光与色彩

重点:

色彩是光给人的感觉。而重点在于:

1.光的属性:光的特性:波长与强度。

2.人的感觉:观察者的反应。

这两者缺一不可。常见的狭义理解认为:色彩只是光的物理属性,这显然是不正确的。可见光谱(不同波长的光)中并不包含所有色相(比如紫红、洋红…),而且同一波长的光在不同环境下不同人感觉到的颜色可能并不相同。色彩终究是人的感觉,并不完全取决于光,自上(思维)而下(刺激)的意识处理也会对色彩认知有影响,比如白金/蓝黑裙子争议产生的原因:色彩恒常性。

1.光的属性

                                               

 

                                                                                 可见光光谱在电磁波谱中的位置

1.1 光谱光与混合光

光谱光:也可以称为单色光,其所含所有光子都是同一波长,因为其波长取值范围值是可见光谱,所以被称为光谱光。比如全部由 630nm 光子组成的就是黄色的光谱光。

混合光:所含的光子的波长并不是统一的,由不同的光谱光以不同强度“混合”而成,“混合”并非指产生了新的光,实际上“混合”只是位置的混合罢了。因为牛顿的分光实验,就是那个用三棱镜把白光分成七彩光谱的实验,有的人就此误以为混色是把不同颜色光混合起来产生了新波长的光所以颜色改变了。举例来说:可以想象把红豆倒进绿豆中,产物就是“混合豆”。

由于人的色彩识别机制,人是无法分辨混合光与光谱光的,也正得益于此,我们可以用少量光谱光得到丰富的色彩,显示器才得以实现。

1.2 紫外光与荧光

波长低于400nm的紫外光虽然不可见,不过荧光材料利用的就是紫外光:荧光材料吸收紫外光后让紫外光波长增加(频率减少)到可见光范围内反射出去,使物体反射的光看起来比它从光源吸收的还要多以增加亮度。纸张就常用荧光粉使其看起来更白更亮。

实际上人的视网膜是可以感受一部分紫外线的,只是人眼的晶状体过滤掉了紫外线所以人才无法看到紫外线(紫外线会破坏视网膜,所以这是个保护性的功能)。

                                                                            

                                                                                              晶状体过滤紫外光

1.3 红外光

红外光人眼看不见,不过一般的数字摄像设备对可见光与红外线边界的区分并不是很清楚,会把一些红外光当成可见光拍摄下来。

红外线在某种情况下是可以被人看见的,因为视觉细胞感受光子的频率(波长)是需要有一定时间的,在这个时间内用多个光子刺激视觉细胞,就能产生与更高频率(更短波长)光子相同的刺激。比如向视网膜同一区域以极小的时间间隔快速投射2个在可见光范围外的 1000nm波长的光子,这对视觉细胞的刺激相当于一个500 nm的光子,所以人就可以看到这个蓝绿色( 500 nm )的红外光。

2.人的感觉

人对色彩的感知过程分为2个阶段。识别波长和产生色彩信号。

识别波长:视网膜上有3种视锥细胞,它们各自对可见光不同波段有不同的敏感度,分别对短波长、中波长、长波长最敏感,不同的光给3种视锥细胞不同刺激强度。

生产色彩信号:视锥细胞的刺激信息传达到视神经,视神经有蓝-黄、红-绿两个色彩通道,和一个传达亮度的非色彩通道。色彩通道中黄、蓝互相对立,红、绿互相对立,这被称为拮抗作用,最终一个色彩以蓝-黄、红-绿、明暗的程度的形式被传送到大脑。

                                                             

                                                                              视觉形成阶段理论示意图

                                                      

 

                                                                    三种视锥细胞对不同波长光的相对敏感性

2个阶段分别是色彩三原色原理和四原色(对抗色)原理,在过去哪种正确一直是色彩学者争论的焦点,因为它们各自都能解释一部分色彩现象,比如三原色能解释光的混色,四原色能解释负后视现象。直到后来通过解剖学实验证明二者的结合,三原色原理适用于视锥细胞的层次,而对抗色过程发生在视神经层面上。另外要注意的是,严格来说SML三种视锥细胞对不同波长光的相对敏感性曲线是重叠的,也就是说不存在纯蓝色(只刺激 S视锥细胞的光)、纯绿色(只刺激 M 视锥细胞的光)和纯红色(只刺激L视锥细胞的光)。

Reference

1.https://www.jianshu.com/p/f03e9ac9c9ef?utm_campaign=maleskine&utm_content=note&utm_medium=seo_notes&utm_source=recommendation

2.https://www.jianshu.com/p/34e9660f00f4?utm_campaign=maleskine&utm_content=note&utm_medium=seo_notes&utm_source=recommendation

 

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