实验心理学视觉实验课件.ppt

1、实验心理学视觉实验实验心理学视觉实验1.1 视觉的适宜刺激视觉的适宜刺激l可见光谱可见光谱p光与视觉：能引起视觉刺激的电磁波，就是光。可见光的波长大约为380 760纳米。只占整个电磁波范围的1/70。2光的种类光的种类l根据来源根据来源p自然光，如日光及日光的反射光；p人造光，灯光，烛光等由人造光源产生的光。l根据成分：根据成分：p单色光，由单一波长组成的光；p复合光，由两种以上波长组成的光波组成的光。3单色光的获得途径单色光的获得途径l三棱镜分解（分离，选其一）；三棱镜分解（分离，选其一）；l滤光片过滤（玻璃片或塑料片，吸收一部分，透过一部分）；滤光片过滤（玻璃片或塑料片，吸收一部分，透过

2、一部分）；l单色仪；应用有色表面的反射。单色仪；应用有色表面的反射。4单色光的度量：单色光的度量：SIE单位制（国际单位单位制（国际单位制）制）l1光通量（光通量（）：光源在单位时间内向各个方向发出的光）：光源在单位时间内向各个方向发出的光能量。能量。p单位：流明（lm），光强度为1烛光的点光源在单位立体角度发射的光通量。l2光强度（光强度（I）：光源在给定的方向上，在单位立体角中发）：光源在给定的方向上，在单位立体角中发射的光通量。射的光通量。p单位：坎德拉（cd），指燃烧某种特定规格的蜡烛（黑体）后产生的光强度。p1坎德拉表示在单位立体角内辐射出1流明的光通亮。5单色光的度量：单色光的度量

3、：SIE单位制（国际单位单位制（国际单位制）制）l3光照度（光照度（E）：光源照射到单位面积上的光通量。）：光源照射到单位面积上的光通量。p计算公式为：E=/A （为光通量，A是表面积）。p单位：勒克司（lx），表示1流明的光通量均匀分布在1米2 表面上所产生的光照。l4光亮度（光亮度（L）：指一个发光表面的明亮程度，也即从一）：指一个发光表面的明亮程度，也即从一个表面反射出来的光亮。亮度与照度的关系为：个表面反射出来的光亮。亮度与照度的关系为：L=E（L为亮度，为亮度，为反射系数，为反射系数，E为照度）为照度）p单位：尼特，是指光强度为1坎德拉的光均匀分布在 1米2表面上产生的明亮程度。p反

4、射系数（）：指某表面反射的流明数与入射到该表面的流明数之比。公式为：=某表面的反射的流明数/入射到某表面的流明数6l光强度（光强度（I）：光源在给定的方向上，）：光源在给定的方向上，在单位立体角中发射的光通量在单位立体角中发射的光通量l光照度（光照度（E）：光源照射到单位面积上）：光源照射到单位面积上的光通量的光通量l光亮度（光亮度（L）：指一个发光表面的明亮）：指一个发光表面的明亮程度，也即从一个表面反射出来的光程度，也即从一个表面反射出来的光亮亮l光通量（光通量（）：光源在单位时间内向）：光源在单位时间内向各个方向发出的光能量各个方向发出的光能量oC：光源的烛光数：光源的烛光数oL：亮度：

5、亮度oR：反射系数：反射系数oE：照度：照度oD：光源到屏幕的：光源到屏幕的距离距离研究举例研究举例电子显示器设计中屏幕背景亮度与对比度对视觉作业绩效的影响电子显示器设计中屏幕背景亮度与对比度对视觉作业绩效的影响l三种背景光强：三种背景光强：20cd/m2,30cd/m2,40cd/m2；l七种对比度：七种对比度：3:1,5:1,7:1,9:1,11:1,13:1,15:1。l要求被试在规定时间内搜寻要求被试在规定时间内搜寻由由26个字母随机组合的字符个字母随机组合的字符中的特定字母中的特定字母l并要求被试在实验后对各种并要求被试在实验后对各种变量条件的字符显示质量作变量条件的字符显示质量作出

6、主观评价。出主观评价。l结果：背景亮度不同，最佳结果：背景亮度不同，最佳对比度也不同；低端对比度对比度也不同；低端对比度作业绩效随背景亮度增大而作业绩效随背景亮度增大而提高；高端对比度绩效随屏提高；高端对比度绩效随屏幕背景亮度增大而降低。幕背景亮度增大而降低。8测量工具测量工具光度计光度计l测量发光强度、光通量、照度、与亮度的仪器通称为光度测量发光强度、光通量、照度、与亮度的仪器通称为光度计。计。l基本装置：一切光度计都利用人的视觉或光电管来比较一基本装置：一切光度计都利用人的视觉或光电管来比较一个已知的个已知的“标准光源标准光源”和和“未知的待测光源未知的待测光源”。图中。图中S1为为标准光

7、源标准光源,其发光强度为其发光强度为I1，待测光源为，待测光源为S2，其发光强度为，其发光强度为I2，在，在S1和和S2之间有一视屏，之间有一视屏，r1和和r2分别为标准光源和未知分别为标准光源和未知光源距视屏的距离。光源距视屏的距离。9测定方法测定方法p变化标准光源的距离（变化标准光源的距离（r1），使之与未知光源做视觉匹配，在眼睛觉），使之与未知光源做视觉匹配，在眼睛觉得视野两侧的亮度看来相等时即停止移动。根据照度第一定律：照度得视野两侧的亮度看来相等时即停止移动。根据照度第一定律：照度是同光源的发光强度成正比，同被照射面到光源的距离的平方成反比。是同光源的发光强度成正比，同被照射面到光源

8、的距离的平方成反比。E1=I1/r12，E2=I2/r22；根据视觉匹配：；根据视觉匹配：E1=E2 即：即：I1/r12=I2/r22 p若标准光的强度不变，标准光与视屏的距离固定不变，若标准光的强度不变，标准光与视屏的距离固定不变，I1/r12=K（常（常数），则数），则 I2=K r22 ，这样就可计算出待测光源的强度。这样就可计算出待测光源的强度。101.2 视觉系统视觉系统l眼睛的结构眼睛的结构p角膜、房水、虹膜、晶状体、玻璃体、视网膜；视网膜上视椎细胞与视杆细胞有不同特点和功能。视杆细胞对光的敏感性比视锥细胞强约500倍；但视锥细胞有分辨颜色的特性，而视杆细胞没有。l视神经通路与大

9、脑视神经通路与大脑p三处重要的信息加工站：上丘、外侧膝状体体和视皮层。1112思考：导致失明的原因有哪些？思考：导致失明的原因有哪些？视觉恢复技术视觉恢复技术l用微型芯片代替失效的视杆和视锥细胞的功能，通过电刺激用微型芯片代替失效的视杆和视锥细胞的功能，通过电刺激模式实现视觉信息的传输。模式实现视觉信息的传输。Liu Weitai(2001)研制出一种多研制出一种多单元人造视网膜芯片集单元人造视网膜芯片集(MARC)。还可以用微型摄像机从环。还可以用微型摄像机从环境中捕捉图像信息。试验结果表明，病人采用该系统后可辨境中捕捉图像信息。试验结果表明，病人采用该系统后可辨别一些简单的图像和形状。别一

10、些简单的图像和形状。131.3 几种重要的视觉实验研究几种重要的视觉实验研究l颜色混合颜色混合l暗适应暗适应l视敏度视敏度l视觉后像视觉后像141.3.1 颜色混合颜色混合l实际用途：印染、印刷业、纺织业实际用途：印染、印刷业、纺织业色度的选择；交通运输色度的选择；交通运输业业各种信号灯；钢铁冶炼的程度与特定的颜色相对应；电各种信号灯；钢铁冶炼的程度与特定的颜色相对应；电影、彩电的颜色配制。影、彩电的颜色配制。15颜色特性颜色特性l三种特性共同决定颜色感觉三种特性共同决定颜色感觉p明度：指明亮程度（brightness），与光强度和反射系数成正比关系。p色调：由物体表面反射的光线中什么波长占优

11、势所决定。p饱和度：指同一种色调的两种颜色，哪种含颜色较多或较少，它决定于物体所发射出来的光线中规定其色调的波长占多少优势。16光源的喜爱指数光源的喜爱指数l什么样的色光照什么样的物体时可以获得最佳视觉心理效果。什么样的色光照什么样的物体时可以获得最佳视觉心理效果。p如，生活、学校、办公照明，柔白荧光灯，视觉效果最好p城市色调17颜色混合的方法颜色混合的方法l色光混合（加法原则）色光混合（加法原则）l颜料混合（减法原则）颜料混合（减法原则）18色光混合色光混合l波长决定色调，波长决定色调，但每一种色调并不只和一定的波但每一种色调并不只和一定的波长有联系。长有联系。p520nm产生绿色，510和

12、530nm光线的混合也可得到绿色。而且绿色还可以从其他大量的混合光线中得到。19色光混合色光混合l色光混合的三原色：红、绿、蓝色光混合的三原色：红、绿、蓝p红色+绿色=黄色p红色+蓝色=紫色p蓝色+绿色=青色p红色+蓝色+绿色=白色l补色：两光相混成白色的光，为互补色。补色：两光相混成白色的光，为互补色。p无所谓是否基色。l色光混合的特点色光混合的特点p相混合的各色光的能量值的相加等于被混合色光能量的值，由于被混合的色光的能量增加，因而其明度是增加的。202122色光混合色光混合色光混合定律色光混合定律l补色律：每一种颜色都有另一种同它相混合而产生白色或灰色的颜色。补色律：每一种颜色都有另一种

13、同它相混合而产生白色或灰色的颜色。这两种颜色就称为互补色。这两种颜色就称为互补色。若若 A+B=白或灰白或灰 则则 A、B互补。互补。p两种颜色成为互补色的条件是：两者波长的差别都要足够大。l中间色律：混合两种非互补色时便产生一种新的混合色或介乎两者之中间色律：混合两种非互补色时便产生一种新的混合色或介乎两者之间的中间色。间的中间色。p如，红和绿按不同的比例可以产生橙色、黄色、黄绿色等介呼两者之间的中间色。根据此原理，可得到任意色。l代替率：混合色的颜色不随被混合的颜色的光谱成分而转移，不同颜代替率：混合色的颜色不随被混合的颜色的光谱成分而转移，不同颜色混合后产生的相同的颜色感觉，可以彼此互相

14、代替。色混合后产生的相同的颜色感觉，可以彼此互相代替。p可表示为：若 颜色A=颜色B 颜色C=颜色D，则 A+C=B+Dp还可表示为：若 A+B=C 且 x+y=B，则 A+（x+y）=Cl现代色度学原理：可以充分利用各种颜色混合，进行代数式的相加和现代色度学原理：可以充分利用各种颜色混合，进行代数式的相加和相减得出所需要的各种颜色。相减得出所需要的各种颜色。23颜料混合颜料混合l颜料、油漆等按不同的颜色混合得出的颜色与色光混合效果不同。颜料、油漆等按不同的颜色混合得出的颜色与色光混合效果不同。p混合黄和蓝色的颜料得到的是绿色而不是白色。但是，如果把黄光和蓝光按一定比例一同投射到屏幕上，则可以

15、得到白色，如果按其他比例可以得出黄色和蓝色，但永远不会出现绿色。l实质：颜料吸收了一定波长的光线以后所余的光线的组合。实质：颜料吸收了一定波长的光线以后所余的光线的组合。p如：黄色是颜料吸收了蓝光后，红光和绿光混合的结果。l颜料混合的三原色：青、紫、黄颜料混合的三原色：青、紫、黄p黄色=白色-蓝色p紫色=白色-绿色p青色=白色-红色p黄色+紫色=白色-蓝色-绿色=红色p黄色+青色=白色-蓝色-红色=绿色p紫色+青色=白色-绿色-红色=蓝色l特点：混合后得到的颜色明度减小。特点：混合后得到的颜色明度减小。24颜色方程颜色方程l人眼可辩人眼可辩 10万种不同的色调，亮度，饱和万种不同的色调，亮度，

16、饱和度的颜色物体。度的颜色物体。p语言 极困难 定量化 数字l按三色混合律，用适当的分量混合三个基按三色混合律，用适当的分量混合三个基色可形成任何颜色。因此，任何一种颜色色可形成任何颜色。因此，任何一种颜色的特性都可以用三基色的分量（也叫三刺的特性都可以用三基色的分量（也叫三刺激值）作出鉴定。若三基色的分量一适当激值）作出鉴定。若三基色的分量一适当的光度单位表示，就可以把这种匹配关系的光度单位表示，就可以把这种匹配关系写成一个方程式。即颜色方程式：写成一个方程式。即颜色方程式：KC=XR+YG+ZBpX、Y、Z分别为三基色的分量。K为混合三色所产生的颜色分量。C是CIE标准光源。相当于中午阳光

17、的光色。“=”是匹配的意思，即视觉上颜色相同。p只要测得X、Y、Z值的比例x、y、z（x+y+z=1），就可以进一步用色度坐标的色度图中明确定出它的颜色特性。25颜色的心理效应颜色的心理效应l色调的心理效应：色调的心理效应：p色调冷暖感：红、橙、黄；绿、蓝、紫色调冷暖感：红、橙、黄；绿、蓝、紫p色调的情感：色调的情感：feeling blue;in the pink;rosy disposition;green with envyp色调的环境心理效应：色调的环境心理效应：餐馆、家具餐馆、家具黄、红暖色调；黄、红暖色调；广告背景色与字体色的视观效果优劣等级：广告背景色与字体色的视观效果优劣等级：

18、黄黑；白绿；白红；白青；青白；白黑；黄黑；白绿；白红；白青；青白；白黑；黑黄；红白；绿白；黑白；黄红；红绿；绿黑黄；红白；绿白；黑白；黄红；红绿；绿红红26l明度的心理效应：明度的心理效应：p在各颜色中，黄色的明度最大，其互在各颜色中，黄色的明度最大，其互补色紫蓝色明度最暗；中间为绿、红、补色紫蓝色明度最暗；中间为绿、红、紫。紫。p用黑白两色强调的中等明度，可以产用黑白两色强调的中等明度，可以产生富于男子气的特质。生富于男子气的特质。27色彩的心理效应色彩的心理效应 l在红色的环境中，人的脉搏会加快，血压有所升高，在红色的环境中，人的脉搏会加快，血压有所升高，情绪兴奋冲动。而在蓝色环境中，脉搏

19、会减缓，情绪情绪兴奋冲动。而在蓝色环境中，脉搏会减缓，情绪也较沉静。也较沉静。l冷色与暖色除去给我们以温度上的不同感觉外，还会冷色与暖色除去给我们以温度上的不同感觉外，还会带来其它一些感受。比方说，暖色偏重，冷色偏轻；带来其它一些感受。比方说，暖色偏重，冷色偏轻；暖色有密度强的感觉，冷色有稀薄的感觉；冷色有退暖色有密度强的感觉，冷色有稀薄的感觉；冷色有退却的感觉，暖色有逼近感。却的感觉，暖色有逼近感。l颜色引起的物质性的心理错觉，是艺术家或设计家最颜色引起的物质性的心理错觉，是艺术家或设计家最可利用的手段之一。有一个生动的例子：可利用的手段之一。有一个生动的例子：1940年，纽年，纽约的码头工

20、人因搬运的弹药箱太重而举行罢工，一位约的码头工人因搬运的弹药箱太重而举行罢工，一位颜色专家出了个主意，把弹药箱的颜色改漆为浅绿色，颜色专家出了个主意，把弹药箱的颜色改漆为浅绿色，弹药箱的重量并未改变，但颜色使工人觉得它变轻了，弹药箱的重量并未改变，但颜色使工人觉得它变轻了，罢工终于停止了！颜色提高了劳动效率。罢工终于停止了！颜色提高了劳动效率。28色彩爱好的民族差异色彩爱好的民族差异1.3.2 暗适应暗适应l在低亮度环境中，视觉感受性缓慢提高的过程。在低亮度环境中，视觉感受性缓慢提高的过程。l实验研究的意义实验研究的意义p理论意义理论意义 可以揭示一些分析器适应过程，特别是引起感受性提高的适应

21、可以揭示一些分析器适应过程，特别是引起感受性提高的适应过程的实质和规律；过程的实质和规律；生物学意义，使视网膜的适应功能可以保证极宽的光强范围内生物学意义，使视网膜的适应功能可以保证极宽的光强范围内（1010倍）。倍）。p实际应用实际应用 劳动心理劳动心理工作场地照明问题；工作场地照明问题；交通心理学中，驾驶员的适应速度问题；交通心理学中，驾驶员的适应速度问题；人员选拔人员选拔飞行员。飞行员。30暗适应的影响因素暗适应的影响因素l适应前的照明。原照明越强，适应时间越长。适应前的照明。原照明越强，适应时间越长。l维生素维生素A缺乏。缺乏。l缺氧。缺氧。l年龄因素。年龄因素。30岁以后感受性下降。

22、岁以后感受性下降。l红色护目镜的作用。红色护目镜的作用。Miles（1944），保护两种适），保护两种适应。暗室用红灯照明应。暗室用红灯照明l营养缺乏。长期禁食后光感受性只有正常时的营养缺乏。长期禁食后光感受性只有正常时的1/10到到1/15l同一感受器内部的相互作用。同一感受器内部的相互作用。p用白光刺激一只眼睛可使另一只眼睛敏感性提高；用红光刺激一眼，可使另一眼敏感性降低。31暗适应的测量方法暗适应的测量方法l步骤：步骤：p面对光亮的照明23分钟，（降低感受性，提供参考点）p关灯，黑暗,适应过程开始p用标准的心理物理法，按一定的时间间隔不停地测量眼睛的绝对阈限。时间间隔由小到大，开始以秒计

23、，然后以分计，大约到30分钟为止。l测量结果以时间为横坐标，阈限刺激值（使眼睛看到测量结果以时间为横坐标，阈限刺激值（使眼睛看到光亮所需的最小强度）为纵坐标作图，可得到光亮所需的最小强度）为纵坐标作图，可得到“一条一条”暗适应曲线。暗适应曲线。32暗适应曲线暗适应曲线l但实际上，标准的暗适应但实际上，标准的暗适应的曲线为两条，为什么呢？的曲线为两条，为什么呢？p标准的暗适应曲线是通过两种光刺激刺激视网膜的不同区域得到的。33暗适应的测量过程暗适应的测量过程l分两次分别测，暗适应曲线的前半段其实是两条线重合起来的，分两次分别测，暗适应曲线的前半段其实是两条线重合起来的，彼此相互独立。彼此相互独立

24、。l测锥体暗适应的时候，以红光为刺激，被试通过注视该刺激而测锥体暗适应的时候，以红光为刺激，被试通过注视该刺激而使其落在中央窝上。使其落在中央窝上。l在做杆体暗适应时，要求被试把注意焦点集中在一个固定的小在做杆体暗适应时，要求被试把注意焦点集中在一个固定的小红点上，同时用眼睛余光看距中心红点上，同时用眼睛余光看距中心5厘米处的窗口。窗口呈现厘米处的窗口。窗口呈现可调节的白光，如果被试觉察到有光，则其值就是视杆细胞适可调节的白光，如果被试觉察到有光，则其值就是视杆细胞适应后的阈限值。应后的阈限值。341.3.3 视敏度空间视敏度视敏度空间视敏度l定义：是指分辨物体细节和轮廓的能力，常以能看出来的

25、两个定义：是指分辨物体细节和轮廓的能力，常以能看出来的两个物体的最小间距表示。物体的最小间距表示。l用用V表示空间视敏度，用表示空间视敏度，用 表示视角，则表示视角，则 V=1/。视角指对象视角指对象与眼睛所形成的角。视角一方面用来衡量视敏度，另一方面作与眼睛所形成的角。视角一方面用来衡量视敏度，另一方面作为物体成像大小的指标。为物体成像大小的指标。35视角的求法视角的求法l当视角较大时，用：当视角较大时，用：tg/2=L/2D,求反正切函数。（求反正切函数。（L为物体的为物体的高度，高度，D为物体到眼睛的距离。）为物体到眼睛的距离。）l当视角较小的时候，用：当视角较小的时候，用：=L/D57

26、.30（L为物体的高度，为物体的高度，D为物体到眼睛的距离。）为物体到眼睛的距离。）36视敏度的测定方法视敏度的测定方法l觉察：采用一条线或一个点，只需让被试判断在一个视野里刺激是否觉察：采用一条线或一个点，只需让被试判断在一个视野里刺激是否存在。存在。l再认：以再认：以5米为标准的观视距离，要求被试判断米为标准的观视距离，要求被试判断C或或E的缺口方向。缺的缺口方向。缺口大小为整体大小的口大小为整体大小的1/5。在。在5米处如能指出米处如能指出1.5mm缺口的方向，此时缺口的方向，此时视角为视角为1分，网膜像约分，网膜像约0.004mm，相当于，相当于1.0。视敏度为。视敏度为0.05者被界

27、定者被界定为为“法定盲人法定盲人”l解象：采用等宽黑白条纹图案进行测试，以可分辨的最佳栅条为视敏解象：采用等宽黑白条纹图案进行测试，以可分辨的最佳栅条为视敏度指标度指标l定位：用游标测定视敏度，让被试辨别某一根线相对于另一根线的位定位：用游标测定视敏度，让被试辨别某一根线相对于另一根线的位移。移。37影响因素影响因素l除了物体的大小与距离，影响视敏度的因素主要有除了物体的大小与距离，影响视敏度的因素主要有p亮度，亮度与视敏度成对数关系；p物体与背景之间的对比度，对比度越大，视敏度越高；p视网膜的位置，中央凹处视敏度最大；p视觉适应，明适应时的视敏度高于暗适应时的视敏度；p闪光盲会降低视敏度，突

28、然的强光刺激会暂时降低视敏度的现象叫做闪光盲（flash blindness）；p练习可以大大提高对目标物的视敏度。381.3.3 视敏度时间视敏度视敏度时间视敏度l定义：分辨光亮闪烁与否的能力，常以闪光临界融合频率表示。定义：分辨光亮闪烁与否的能力，常以闪光临界融合频率表示。l闪光临界融合频率（闪光临界融合频率（CFF）：是指闪烁刚刚达到融合时的光刺：是指闪烁刚刚达到融合时的光刺激间歇的频率。激间歇的频率。p一般闪烁频率达到3055HZ,人眼不再有闪烁感觉。这种现象与视觉刺激的后作用有关。lCFF可作为视觉疲劳指标，也是电影、电视放映中的一个重要可作为视觉疲劳指标，也是电影、电视放映中的一个重要参数。参数。39