關於光和色產生的基本原理淺談

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本文主要探討光和色的概念，以及它們產生的基本原理，部分內容來源於網路和維基，我只是個勤勞的知識加工者。

一、色彩的產生

1. 色彩是什麼？

顏色或色彩是通過眼、腦所產生的一種對光的視覺效應。人對顏色的感覺不僅僅由光的物理性質所決定，還包含心理、生理等許多因素。

2. 光的物理學現象

在人可以感受的波長範圍內（約312.30nm~745.40nm），被稱為可見光

假如我們將一個光源各個波長的強度列在一起，就可以獲得這個光源的光譜。一個物體的光譜決定這個物體的光學特性，包括它的顏色。不同的光譜可以被人接收為同一個顏色。

PS：單色光與複色光的概念

由紅到紫的七色光中的每種色光並非真正意義上的單色光，它們都有相當寬的頻率（或波長）範圍，如波長為0.77～0.622微米範圍內的光都稱紅光，而氦氖激光器輻射的光波單色性最好，波長為0.6328微米，可近似認為是一種單色光，嚴格意義上的單色光是不存在的。這種不能再分解的色光叫做單色光，而由「單色光」所混合的光稱為「複色光」。

人眼中的視錐細胞和視桿細胞都能感受顏色，視桿細胞只有一種，它的最敏感的顏色波長在藍色和綠色之間，而一般人眼中有三種不同的視錐細胞：

• 第一種主要感受黃綠色，它的最敏感點在565nm左右；
• 第二種主要感受綠色，它的最敏感點在535nm左右；
• 第三種主要感受藍紫色，其最敏感點在420nm左右。

每種視錐細胞的敏感曲線大致是鐘形的，視錐細胞依照感應波長不同由長到短分為L、M、S三種。因此進入眼睛的光一般相應這三種視錐細胞和視桿細胞被分為4個不同強度的信號。

• 因為每種細胞也對其他的波長有反映，因此並非所有的光譜都能被區分。比如綠光不僅可以被綠視錐細胞接受，其他視錐細胞也可以產生一定強度的信號，所有這些信號的組合就是人眼能夠區分的顏色的總和。
• 如我們的眼睛長時間看一種顏色的話，我們把目光轉開就會在別的地方看到這種顏色的補色。這被稱作顏色的互補原理，簡單說來，當某個細胞受到某種顏色的光（例如黃色）刺激時，它同時會釋放出兩種信號：刺激黃色，並同時抑制黃色的補色藍色。
• 人類一共約能區分一千萬種顏色，人類色覺是不同波長的光線在人類感覺系統中產生的感受，而不是光線本身的性質。假如一個人的一種或多種錐狀細胞不能正常對入射的光反映，那麼這個人能夠區別的顏色就比較少，這樣的人一般被稱為色弱。

二、顏色的誕生

不同的光譜可以在人眼中產生同樣的顏色感，比如日光燈的白光是由幾個相當窄的光譜線構成的，而太陽光則是由連續的光譜構成的。

就其光而言，人眼無法區分兩者。只有當它們反射在不同顏色的物體上時，我們才看得出來一個是日光燈的光，一個是太陽光。

對於我們生活中見到的大多數顏色的產生方式而言。一般分為兩種，一種自身發光的物體，一種是自身不發光的物體。

1. 自身發光的物體，如電子屏幕、顯示器等顯現出的顏色由元色搭配而成（加色模式）

• 儘管如此搭配出來的顏色往往與純的單色不完全相同，尤其在可見光譜的中部搭配的顏色只能非常地接近單色光，但無法完全達到它的效果。
• 此外一般在技術上使用的元色本身也都不純，因此一般來說它們無法完全地表現純的單色光。不過自然界中很少有真正的純的單色光，因此一般來說由元色組成的顏色可以很好地反映原來的顏色。一個技術系統（色彩空間）能夠產生的顏色的總和被稱為色域。
• 在通過照相機或掃描儀錄取顏色的時候也會產生誤差。一般這些儀器中的感光元件的感光特性與人眼的感光特性相差甚遠。因此在特別的光照下這些儀器所產生的顏色可能會與人眼所感受到的相差很大。

2. 自身不發光物體，如紙張、海報等呈現不同的顏色是由於上面有不同的色素（減色模式）

• 在印刷或圖畫中我們一般使用反射一定波長的色素。當白光照到這些色素上時，它們只反射一定的光而產生顏色的效果。
• 與人眼的顏色感受不同的動物（比如鳥可以感受四種不同的顏色）可以區分對人來說相同的顏色，因此對它們來說適合人看的圖象有時會非常不可理解。

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