互补色理论

互补色理论、色盲及阶段模型

德国生理学家黑林(Ewald Herring)于19世纪50年代提出颜色的互补处理(opponent process)理论. 他不同意流行的杨－赫尔姆霍兹的三色素理论，认为人眼中有三对互补色处理机制，三对互补色是：蓝黄，红绿，黑白。每一对中两种不能同时出现，两种互补，只能有一种占上风。三对互补机制输出的信号大小比例不同，人眼色觉就不同。

黑林提出这种理论是因为受到颜色负后象现象的支持。颜色负后象现象比如，长久注视红花之后，再观看白色背景，你会看青色的花。参看图7。先注视红花上的“十”字半分钟，在看白纸，白纸上就会隐约显示出青色的花来。如果花是黄的，白纸上就会显示出蓝色花，如果花是绛色，白纸上会显示出绿色花。

图 7 红花绿叶的负后象颜色

按照黑林的意思，红绿是一对互补色，两种色光相加等于白色。而按照我们日常对“红”、“绿”的用法，红绿两种色光相加等于黄色光，而不是白色光，所以，黑林说的“红绿”是我们现在说的红青，绛绿，或一对介于两者之间的互补色。澄清这一点非常重要(后面我们谈到流行的阶段模型时还要谈到)。

用黑林的理论可以这样解释负后象现象：当人眼长久注视红色时，“红绿”(红青)机制中性点向绿色方向偏移，以至白色变成“绿色”（青色）。其实三色素理论解释负后象现象更加直观：当人眼长久注视红色时，红色敏感细胞敏感性降低，以至白色显现出青色，即(B,G,R)由(1,1,1)变成(1,1,1-Δ)；而(1,1,1-Δ)可以分解成白色(1-Δ,1-Δ,1-Δ)和青色(Δ,Δ,0)。

关于色盲的解释，黑林理论和杨-赫尔姆霍兹理论也各有所长。

表 3 色盲现象及理论解释

色盲	现象	互补色理论	三色素理论
红色盲 (protanopia)	红黄绿色调不易分辨，红色显得暗淡	总有一个不好解释	好解释
绿色盲 (deuteranopia)	红黄绿色调不易分辨，绿色显得暗淡	总有一个不好解释	好解释
蓝色盲 (tritanopia)	看不出蓝黄颜色，只有红白绿三种显然不同色觉	好解释	似乎不好解释

红色盲较常见，蓝色盲极少见。色盲和遗传有关，据说男性较多，因为色盲在女性身上未必能表现出来。

由于黑林理论有某种长处，20世纪50年代，在美国心理学家Hurvich和Jameson的推崇之下，黑林理论重新得到重视。一种结合两种理论的阶段模型因此产生。按照这种理论，颜色信号在视细胞阶段以三色素形式(即B,G,R形式)存在,而在神经节细胞――视网膜输出信号的细胞――以互补色形式存在。视觉机制首先由B,G,R三色信号得到黄色和白色信号Y和W, B-Y得到蓝黄互补色信号， R-G得到红绿互补色信号，W和适应色或背景色信号相减，得到黑白互补信号。流行阶段模型如图8所示。

图 8 流行的阶段模型－－Walraven模型【26】

这个模型有这样几个问题：

1)“红”、“绿”的使用，前后不一致，如果红加绿等于黄，那么两者就不是黑林理论中的互补色，两者相减是无意义的。

2)颜色相加是矢量相加，而不是分量相加，R+G和B+G+R不具有任何意义。由这样的加法也得不出黄色信号或白色信号。

由于上述原因，网上有些阶段模型假设B,G,R三者的线性组合(三者乘上不同的系数后相加减)产生红绿互补信号。有些模型也不再强调中间的黄色信号产生。但是这样一来，阶段模型的互补处理就变成线性组合处理了，这在理论上很不清析(参看网站http://colorforum.com上我写的网页：《阶段模型的问题及出路》)。