马赫带现象

    马赫带现象 :

马赫带现象是1868年由奥地利物理学家、哲学家E.马赫发现的一种明度对比效应。他使用一个黑白组成的圆盘（图1），当圆盘高速旋转时，在圆盘3个不同灰度区的交界处会看到比较亮和比较暗的两条窄环，这条亮环和暗环称为马赫带，或马赫环。图2是由8个亮度逐渐减弱且连在一起的窄带组成的图像，其中每个窄带内的亮度分布是均匀的。由于人类视觉的主观感受，在亮度有变化的地方会出现虚幻的亮或暗的条纹，使得人们在观察某窄带时，感觉在该窄带中，靠近另一个亮度较低的窄带的一侧似乎更亮一些，而靠近另一个亮度较高的窄带的一侧似乎更暗一些，即在不同亮度区域边界有“过明”或“过暗”现象。

图1 马赫圆盘

图2 马赫带效应图

马赫带现象是由视觉系统的侧抑制作用引起的，侧抑制指相邻的感受器之间能够互相抑制的现象。视网膜由许多小的光敏神经细胞组成。许多学界内的科学家声称，激活单独的一个细胞是不可能的，对某个细胞的激活总是会在一定程度上影响其他细胞，尤其是与其邻近的细胞。已有研究发现，当刺激某个细胞，使其产生较大反应后，再去刺激与其邻近的其他细胞时，该细胞的反应便会减弱。即是说，周围的细胞抑制了它的反应。在明暗变化交界处，亮区一侧的抑制将大于来自暗区一侧的抑制，进而使人产生暗区边界似乎更暗，而亮区边界似乎更亮的错觉。这也是为何在中国传统写意的水墨画中，只需要在宣纸上渲染一圈淡淡的墨晕，就能显现出一轮栩栩如生的明月的原因。当黑与白的对比更加分明时，马赫带现象就能更加明显。

关于马赫带现象的研究文献都揭示了视网膜的视觉性质，其中最重要的方面是对光的强度和亮度的关系解释。光的强度是一个物理量，可用光度计加以测量，而亮度或明度是一个心理量。在通常情况下，光的强度和亮度常常是同步变化的，强度越强，亮度也显得越亮。但马赫带现象说明这种变化的一致性并不是确定的——尽管强度以阶梯的方式变化，但亮度知觉并不同步变化。这一知觉结果来源于对物体轮廓信息的中心-边缘拮抗的加工模式，这种模式使物体间的边界线显得更加突出。

从马赫带现象获得的启示是，从一个物体表面感受的主观亮度会受到该表面与周围环境亮度之间相对关系的影响。两个本身亮度不同的物体，由于所处背景亮度的影响，看起来可以有相同的亮度；反之，两个本身亮度相同的物体，受所处背景亮度的影响，看起来却可以有不同的亮度。此时，人们感知的亮度与物体亮度的绝对值无关。简而言之，同样的物体放在暗背景里看起来更亮，放在亮背景里看起来更暗。