颜色与光谱：解析光学图像中的各个成分

在上一章中，我们详细探索了图像的亮度（辐照强度）。此时的图像仍然是“以物理形式”存在的光学图像，并不是我们所看见的图像或者相机所拍摄下来的图像。不管是对于人眼还是仪器设备，都只能感受到光学图像中的一部分成分，很多成分是“看不见”的。本章中，我们将详细探讨光学图像中的各个成分，包括看得见的光和看不见的光，由此，引出了一个重要概念——颜色，一种对光中成分的“挑选”方式。我们可以用波长（或者频率）来描述光中的各个成分，于是，颜色就对应着一个个滤波器，用来挑选不同的光谱频带。

我们首先介绍人眼感受颜色的方式：三色刺激，进一步，讨论了如何获取和处理光谱频带上不同“区域”的信息。于是，我们可以把：某些人眼看不见的光谱频带上的信息，用相应的图像传感器测量出来，再将测量结果用人眼看得见的光谱频带显示出来，最终变成我们“看得见”的图像。红外成像就是这方面的一个典型例子。为了深入理解红外成像原理和实现方式，我们需要掌握黑体辐射理论。

对于图像传感器，并不是所有的入射光子都会产生“电子/空穴”对。电子流和入射光子流的比值称为量子效率。量子效率依赖于入射光子的能量，因此，它依赖于入射光的波长λ。同时，量子效率还依赖于：1)材料，以及，2)仪器收集自由电子的方式。真空仪器上的涂料具有相对较低的量子效率。对于某些特定波长，固态电子器件近乎为理想器件。摄影胶片的量子效率却很低。(www.xing528.com)

图4.1　光子撞击感光材料的表面，会产生电荷载体。这些电荷载体被收集和测量，用来确定辐照强度。(a)是真空器件的情况，电子从阴极被激发出来，然后再被阳极吸收。(b)是半导体器件的情况，“电子/空穴”对被内建电场分离，然后，通过外接电路来收集“电子/空穴”对。