分享本文至 E-mail 信箱

學術引用格式

MLA (點一下全選)

APA (點一下全選)

EndNote(.enw)

色彩恆常性:你看到什麼顏色的洋裝?

文/謝伯讓(謝伯讓的腦科學世界

你看到什麼顏色的衣服呢?

有些人看到白金相間的衣服,有些人看到藍黑相間的衣服, 下午在我的臉書專頁上做了小小的台灣網友投票統計,發現以下結果(大家可以繼續去 <這一篇> 下面留言投票,我會繼續再做統計更新)

N=162(2/28/  9:20am 前)

白金人(看到白色和金色):57

藍黑人(看到藍色和黑色):65

白金一秒瞬間發黑轉藍回不去人:12

自由人(自由轉換人):6

混血人(看到混合或其他顏色):22

反觀外國網友,Buzzfeed 上的投票所統計已達將近兩百萬人,目前(2/27/2015 晚間 6:37 以前的人數)的投票現是 72% 比 28%,有約 130 萬人看到金色和白色,53 萬人看到藍色與黑色。

問題:為什麼有些人是白金人、有些人是藍黑人呢?

看見白金或藍黑,兩者沒有誰對誰錯可言這個現象,是因為這件衣服在照片上所呈現出來的反射亮度,有可能是來自於兩種狀態第一種:這是一件正常日照下的藍黑色衣服。第二種:這是一件因為背光而處於藍黑色陰影中的白金衣大腦在判斷顏色時,選擇了其中一種,所以有些人看到了藍黑色衣服,有些人則看到了白金衣

簡單版短答案:

看到藍黑色的人,是因為大腦自動無視右上角的光源,他們不認為這件衣服處於背光所形成的藍黑色陰影之中,因此,藍黑色應該是來自於衣服本身的顏色,所以,他們看到的顏色比較接近該圖的原始色像素(如以下的裙子擷圖)。

看到白金色的人,可能是因為大腦自動把圖右上角的光源納入考量。根據經驗,在亮白金色光源的背光照射下,衣服會被籠罩在藍黑色的陰影之中。如果大腦認為圖中的藍黑色是來自於陰影,就會自動反推出該衣服應該是白金色。

因為,在亮白金色光源背光照射下,白色會因為陰影而變得有點藍,因此,如果一張圖中出現藍色,那它原始的顏色就應該是白色;同樣的,在亮白金色光源的背光照射下,金色會因為陰影而變的有點暗,因此,如果一張圖中出現暗黑色,那它原始的顏色就應是金色。

科宅版長答案:

這個現象,和大腦的「色彩恆常性」和機制有關。

所謂的「色彩恆常性」(color constancy),就是大腦中「自動白平衡」機制的結果。有在玩相機的朋友都知道,相機有個「白平衡」的機制。這個機制,可以讓照片的顏色看起來自然一些。

比如下圖中的左圖,如果室內裝了黃暖燈炮,那原本純白色的蛋在順光照射下,就會因為黃暖色的照明而變成黃暖色,如果不先白平衡就直接照下去,那麼蛋在照片中的物理光譜就會變成黃暖色。反之,如果照相時可以根據當時照明的「黃暖照明」來調整色調,相機就會自動減去「黃暖色」,那麼蛋在照片中的物理光譜就會回復成純白色。

那「色彩恆常性」跟白平衡有何關係?「色彩恆常性」,可以說是大腦中的「自動白平衡」機制的結果。也就是說,只要給大腦足夠的環境資訊,例如背景光源、其他周遭物品的相對顏色,大腦就會自動作出白平衡,讓你可以感受到物體的原本顏色。

再以上述黃暖燈照下的蛋為例,如果你拿光學儀器去量測黃暖燈炮照射下的蛋,你會發現那顆蛋量起來的確是黃暖色,但是,當你用肉眼去觀察時,雖然看起來可能有些泛黃,但你仍會認為它是白色。也就是說,不管光源如何變化,你的大腦會自動把光源和其他的物體相對顏色(例如圖中的鮭魚卵)納入考量,因此無論是上圖左或右圖上的光源狀態,大腦都會得出蛋仍然是白的結論。這就叫作「色彩恆常性」。

色彩恆常性的更多圖例:

上圖中的左圖圈起處,五個色塊由左至右看起來是「藍黃紅藍綠」,上圖中右圖圈起處的五個色塊,看起來也是「藍黃紅藍綠」。即使左右兩圖的背景光源完全不同,也不影響你對這五個色塊的色彩判斷。這就是「色彩恆常性」。

更扯的是,下左圖中的藍色方塊(如下箭頭處),其實獨立出來時的光譜根本是灰色,而下右圖的黃色方塊(如下箭頭處),獨立出來時的光譜也是灰色,但是這兩個灰塊看起來卻分別變成了藍色和黃色(這還涉及了「色彩對比性」,這部份下次有機會再談…)

p3

結論::為何有些人看到藍黑、有些人看到白金?

由於「色彩恆常性」,大腦會自動進行白平衡。但是這張照片似乎剛好介於大腦是否要啓動自動白平衡的臨界點。看到藍黑色的人,可能是因為大腦在觀視此圖時 「自動白平衡」機制沒有運作。

那藍黑人的「自動白平衡」機制為什麼不好好運作呢,或許,這些人(的大腦)認出了這只是張照片、無須對照片上的「假」光源小題大作, 因此就自動無視右上角的光源而不進行「自動白平衡」,結果就是導致看到的顏色比較接近該圖的原始色像素。

看到白金色的人,可能是因為大腦在觀視此圖時,「自動白平衡」機制太過多事,大腦自動把圖右上角的光源納入考量,才把藍色補回成白色,黑色補回成金色。

另一種可能性,是藍黑人和白金人的大腦都有進行自動白平衡,但是藍黑人的大腦選擇濾掉白金色,而白金人的大腦選擇濾掉藍黑色(見文章最後一段)。

口說無憑,證據拿來?

看到這裡,婉君們一定會說,都是我在扯,這只是一個理論,有證據嗎?以下我們就來做幾個小實驗,如果上述理論為真,那麼只要把光源遮起來、或者只要在圖中找到正確的顏色基準點,大腦就不會多事亂補導致看錯顏色了吧。

實驗一(感謝李東翰、張雨霖提供想法):

下圖類似圖二,一樣都是原圖的擷取放大,看不到光源,所以錯覺消失,只看到藍黑色。得證(網友指出,「得證」這個詞下得太不精準了 ^^",請見註一)。

Screen Shot 2015-02-28 at 1.40.00 AM

實驗二(感謝 Mark Yuhina 和 Philip Tseng 的朋友 Jiaxin Yu 提供想法):

請盯著左下角的黑布看(不是盯著屁股看!),黑布提供了黑色基準點,裙子看起來就變成黑藍色相間了。得證(這個詞又用差了,請見註一)。

不過,如果以上兩張圖你仍看成白金色,或許就表示還有其他的因素在影響你的色彩知覺,例如,此圖的播放器(螢幕或手機)本身的亮度以及、背後桌面其他 圖片的亮度、所在房間或地點的照明設備亮度、還有心中是否刻意以某些位置作為亮度或顏色的基準點等等,這些因素都有可能造成影響。不信?那我們就來實驗看看。

實驗三,改變背景亮度:

下圖是 Ohio State University 的 Andwer Leber 教授的測試圖,B 和 C 是同一件洋裝,但是 B 看起來像是藍黑衣,C 看起來卻比較像是白金衣。這種色感差異,純粹只是背景亮度不同以及與臨衣的對比差異所致。

實驗四,改變背景顏色(也是 Andwer Leber 教授的測試圖):

下圖中 B 和 E 仍是同一件衣服,但是 B 看起來像是藍黑衣,E 看起來卻比較像是白金衣。同樣的,這都只是背景色不同以及與臨衣的對比差異所致。

實驗五:利用 PS 進行白平衡:

結果如下圖,最左圖是不是有點像白金衣、最右圖是不是像藍黑衣? 

實驗六:改變膚色(或日照強度):

這是來自日本的網友分析,結果如下圖,三件衣服完全是同一件喔!但是最左圖是不是有點像白金衣、最右圖是不是像藍黑衣?

實驗七:圖解光照狀態如何可能造成此錯視:

這也是日本網友的傑作,下左圖是藍黑衣在白金光下的狀態,下右圖是白金衣在藍黑陰影下的狀態,兩件衣服右側的反射亮度剛好完全相同。網路瘋傳的衣服圖,剛好就是類似這兩件衣服右側的反射亮度,因此,見到此種反射亮度的衣服時,大腦不確定究竟是看到白金光下的藍黑衣、或是陰影下的白金衣,只能被迫二選一。

最後再補一個問題,為什麼我們需要「色彩恆常性」呢?

從演化上來看,這是因為自然世界中的物品大多數不會變色,會改變的通常是光源,因此大腦才演化出根據光源和周遭各種物體資訊來調整物體最後顏色的「色彩恆常性」。

如果透過這種方式來理解,那麼我們就可以用另一種角度來解釋這個錯視。例如,Wired 上的這篇文章有提到類似的觀點:視覺系統其實無時不刻都在設法排除光源對色彩知覺的影響,因此當某個物體的顏色不確定時,就會想辦法「丟棄」光源。在這個案例中,大腦有兩種選擇,一種是丟棄藍黑色的陰影,結果就會看到白金衣,另一種是丟棄白金色,結果就會看到藍黑衣。

這種說法的證據如下圖。我們可以透過 PS 來「模擬」大腦中的顏色較正:當利用 PS 把藍色移除後,就可以見到了白金衣(下圖左),用 PS 把白金色拿掉,就可以見到藍黑衣(下圖右)。

如果你無法想像別人口中(腦中)的白金衣或藍黑衣長什麼樣,那就看看以下這張圖過過乾癮吧!

至於「色彩恆常性」的生理機制,下回有機會再跟大家分享!

 

參考資料:

1. Purves D et al. (2002) Why we see what we do. American Scientist 90(3): 236-243.

2. Ohio State University 的 Andwer Leber 教授 的 youtube 解說(英文)。

 

註釋:

1. 「得證」這個詞確實用的不太好。這裡不是指數學或邏輯式的推理得證。我的本意是:如果遮住光源(只截取一小塊裙子圖),可以讓原本的白金人看到藍黑的話,那就表示光源確實會影響顏色判讀。根據朋友們和一些網友們口頭報告,的確有些白金人因此見到藍黑色,因此我們可以說,這個操弄結果提供了「光源會影響顏色判讀」的證據。

當然,有些白金人在實驗一與實驗二中仍然看不到藍黑色的人,這當然有可能顯示先前的理論錯誤,但是另一種可能,是此理論正確,但有其他的因素也會影響結果。我也隨即在下一段說道:「不過,如果以上兩張圖你仍看成白金色,或許就表示還有其他的因素在影響你的色彩知覺… 」。接著,透過更多的「實驗」來解釋其他可能的因素。

至於有些人看完整篇文章所有的圖,也仍完全看不到藍黑衣(或完全看不到白金衣),這我就有點無法理解了,實驗七中的左圖不就是藍黑衣、右圖不就是白金衣嗎?

註:更多大腦的秘密,請參考謝伯讓的《都是大腦搞的鬼》。


細胞為什麼不罷工-活動cover02

泛科學七月選書堂堂登場!沒有看錯就是漫畫《工作細胞》!每個人的身體裡都有60兆個細胞,每個細胞都各司其職,每天辛勤的工作,身為60兆員工企業主的你,真的了解他們嗎?本月PanSci Talk:細胞為什麼不罷工?要讓你知道這些細胞為何如此任勞任怨,24 小時任你差遣。前 30 名報名參加者,都能獲得一本《工作細胞喔》!馬上報名

關於作者

謝伯讓

美國達特茅斯學院認知神經科學博士,麻省理工學院腦與認知科學系博士後研究員。現為杜克–新加坡國立大學醫學研究院助理教授、腦與意識實驗室主任,研究主題為人腦如何感知世界。 部落格:The Cry of All。 微博:http://www.weibo.com/brainscience。新書:《都是大腦搞的鬼》