abney效应的发生是因为在某种意义上,眼睛已经被诱骗看见颜色这不会自然发生,因此必须接近颜色。这种补偿Abney效应的近似值是宽带谱经历的锥形激发的直接函数。 有趣的事实 1995年发布了一项声称补偿Abney效应的彩色打印机专利。 在为现代战斗机设计驾驶舱时必须考虑到阿贝尼效应。当白光射到屏幕上时,屏幕上观看的颜色变得不饱和,因此需要特别考虑抵消Abney效应。 存在大量的光谱颜色,可以通过添加各种级别的白光来使其与纯色完全匹配。 目前还不清楚Abney效应是否是在颜色感知期间偶然发生的结果现象,或者效应在眼睛编码颜色的方式中扮演着有意的功能。