你眼中的红色其实是青色?我们的眼睛是如何被骗的?
Hey,小伙伴们!你需要重新置顶“把科学带回家”哦,请点击右上角,将我们「设为星标」,不错过每一条热乎的新鲜趣。撰稿:焦述铭(鹏城实验室)审稿专家:曹良才(清华大学)
首先,大家来一起看张图,图里面是不是有一罐平时常见的红色可口可乐?有人会说,我相信我的眼睛,千真万确,肯定有。
不过先别急,把这张图在手机或者电脑屏幕上放大之后,再回头来仔细看一下,是不是感觉到有些不对头?里面似乎只有一些黑乎乎、白花花和青幽幽的线条,唯独没有正了八经的红色,可是把图片一缩小回原形,红色可乐罐又出现了。这种亦真亦幻的诡异现象该如何解释?难道真的因为心中有善,见的都是光明,心中有恶,见的都是黑暗,心中有可口可乐,见的就都是红色易拉罐?
一张照片展现出无中生有的颜色其实也并不是什么稀罕事,这与照片本身表示颜色信息的方式有关。无论是相机,显示屏,还是打印机,投影仪,各种数码图像设备在表示一张图片的时候,都是以像素阵列的形式。说白了,就是整张图是由很多个小方格作为基本单元组成的,每个小方格称为一个像素,具有自己的颜色。
我们平时常说黑白照片和彩色照片,黑白电影和彩色电影,其实“黑白”指的应该是“灰度”,里面虽然没有彩色,但是具有从全黑色、深灰色,中灰色,浅灰色一直到全白色的连续过渡,也可以带来相当程度的图像效果和表现力。但有些时候,受技术限制,真正的灰度也是做不到的,比如简易的打印机或者显示屏只能在每个像素显示全黑色和全白色,相当于只有纯黑色和纯白色两只画笔,可以称得上是真正的“黑白“二值化显示。
在彩色显示中,红绿蓝是三原色,红光和绿光混合可以产生黄色光,绿光和蓝光混合可以产生青色光,红光和蓝光混合可以产生紫色光,三原色都混合到一起获得的结果则是白色光。理想情况下,一个像素可以同时产生红绿蓝三原色的光,并且三个通道的强度都是可以自由调节的,可以方便地混合出各种彩色。可理想是美好的,现实是骨感的,如果一个像素只能单独显示红色或者单独显示蓝色,要想搭配出紫色咋办呢?
我们可以通过有限数量颜色像素位置的空间分布获得“无中生有”的新颜色,而时间维度则是另一种方式。举个简单的例子,很多人小时候一定玩过这样的游戏,用硬纸板制作一个小圆盘,小圆盘上交替涂上红色和黄色,然后把小圆盘中间穿上一根小支柱,让小圆盘像陀螺一样快速旋转,你会看到什么?没错,小圆盘既不是红色,也不会黄色,而是红黄两色快速“轮班”在你的眼前闪过,被“调成”了中间的橙色。
其实以上提到的这些图像处理把戏还有个专门的名称:抖动。
这要从几十年前第二次世界大战时候说起,当时电子计算机还没有发明,美国军方的轰炸机在计算飞行方向和投弹曲线时也只能使用机械计算机,一台大箱子里面包含了大量的齿轮和杠杆零件,别看计算精度不咋地,还挺娇气,怕碰怕摔,在轰炸机驾驶舱里忽上忽下地可不像家里坐在沙发上那么舒服,人们最担心剧烈的晃动会把零件震落下来几个,让机械计算机玩不转了,飞机迷失航向,炸弹误扔到自己的阵地上就要出大麻烦了。
在对于颜色的感知上,人类视觉还有其他很多不可思议的奇妙现象,比如下面这张图,你第一眼印象觉着它是彩色照片吗?
真相是这张图里大部分像素都是灰度的,无法区分颜色,只有覆盖在灰度照片上的网格线中的像素是彩色的,当然这些像素颜色不是随意设置的,而是相比于照片中对应像素原本正确的颜色进行了过饱和处理,可以简单理解为网格上的像素颜色比正常情况更鲜艳很多,饱和度很高,相比较之下,背景的灰度像素完全没有彩色,饱和度为0,两种“极端”的像素在人眼的融合之下,使得整张照片看起来具有正常的彩色。
最后让我们回到文章开头的红色可口可乐罐,这又是人眼对于颜色的另外一种误判,下面的草莓图片也有类似效果。
要产生这样的图像效果,具体做法是:将原本正常颜色的照片分解为有很多微小的点或者细密的线条组成,以线条为例,分为相互交错的两组,其中一组中把线条像素的红色成分设成0,于是这些线中原本有红色的部分看起来偏黑色或者原本没有红色的部分看起来偏青色,另一组中保持红色成分不变,但把绿色和蓝色成分的强度值设为最大,这些线会看起来偏白色。
两种交错的线条中都相当于调高了绿色和蓝色的强度,降低了红色的强度,等效于通过一张把红光去除掉的滤光片观看原始照片,整张图片像是蒙上了一层偏青色的面纱。
以上的种种“骗局”足以证明人类视觉在某些时候辨别颜色的能力简直弱爆了,不过一个更加离谱的例子还在下面,我们本能地会觉着上下两个物体的颜色明显不一样,一个深灰色,一个白色。但是你只要用一根手指挡住两者之间的交界区域,会发现两个物体的颜色竟然是一模一样的!这个结果一定会让你抓狂。
读完了本文之后,你还相信自己的双眼吗?它们确实会经常犯各种莫名其妙的错误,每次的错误“犯了就改,改了再犯”,不过也正是这种善意的欺骗,促使你“脑补”出真实物体不存在的颜色,让你感知到的世界更加绚丽多彩。