视觉感知与错觉

Visual perception and illusion

-----人眼新问（3）

都世民（Du Shimin）

摘要：本文讨论视觉感知、视物维度、色感、视感错觉相关问题。对视感错觉的一些问题进行分析，讨论产生错觉的原因。结合现代视觉的相关概念，进一步进行讨论。

关键词：视觉感知，视物维度，色感，视感错觉，现代视觉。

一．视觉感知

近视眼治不好，有人说是科技水平达不到，却有人说现代科技按指数增长；也有人说是这个问题太复杂；也有人说学术界认为这个问题不重要。为什么世界上所谓顶级期刊《科学》给出的130多个难题，都没有这方面问题？中国科协给出的20个难题里头也没有这方面问题，这又是为什么呢？是今天的科研人员浮躁吗？都想研究大科学问题，都想获取大量的经费。还是自然科学分科太细，不能整合研究，所以无法解决。医学界的国家层面，一致认为近视眼治不好，到底该怎么办？要不要为我们子孙后代多想一想，我们中国近视人数世界第一，该不该抛弃这个第一？世上无难事，只怕有心人！世上无难事，只要肯登攀！这是我们祖先给我们留下的名言。

2019年10月，《环球科学》发表一篇文章：“感知是一种幻觉？”这篇文章，首先讨论的是视觉感知的“虚”与“实”。中国一句古话，“眼见为实，耳听为虚”。在生物学的研究中，几乎都是眼见为实，找不到肉眼看不见的研究方法，这也是至今在小宇宙里找不到电磁波通道的原因之一。视觉的感知与什么有关系呢？与脑神经和心有关，世界各地有精神诊疗室，他们会遇到一些人向他们阐述，所见到的事物分不清是真实还是虚似。特别是今天计算机的模拟，会创造一个虚拟环境，让你感觉到虚拟的环境是真实的。如今这种方法已作为实验和训练方法。

近视是人的视觉感知的一种差异，表现在视物距离的变化和不同。产生这种差异的原因，至今没有定论。医学上判定的标准，是用字母E的缺口朝不同方向，在给定的距离和光强的情况下，捂住一只眼睛进行识别，初步判定有无近视。然后进行眼部的检查和验光，确定近视的程度。因为近视的原因不明，也就无法进行更深入的检查。

人眼的分辨率是一个眼睛决定，还是两个眼睛决定？为什么检查时只用一只眼睛？如果是两个眼睛确定分辨率就不能这样做。分辨率是决定视物距离的关键因素之一。通常人眼看不清楚或视物模糊，都是因为分辨率不高，却无法判定其机理。如果能够提高人眼的分辨率，视物的距离就可以明显增加。

有一种雷达叫单脉冲雷达，它是利用天线饋电网络，产生和差波束，利用差波束的斜率提高雷达分辨率。如果人眼的细胞网络能够找到这种饋电网络的类似结构，就可以搞清楚人眼睛的分辨率的机制。笔者这种猜想是要说明人眼的分辨率机制要搞清楚，这与近视有关联。不能局限在双凸透镜聚集点变化的单一思维中。

二．视物维度

法国加尔桥图片

上图是一座桥梁，当视距是由近到远时，桥洞的尺寸由大变小，桥洞的尺寸越大，变化越明显。实际上，上、下桥洞的尺寸都是一样的，各自无变化。我们的视觉感知为什么会有这么大的差异？是错觉吗？不是！我们在高楼的楼顶上，看地面的汽车，比我们在地面上看的汽车尺寸要小很多。我们在地面上看楼层的窗户，由下往上看，窗户尺寸由大变小，实际上窗户尺寸是一样的。这也不是错觉，因为我们都知道视觉有这个差异。我们通过三角函数的关系也可以证明这一点，视觉没有产生错觉。

然而网络上给出的下面图片，两条直线是相等的，我们看上去却不等，就认为这是视觉感

知错误。其实给出的图形本身是错误的。如果学习过平面几何和立体几何，就不会认为这是错觉。其实这个图形，因为我们看高楼的窗户尺寸变化是一样的道理。当我们把三维图形变成二维平面图片时，必须有参照物，否则就会有错误。

三．色感

《环球科学》的文章认为，从科学家牛顿开始，人们就知道色彩在客观世界是不存在，是我们大脑凭空造出来的，是有一些没有色彩的不同波长的电磁波混合而成。色彩其实是大脑中生物演化获得的一种巧妙的策略，为了能够在变化的光线之下，保持着物体表面的感知能力，人类只能够在感觉整个电磁波频谱中很窄的一段频谱，也就是说在波长较长的红外线和较消短波长的紫外线之间。我们人类的视觉世界中所有的色彩，都是来自于这一个窄的波段。该篇文章还认为，我们人类的视觉感知无法从外部客观世界进行详细的描述，并且认为大脑为了实现对外部世界的理解，而巧妙的构造出来的。如果两个人的大脑构造不同，那么他们对现实世界的感知也会存在差异。

笔者认为这一段话存在下列问题：（1）科学家牛顿认为光是粒子，不是电磁波。（2）科学家麦克斯韦认为光是电磁波，他与牛顿不在一个时代。（3）色感是怎么形成的？在生物学界这个问题没有解决。笔者认为，色感是“天人合一”的产物，他离不开客观世界的光，也就是离不开电磁波，同时也离不开人眼的感光细胞及其连接的上億细胞网络，同步产生的效应。(4)这同步效应的产生离不开脑神经。(5)相由心生，不是由大脑产生。(6)色感的产生是光与三种.锥形感光细胞相互作用的结果，经双极细胞矢量合成,，形成的色彩。(6)在昏暗的环境下，视锥细胞停止工作，交班给视杆细胞，他们不形成色彩。

近视的检查是在黑白两色的情况下，不涉及彩色。但是光线中有没有带色彩的波长？没有人研究过这个问题，也就是说近视与人的色感有没有关系？从视网膜上的感光细胞考虑，每个人的视网膜状况不可能一样，也就是说产生色彩的感光细胞，也可能有差异，那么也会影响近视。

视错觉是个体利用视觉感受器接收信息时对外界事物产生的歪曲性视知觉。在错觉现象中视错觉表现得最为丰富，也应用最广。研究最多的包括几何错觉、主观轮廓错觉、明暗错觉、色彩错觉、形状错觉、运动错觉、阴影错觉等。這是网络上有人对视错觉的一种界定和分类。对于有彩色的视错觉分析其原因，就感到问题复杂，难度很大。单纯定性分析难有结果，通过数学建模定量分析难度很大。否则很难搞明白有彩色的视错觉是怎么回事。

四．视觉感知与幻觉

《环球科学》的文章最后讨论真实世界的真实性。這是西方国家提出的新概念和新的研究方法，這种方法是利用电脑和虚拟现实技术（VR）以及AI算法，把视觉感知从体内移到体外，用电脑模拟的虚拟感知，让人去体验。这种做法的前提条件是，将感知看成两种模型，一种是经典模式，把来自感官的信息看成自下而上的传入大脑，将大脑产生的是自上而下的预测信息，这种信息对感官信息进行调整。另一种是预测感知模式，将大脑看成是预测的机器，将大脑先前的经验数据，看成是自上而下的预测性感知，而来自于感官的信息只能作为参考，帮助大脑信息进行调整。这种预测性感知模式是受限制的幻觉。

很明显这种研究方法，必须有先验的大脑数据、计算机的模拟、人工智能的算法，如果人的视觉感知没有先验的大脑数据，这个系统又怎么运行呢？会得出什么结果？这种方法令人生疑，没有任何物理概念的产生，对于未见过的事物，人的感官信息数据从哪里来？大脑的先验知识又是从哪里来？这是自然科学领域研究方法的一种共性，凡是利用计算机进行研究，都可以得到数据。审稿人也无法判定对与错，科学论文可以写出来，也可以发表，就是没有用。

这篇文章所说的方法，引入的“幻觉机器”，可以产生各种奇思怪想，让体验者不可能感觉到是真实的，那么为什么要这样做？研制者也知道这样做是有问题的。于是研究人员，先拍好一些视频，将真实的视频场面与虚拟的场面混合，在这种情况下，体验者就不一定能分辨真实与虚拟场景，即使体验者不能分辨真实与虚拟场景，就能够说明人的意识感知可以用计算机模拟吗？很明显，研究人员将大脑看得太简单了。我们每个人对所看到的事物的反应，是不同的，有的可以很明确的回答，有的需要深思熟虑判断，这种差别用计算机能模拟吗？如果研究者说能模拟，那么人类的创新就没有了，不存在了。我们对同一个问题的研究，不同的科研团队会有不同的结果，用计算机模拟人的思维很难成功，因为计算机是机器，它没有创新。到今天，人工智能也没有人的智能，它也不可能创新出新的事物。尽管有的专家想让人工智能创造出与人一样的视觉，从现在来看是不可能的，其原因就是，科学并没有搞清楚人的视觉，包括人的视觉系统的结构，以及他的运行机理，你又怎么可能实现人的视觉呢？人的眼睛可以辨别万种颜色，人的眼睛可以远视物体，也可以近视物体。我们的祖先很早以前就对“大”与“小”做了很多研究，美国专家伽莫夫科普著作认为大的数字是古希腊先发明的，其实我们中国人早就发明了，在经书上和诗歌中都有运用。对小的数字也有很多研究，分了很多层次，这在伽莫夫的书上并没有讨论。

总之人的视觉感知是复杂的，不同的人有不同的感觉，做出不同的结论，想用计算机模拟出各种情况是不现实的，因为人有创造性，人有思维的联想性，人的记忆能力也不同，人对事物的透视能力也不相同，这是需要更深入的研究。复旦大学寿天德教授对视觉感知也有研究，他的方法与这篇文章是不一样的。有电子学知识框架的人，研究人的问题一定要以生物学研究为基础，脱离生物学的方法不可取。