人类视觉的明度平衡、色彩平衡、空间平衡的自主研究和摄影技巧探索

百名博士谈科学     

作者:王坚,芝加哥教授学者协会会长。

审阅者:徐刚,硅谷光学显示专家,对人类视觉和计算机视觉都有深入的研究。

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在芝加哥教授学者协会,在关于人类视觉的科技讨论过程中,做了人类视觉的明度平衡、色彩平衡、空间平衡的自主研究。
人类视觉有明度平衡,在光源亮度不断变化的情况下,人看到的物体明度都是一样的,不受光源亮度变化的干扰。在一天之中,阳光有很大的亮度变化,但是人看到的物体都是一样的明亮,不受阳光强度的影响。
以德国心理学家盖尔布命名的盖尔布效应讲,人对物体明度的感知,受周边环境的影响,比如黑纸被强光照射,会显得很白,但是如果旁边有白纸,人还是会感觉黑纸是黑色的。(The Gelb effect demonstrates that the lightness of a color is affected by context, not just by the physical intensity of light.)

这说明,人类通过视觉,来发现物体的相对明度属性。在光照强度变化的情况下,亮的物体一直看上去是亮的,暗的物体一直看上去是暗的,不受光源亮度的影响.
可以根据物体的反射率对图像做整体明度处理。不同物体对光的反射率不同,造成物体之间的明度差异。人类视觉可以考察物体之间明度差异,消除了光照强度的影响,准确地判断物体的相对明度。
还可以根据知识对物体做分块明度处理。对熟悉的物体,人类视觉会用对物体的知识进行分块明度处理。比如人迎着阳光戴有沿帽时,用肉眼观察,人脸部很正常,人脸各个部分的明度和平常差不多,就用相机拍摄人像。但之后检查拍摄的照片,发现因为帽檐遮挡阳光,额头和眼部都很黑,照片没法用。

人类视觉还有色彩平衡。早上的阳光是偏红色的,白炽灯光是偏黄色的,但人感觉早晨的阳光和室内的灯光都是白光。人类视觉有色彩平衡,光源颜色的变化对人类的观察没有影响.
人类通过视觉,来发现物体的客观色彩属性。人类视觉在平衡光源的色彩之后,就可以发现物体的客观色彩属性,客观色彩属性不受光源色彩变化的影响。
人类视觉还有空间平衡,能发现物体的实际尺寸,不受距离和角度的影响。高大的人,尽管距离远,仍然看起来很高大;矮小的人,尽管距离近,仍然看起来很矮小。人倒立、侧头、摇头,看到的物体一模一样,不受视觉角度的影响。 

视觉专家麻省理工学院脑与认知科学系视觉科学教授爱德华·阿德尔森指出:“视觉系统并不是很好的物理光度计,更重要的是,视觉系统能将图像信息分解成有意义的组成部分,从而感知视野中物体的性质。” (Edward Adelson, a professor in MIT’s Department of Brain and Cognitive Sciences The Checker Shadow Illusion, as Adelson calls it, shows that our “visual system is not very good at being a physical light meter.” But more importantly, the optical illusion offers important insight into how our visual system tries to break down “image information into meaningful components, and thereby perceive the nature of the objects in view.”The MIT “Checker Shadow Illusion” Brought to Life in MIT, Science, Video – Science | August 19th, 2011

每个人都通过视觉等感觉,在感知环境的基础上,发现环境的实际性质。这样就要求人们不受光源亮度、光源色彩、距离、角度的影响,通过视觉发现物体的明度、色彩、形状等客观属性。

摄影,则是真实地反映了物体反射光线的亮度和色彩。就摄影来讲,当舞台人物被聚光灯照射脸部时,用肉眼看,可以清晰地看到舞台人物脸部,但是在照片上,脸部很白,看不清五官轮廓。在照片上,经常会出现人的脸部一块黑,一块白的情况。

光源颜色的变化,对摄影的影响很大。手上拿的荧光棒,就会让脸上出现彩色;旋转彩灯,更是让脸上青一块,紫一块。
距离对照片的影响也很大。经常出现有人用手撑住比萨斜塔的照片,人和巨塔的大小差不多。
可以用图片软件对照片做平衡处理。脸部太暗的话,可以用软件提升脸部亮度,脸部仍然很清晰。
但是如果脸部太亮的话,则很难用软件在保持清晰度的情况下,降低脸部亮度。
在工业摄影中,有时会在照片中发现产品有意外的颜色,需要用图片软件来处理。
相机需要端正,通常相机都是拿得有一些倾斜,如果有长串文字的话,就看得出照片上的景物是倾斜的,需要用图片软件来调整角度。
在舞台上,会有聚光灯照在人脸上,而背景较暗,相机会根据背景的亮度,延长曝光时间,造成照片上人脸太白,看不清五官的轮廓。在这种情况下,可以拍半身特写图片,减小背景的影响。
有时背景很亮,相机会根据背景的亮度,缩短曝光时间,造成脸部很暗,有时会造成大批与会人员用手机拍的照片全部都是脸部太暗。在这种情况下,可以从侧面拍摄,选择较暗的侧面背景,拍出的人像就很好。
总的来讲,相机反映的是物体反射光的情况。而人类视觉,则是克服亮度变化、色彩变化、距离变化、角度变化的影响,发现物体的亮度、色彩、大小,形状等客观属性。
手机摄影,有美颜功能,让人看起来更美,是求美。而人类视觉,则是求真,发现物体真实的客观属性。

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