光波与色彩：人眼视觉机制对彩色光的感知

人们能看到物体是因为有光的参与，没有光线世界将会是漆黑一片。光的本质是一种夸克粒子，光同时又以电磁波的形式存在，光具有波粒二象性。如图4-2-9所示，可见光是电磁波谱中人眼可以感知的部分，这部分是电磁波谱中很小的一段，波长在400 nm到760 nm之间。

图4-2-9　光谱范围示意图

（一）有光才会有色彩

图4-2-10　光的色散示意图

雨后初晴，天空出现彩虹，它是由于白光的色散形成的。伟大的物理学家牛顿在实验室里完成了这一实验，他让一束阳光照射到一面三棱镜上，在三棱镜的另一侧形成了由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫形成的彩色光带，如图4-2-10所示。白光是复色光，白光是色之母，不同颜色的物体构成了丰富多彩的自然界。人类感知颜色是由人的视觉生理机制实现的，人的视网膜上分布了两种不同类型的视觉神经细胞，只有在有光的条件下人眼的视锥细胞才能起到感知色彩的作用；如果光线过于微弱，视觉锥细胞不参与工作，视觉杆细胞就参与明暗视觉的感知，人眼就感知不到色彩。

（二）物体的色彩由固有色、环境色、光源色综合决定

人们看到这个世界缤纷多彩，一个物体的颜色是由光源色、固有色、环境颜色综合形成的情境决定。在夜晚璀璨的霓虹灯下白色的衣服会引人注目。黑色在晚上就是隐蔽色，很多晚上蒙面的黑衣侠客，来无踪去无影。发光物体的颜色取决于它产生的光波，不发光的透明物体和不透明物体的颜色取决于它吸收的光波。由于物体本身的特性不同，不同的物体对不同色光的反射、吸收和透过的程度是不一样的。如图4-2-11所示，光照在“红色”的苹果上时，苹果的表面就会吸收除红色以外的其他颜色的光，而只反射红色的光，因此我们看到的苹果是红色的。当光线照到透明物体上时，有一部分被物体透过。例如绿色的水溶液把绿光透过去，所以呈现绿色；白色透明杯子上半部分，由于透过了复合白光所以呈白色。通常我们所看到的物体颜色是光源色、环境色、固有色三个因素综合决定的。对一个色觉正常的人来说，人眼通过红、绿、蓝三种视锥细胞感受彩色，通过视杆细胞感受明暗信息（图4-2-12中的虚线曲线），人眼感受光亮和色彩的频响曲线（图4-2-12中的SML曲线）。

图4-2-11　物体的颜色辨识

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图4-2-12　人眼的视觉波谱

（三）色彩的基本属性

色彩的三个基本属性就是色相、明度、纯度，如图4-2-13所示。

图4-2-13　色立体

1.色相（Hue）

色相即红、橙、黄、绿、青、蓝、紫形成颜色范围，当然我们也可以把它们分得更细一些，如图4-2-13所示，把红、橙、黄、绿、青、蓝、紫形成的颜色范围看作一个圆周，取值范围是0～360°，可以细分的色相是无穷无尽的。

2.明度（Brightness）

明度是指颜色的明暗程度，如图4-2-13所示，色立体纵轴上边的颜色明度高，越高越接近于白色；下边的颜色明度低，越低越接近于黑色，明度的取值范围是0～100%。某一个颜色的明度高低，是这个颜色中所兑入灰的程度多少来决定的。明度越高颜色越发白，明度越低颜色越黑暗。

3.纯度（Saturation）

纯度是色彩的鲜艳程度。如图4-2-13所示，色立体纯度轴是从外围到中心的方向，中心纯度低，外围纯度高，可以理解为在颜色的颜料中不断地加水稀释的程度，水加得越多纯度越低，取值范围为0～100%。