点彩图色觉检查的原理 — 混淆色线与亮度噪声
为什么有人能看到数字,有人却看不到?介绍假同色图的原理,以及色觉实验室计算检查图的方式。
点彩图检查也叫假同色图(pseudoisochromatic plates)检查。它挑选两种颜色来涂数字和背景:对正常色觉者来说明显不同,对特定色觉异常者却看起来像同一种颜色。最广为人知的是日本石原忍于1917年发表的检查图。
三种视锥细胞,两路信号
我们的眼睛通过比较 L、M、S 三种视锥细胞的反应来产生颜色。大致来说,「L 与 M 之差」告诉我们红-绿方向,「S 与 (L+M) 之差」告诉我们蓝-黄方向。L 或 M 缺失、或两者变得相近时,红-绿信号就会减弱;S 缺失时,蓝-黄信号就会减弱。
混淆色线
把所有颜色标在色度图(去掉亮度后的颜色地图)上,对第一型二色视者看起来相同的颜色,会聚集在从同一点发散出去的直线上。这条线就是混淆色线,线条汇聚的点叫共点。第二型和第三型也各有自己的共点。
位于同一条混淆色线上的两种颜色,只要亮度一致,对该类型的二色视者来说就是完全相同的颜色。
色觉实验室在 CIE 1976 u'v' 色度图上使用与 Cambridge Colour Test 相同的共点——第一型 (0.678, 0.501)、第二型 (−1.217, 0.782)、第三型 (0.257, 0.0)。每张图先确定中心色,再沿共点方向把数字色和背景色朝相反两侧拉开。
亮度噪声——让人无法靠亮度读出
即使两种颜色位于混淆色线上,只要亮度不同,数字还是会显露出来。所以每个点的亮度都从六个等级中随机选取混在一起。这就是 Regan、Reffin、Mollon(1994)在 Cambridge Colour Test 中使用的亮度噪声。要读出数字,就必须看颜色差异,而不是亮度。
逐级缩小色差
正常色觉与色弱的差别,与其说在于「看不看得见」,不如说在于「能看出多小的差异」。色觉实验室把数字与背景的 u'v' 距离逐步缩小:红色轴和绿色轴从 0.100 → 0.019,蓝黄轴从 0.110 → 0.036(16张模式下红色、绿色各5张,蓝黄4张)。
用 Machado(2009)模型计算,红色轴最容易的那张图中,数字与背景的色差(CIELAB 色度差)对正常色觉约为54,在第一型二色视模型中约为1,实际上已经消失,而在第二型二色视模型中还剩约15。由于每个轴「崩溃」的类型不同,可以根据哪个轴错得更多来判断类型倾向。
| 轴 | 受影响的类型 | 色差梯度(u'v') |
|---|---|---|
| 红色轴 | 第一型(红色盲·红色弱) | 0.100 → 0.019 |
| 绿色轴 | 第二型(绿色盲·绿色弱) | 0.100 → 0.019 |
| 蓝黄轴 | 第三型(蓝黄色盲·色弱) | 0.110 → 0.036 |
| 对照图 | 无(人人都能读出) | 以亮度差显示 |
解读结果的规则
- 每个轴答错一张以内都算正常范围。因为最难的图即使对正常色觉者,在某些屏幕上也接近临界。
- 答错两张及以上时,按错误比例分为轻度(一半以下)、中度、重度(85%以上)异常。
- 红色轴与绿色轴的错误比例相差30个百分点以上时,显示为相应类型的倾向,否则标为「难以区分」。在实际检查中,单凭点彩图区分第一型和第二型的准确度也不高。
- 答错对照图时会降低结果的可信度;如果反复出现答错容易的图却答对难的图,也会另行提示。
局限
真正的检查图在照明和印刷上都经过标准化,而屏幕的颜色因设备而异。色觉实验室的颜色以标准 sRGB 显示器为前提计算,在广色域或未经校准的屏幕上,图的颜色可能略微偏离混淆色线。请只把结果当作参考性的估计;如果担心,请到眼科检查。在线检查的局限