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色彩恒常性:你看到什么颜色的裙子?

这条连衣裙这几天在各大网站上已经把国内外的网友搞疯了,有些人觉得它是白金相间的,而有些人则觉得它呈现出黑蓝两色。

为什么大家大家看到的颜色有这么大差别呢?

看见白金或蓝黑,两者没有谁对谁错可言。这个现象,是因为这件衣服在照片上所呈现出来的反射亮度,有可能是来自于两种状态。第一种:这是一件正常日 照下的蓝黑色衣服。第二种:这是一件因为背光而处于蓝黑色阴影中的白金衣。大脑在判断颜色时,选择了其中一种,所以有些人看到了蓝黑色衣服,有些人则看到 了白金衣。

简单版短答案:

看到蓝黑色的人,可能是因为你们的大脑自动无视了右上角的光源,因此看到的颜色比较接近裙子实际呈现的颜色(如下截图)。

而看到白金色的人,可能是因为大脑自动把图右上角的光源纳入了考虑。根据经验,在亮白金色光源的背光照射下,衣服会被笼罩在蓝黑色的阴影之中。如果大脑认为图中的蓝黑色是来自于阴影,就会自动反推出该衣服应该是白金色。

因为,在亮白金色光源背光照射下,白色会因为阴影而变得有点蓝,因此,如果一张图中出现蓝色,那它原始的颜色就应该是白色;同样的,在亮白金色光源的背光照射下,金色会因为阴影而变的有点暗,因此,如果一张图中出现暗黑色,那它原始的颜色就应是金色。

科宅版长答案:

这个现象,和大脑的色彩恒常性(color constancy)机制有关。这一概念,可以类比相机的白平衡机制来理解。相机的白平衡机制可以让照片的颜色看起来自然一些。

比如下图中的左图,当室内安装暖黄色灯炮时,那原本纯白色的蛋在暖黄色光线照射下,就会变成暖黄色。如果不先设置白平衡就直接拍照,那么蛋在照片中的物理光谱就会呈现暖黄色。反之,如果拍照时可以根据当时照明光线的暖黄色来调整色调,相机就会自动减去暖黄色,那么蛋在照片中的物理光谱就会恢复成纯白色。


 

那色彩恒常性跟白平衡有何关系?

色彩恒常性,可以说是大脑中的自动白平衡机制。也就是说,只要给大脑足够的环境信息,例如背景光源、周遭其他物品的相对颜色,大脑就会自动调整白平衡,让你可以感觉到物体的原本颜色。再以上述暖黄色灯光下的蛋为例,如果你拿光学仪器去量测暖黄色灯光照射下的蛋,你会发现那颗蛋量起来的确是暖黄色的;但是当你用肉眼去观察时,虽然蛋看起来可能有些泛黄,但你仍会认为它是白色。——也就是说,不管光源如何变化,你的大脑会自动把光源和其他的物体相对颜色(例如图中的鲑鱼卵)纳入考虑,因此无论是上图中左或右的光源状态,大脑都会得出蛋仍然是白的结论。这就叫作色彩恒常性。

色彩恒常性的更多图例:


 

上面左图圆圈中的五个色块由左至右看起来是“蓝黄红蓝绿”,而右图圆圈中的五个色块,看起来也是“蓝黄红蓝绿”。即使左右两图的背景光源完全不同,也不影响你对这五个色块的色彩判断,这就是色彩恒常性。

更为离谱的是,下面左图中的蓝色方块(如左下箭头处),其实独立出来时的光谱根本是灰色,而右图的黄色方块(如右下箭头处),独立出来时的光谱也是灰色,但是这两个灰块看起来却分别变成了蓝色和黄色。

 
 

由于色彩恒常性,大脑会自动调整白平衡,但是裙子照片似乎刚好介于大脑要启动自动白平衡的临界点。看到蓝黑色的人,可能是因为大脑在看此图时自动白平衡机制没有运作。 那自动白平衡机制为什么不好好运作呢?或许,这些人的大脑认出了这只是张照片,无须对照片上的“假”光源小题大作,结果就是看到的颜色比较接近裙子的原始色;而看到白金色的人,可能是因为大脑在看此图时,自动白平衡机制太过多事,大脑自动把图中右上角的光源纳入考虑,才把蓝色补回成白色,黑色补回成金色。

下面,话题回归到这条神奇的裙子上来。让我们通过一组实验,来验证我们的观点。

实验一:

下图和图二一样都是原图的截取放大,看不到光源,所以错觉消失,只看到蓝黑色。

实验二:

请盯着左下角的黑布看。黑布提供了黑色基准点,裙子看起来就黑蓝色相间了。

 

不过,如果以上两张图你仍看成白金色,或许就表明还有其他因素在影响你的色彩知觉。例如,观看此图时你的电脑或手机屏幕本身的亮度、电脑桌面其他图片的亮度、所在房间照明设备的亮度,以及心中是否刻意以某些位置作为亮度或颜色的基准点等等,这些因素都有可能造成影响。不信?那我们就来实验看看。

实验三,改变背景亮度:

下图是俄亥俄州立大学的安德鲁·莱伯(Andrew Leber)教授的测试图,B和C取自同一样本,但是B看起来像是蓝黑色,C看起来却比较像是白金色。这种色感差异,纯粹只是背景亮度不同及与相邻样本的对比差异所致。

 
 

实验四,改变背景颜色(也是安德鲁·莱伯教授的测试图):

下图中B和E仍为同一样本,但是B看起来像是蓝黑色,E看起来却比较像是白金色。原理与实验三相同。


 

实验五:改变肤色(或日照强度):

作品来自日本网友, 完全相同的三条裙子,在不同环境下颜色产生了巨大差异。

 
 

实验六:图解光照状态如何可能造成此错视

这也是日本网友的杰作,下左图是蓝黑衣在白金光下的状态,下右图是白金衣在蓝黑阴影下的状态,两件衣服右侧的反射亮度刚好完全相同。网络疯传的衣服图,刚好就是类似这两件衣服右侧的反射亮度,因此,见到此种反射亮度的衣服时,大脑不确定究竟是看到白金光下的蓝黑衣、或是阴影下的白金衣,只能被迫二选一。

为什么我们需要“色彩恒常性”呢?

从演化上来看,这是因为自然世界中的物品大多数不会变色,会改变的通常是光源,因此大脑才演化出根据光源和周遭各种物体信息来调整物体最后颜色的色彩恒常性。 如果通过这种方式来理解,那么我们就可以用另一种角度来解释这个错视。例如,《连线》(WIRED)上的这篇文章就有提到类似的观点:视觉系统其实时时刻刻都在设法排除光源对色彩知觉的影响,因此当某个物体的颜色不确定时,就会想办法“丢弃”光源。这种说法的证据如下图。我们可以透过 PS 来「模拟」大脑中的颜色矫正:当利用 PS 把蓝色移除后,就可以见到了白金色(下图左);而用 PS 把白金色拿掉,就可以见到蓝黑衣(下图右)。如果你无法想象别人口中(脑中)的白金色或蓝黑色长什么样,那就看看以下这张图过过干瘾吧! 。

 
 

作者微博:謝伯讓的腦科學世界

参考文献:

Purves D et al. (2002) Why we see what we do . American Scientist 90(3): 236-243. 
2. 俄亥俄州立大学的安德鲁·莱伯(Andrew Leber)教授的youtube解说(英文)。
 

(编辑:谢凤)

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