书接上回，我们说道三原色的理论有生理学家的关于杆状细胞和锥状细胞的事实为基础，而四原色的理论有色盲的事实为凭证。（关于生理方面的详细解释，可以参考饶毅的博文：http://blog.sciencenet.cn/blog-2237-666153.html）

关于这两模型的结合，我们准备先跳开一下话题，来关心一下彩色电视机，然后再来解释视觉的模型。

（1）色度信号

黑白电视显示黑白图像，跟人类的暗视觉一致，只有亮度（ luminance）而无色彩。出现黑白电视以后，其电视信号是只需传输关于黑白图像的亮度信号的。

1938年，法国工程师 Georges Valensi为彩色电视编制了一套传送色彩信号的方案，使得黑白电视和彩色电视的信号可以兼容。

什么是电视信号的兼容？此处稍作说明。

虽然我们可以以三种原色为基础来制定彩色电视信号的方案，但是这将意味着彩色电视的信号传送方案和黑白电视的信号方案完全不同。我们当然得为黑白电视设黑白电视电视台，再专门为彩色电视设电视台。但是，如果两种信号方案完全不一样，则彩色电视台发出的信号，有黑白电视机的用户就是收到了，也看不成电视；反之，有彩色电视机的朋友也别想再看原来的黑白电视节目了。这就是电视信号的不兼容。

因此，我们得想一个办法，让彩色电视和黑白电视信号兼容。这样，可以让看黑白电视的朋友可以看彩色电视的节目，虽然他只能看到黑白图像；又可以让有彩色电视的朋友看黑白电视台的节目，虽然他只能委屈地看看黑白图像。

Georges Valensi的办法，是通过构成某个颜色的三种原色的成份多少的三个信号值R（红色成份）、G（绿色成分）和B（蓝色成份），算出一个量，叫做亮度（luminance），定为Y，其计算如下（下面公式中$c_{1}$到$c_{5}$都是常数，其取法以后详细介绍电视系统的时候再讲）：

       $Y=c_{1} R+c_{2}G+c_{3}B$                                                      （3-1）

这个Y值既然是亮度，就还是按原来的黑白电视信号一样发射出去，那么以前看到黑白电视的朋友依然可以依据这个信号解算出黑白的图像。

而剩下的颜色信号如何表示呢？Valensi就构造了一个量，称为色度（chrominance），它由两个分量构成，分别是

     $U=R-Y=c_{4}R-c_{2}G-c_{3}B$                                                 （3-2）

     $V=B-Y=-c_{1}R-c_{2}G+c_{5}B$                                                （3-3）

然后信号U和V采用一种特殊方式叠加到原来的黑白电视信号上。这个色度信号，黑白电视会自然将它过滤掉，不会影响其工作；而彩色电视将根据这个信号解算出色彩。

而彩色电视收到黑白电视的电视台来的信号时，依然可以工作，只是没有色度信号，只好看黑白图像。这跟人在昏暗的情况下只能看到黑白的世界的道理非常一致-色度信号消失了。

注意公式（3-2）和（3-3），关于颜色，在电视系统中，我们传送的不是三原色的成份幅度值，而是R,G和B的叠加值。据说，这样可以大大去掉信息的冗余。而这种说法，在我们马上将讲到的视觉模型中再次见到。

（2）对立过程

我并未仔细追踪文献，不敢说，对立过程（opponent process）模型的提出，是不是受了电视信号的影响。不过其生理学解释，依然是使用了“去掉信息冗余”的讲法。1957年，Dorothea Jameson和她的丈夫Hurvich ，通过一组关于“对立过程”的实验，建立了我们现在广泛接受的视觉模型，如下图：

Fig 1. 对立过程的视觉模型图示(图中的Y是指黄色（yellow），而不是前面公式中Y所表示的亮度）

（图取自http://en.wikipedia.org/wiki/Opponent_process，有版权要求）

 

图上出现了很多还未解释的名词。此处我们只是简单解释一下，以便读者理解这个模型：

可见光进入眼睛，照射到视网膜上，三种锥状细胞（这里我们不再用蓝、红、黄锥状细胞这种不准确的说法，而是称为S、M和L锥状细胞（cone cell），表示光波波长较短、中等和较长）和柱状细胞（Rod Cell）感光以后，其感受的信号，被送入神经细胞（Neurons）进行组合计算。我们可以注意到，这个组合包括了红与绿的组合（R-G），蓝与黄的组合（Y-B），而亮度A由四种感光细胞共同组合而成。这里的红与绿已经不是简简单单认为是L和M锥的简单对减，同样黄色Y（黄色是L和M共同作用的结果）和蓝色B也有较复杂的组合模式。后面的视知觉是这些组合传导进入大脑处理的结果，这些结果对应了一系列我们后面要讨论的概念。

我们可以留意到，这和彩色电视机的原理是何其相似乃尔！

这个模型已经获得了生理学的证据的支持，也解释了一系列我们前面的疑问：

（a）为什么有三种感受颜色的细胞，却只有红-绿和黄-蓝色盲：注意在两个神经通道上，分别成对出现了红-绿对，黄-蓝对。

（b）为什么三刺激值中，红色刺激值可以为负值：这是组合运算的结果的呈现，而不是三种感受颜色的细胞的感受情况的直接表述。

（c）为什么“红”感光细胞和“蓝”感光细胞不是正对红色和蓝色：因为所谓三原色的视觉理论，只是一个模型，我们是就此模型构造的理论，并将之作为实验的预设前提，而不是以细胞感光的生物学证据作为模型前提。在后面，我们也会看到，实际上“三原色”有很多不同的取法。

 

 

 

 

色系列（8），色系列（7），色系列（6）

 

色系列（5）， 色系列（4），色系列（3），色系列（2），色系列（1）

 

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