眼睛中的色彩

眼睛中的色彩

我们看到的世界五彩缤纷、绚丽多彩，因为世界有了颜色，才有了现代人类的文明。人们认识世界的过程就是从发现颜色开始的，不同的颜色构建了我们所在的美丽世界。

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我们的眼睛为什么可以看到不同的色彩？

我们又是如何辨别不同颜色的区分呢？

其实眼睛可以识别色彩的过程就是眼睛接收可见光的过程。可见光是电磁波的一个频段，我们把感受到的不同频率的电磁波映射为不同的颜色。

遇到过高或过低频率的电磁波（红外线等）眼睛不能处理时，就会出现看不见的情况。

我们需要知道：

颜色只是人的主观感受，不是物体的客观属性，物体只是在发射光或反射电磁波。

我们人眼对颜色的感觉，不仅仅是由光的物理性质决定，也会受到很多干涉因素，比如人眼对颜色的感觉往往受到周围颜色的影响。

大多数光源的光谱不是单色的，它们的光是由不同强度、不同波长的光混合组成的。

人眼会将许多混合光的颜色与单色光源光的颜色看成是同样的。

如橙色，就不是单色的600纳米的光，它是由红色和绿色的光混合组成的（显示器无法产生单色的橙色）。

人眼中的锥状细胞和杆状细胞都能感受颜色。

正常人眼中有三种不同的锥状细胞：

第一种主要感受红色，它的最敏感点在*6*纳米左右；

第二种主要感受绿色，它的最敏感点在***纳米左右；

第三种主要感受蓝色，其最敏感点在420纳米左右。

杆状细胞只有一种，它最敏感的颜色波长在蓝色和绿色之间。

事实上，场景反射光在视网膜上，刺激细胞产生的信号，并不能完全反映人对这个场景的感官。我们的大脑会对这些信号进行处理，并分析比较周围的信号，从而得出分析结论。

颜色与光的频率关系

色彩包括：色相、亮度、饱和度。

色相就是颜色类别，比如红色和黄色。色相实质上就是电磁波的频率。可见光谱上表示的就是色相的变化。可见光谱如下

亮度顾名思义指颜色的亮度，本质上就是电磁波的幅度。

电磁波幅度大，亮度就高，这个颜色就亮。

饱和度又称纯度，是指颜色中白光的比例。饱和度高的话，白光就少，颜色就比较正，比如大红色。饱和度低的话白光比例大，颜色比较发白。

光谱只表示了色相这一维度，不能完全表达我们见到的颜色。我们见到的颜色是三维构成的。

上图是HSV颜色空间：

H那圈代表色相，S方向代表饱和度，V代表v亮度。

我们生活中看到的颜色因为混有杂色，没有图例中那么纯，这使得我们感受到的“色彩”更加丰富。

这里需要注意的是混合颜色不可以代替单一颜色（特有频率的光）。

不同的色相对应着不同的频率，而任何两个频率相加是无法合成另一个频率的。所以说红光和绿光混合，得到包含两种频率的“黄光”只是人眼的感觉，和单一频率的黄光本质不同，只是人眼无法区分。

三原色（红绿蓝）混合颜色

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人眼对颜色的感知比较复杂，视网膜上有两种细胞，杆状细胞能感受光的刺激产生明亮感觉，锥状细胞不仅能产生明亮感觉还能辨别颜色。据视觉三色学说，锥状细胞有三种，分别对红绿蓝三种光线的刺激最敏感。下图，横轴是光的波长，纵轴是三种锥状细胞对所有颜色的感应强度。

比如说：

眼睛接收到红光，那么蓝色锥状细胞没感觉，绿色锥状细胞基本没感觉，红色锥状细胞感觉很强烈，那么大脑认为 ——这是红光。

眼睛接收到纯黄光（单一频率），红色和绿色锥状细胞都有一定的感觉，但是不太强烈，那么大脑觉得，这是黄光。

红光和绿光混合射向眼睛，红色和绿色锥状细胞都有一定感觉，那么大脑依然觉得这是黄光。

所以，混合频率光在人眼的感觉上是可以代替单一频率的光的。这里只是主观感受，实质上多个频率的光相加是不能合成另一个频率的光的。

根据上文描述，颜色只是人的主观感受，对于感受的分析涉及神经生物学，每个人类个体存在差异，所以感受到的颜色其实也是有很大差异的。如下图，引起轰动的“颜色难辨的裙子”：

不同的生物对同一频率光的感受肯定是不同的。

夜视动物（老鼠等）基本没有锥状细胞，他们无法分辨色相（光的频率），只能分辨亮度（光的强度），所以看到的是黑白的世界。

另一种海洋生物皮皮虾，有12种锥状细胞。它们可以区分红绿合成的“黄色”和单一频率的黄色。也就是说它们可以看到更多丰富的颜色，加一个形容词，丰富到你难以想象！

我们人眼中，也有无法辨别颜色的个体，这里我们不多阐述，色盲症科普，有过详细的介绍，感兴趣的小伙伴可以前去翻阅。

影响色彩的因素

人们对颜色的感受从来不是相同，主观感知色彩会受到很多因素的影响。

01

颜色的心理作用

人眼对颜色的感受有许多神奇的效应。看下面这张图

02

亮度的效果

同一种颜色在不同的亮度中会产生不同的颜色感。这个现象的原因是我们的眼睛中除了有锥状细胞外还有可以感光的杆状细胞。杆状细胞虽然一般被认为只能分辨黑白，但它们对不同的颜色的灵敏度是略微不同的。

0*

文化的影响

不同的文化对颜色的定义有时会少许不一样。比如在有些文化中，中国的青色被看成是蓝色的一种。

04

光源的影响

人在看颜色时总是试图补偿光源本身的颜色。因此我们在不同的光源下看到的同一种颜色实际上是不同的。

本期通过人眼对色彩识别的介绍，让我们再一次惊叹于视觉的神奇。颜色是视觉不可或缺的重要组成部分，也是被广泛应用于视功能检查的方式之一（红绿平衡、立体视检查）。

通过视网膜细胞对不同波长光的接收，我们的世界里有了色彩，更有了探寻世界的快乐。视光学不是枯燥的专业学科，让我们一起感受视光的快乐。

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