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顏色、光和物體三者之間的關系剖析

2011-05-23

顏色、光和物體三者之間的關系剖析
顏色是光照射物體后被觀察者感受的結果。光由成百上千萬個不同波長電磁波組成。當光照射物體時，物體表面吸收部分光波并反射其余的。當反射光被觀察者接收，觀察者的大腦將成分一定的光波感受為特定的顏色。不同的光/物體互相作用產生不同的光波組成，這樣就產生我們每天看見的千萬種顏色。

顏色的特性
顏色是一種奇異的現象，如果您知道它并不真實存在于自然界中，而只存在于人腦中，您會更感覺詫異。經常可以聽到這樣的問題： “如果樹在空曠的森林中倒下，會發出聲音嗎”？或者是下面的有關顏色的問題： “如果人眼不能看見紅玫瑰，它仍是紅色的嗎”？答案可能會讓您大感意外 -否。房間中的光源和玫瑰花瓣的色素是讓我們產生顏色感覺的三要素中的兩個要素。直到我們的眼睛(或大腦)親自看到，才會有描述為“紅色”的顏色。顏色三要素：光、物體和觀察者，缺一不可。

光 - 波長及視覺光譜
顏色是光的一部分，光由億萬個電磁波組成，電磁波在空氣中移動就象池塘中的水波一樣。每一波段有不同的大小，以波長來表示。波長是兩個相鄰波峰之間的距離，以納米(nm)或百萬分之一毫米作為單位。
當這些波段刺激我們的視覺，它們使眼睛中的感光細胞興奮，在腦中產生顏色的感覺。不同的波長(或不同波長的組合)刺激產生不同顏色的感覺。結果就是：大千世界，五彩繽紛。
通過下面的實驗，我們可以更好地理解我們如何感受不同波長的光：當一束白光通過三棱鏡色散后，我們可以感受到分光后的各個波長。這個方法分散各波長將白光顯示為我們所熟悉的“彩虹”：主要有紅、橙、黃、綠、藍、青和紫；每個波段之間都是逐漸過度的 (紅、綠和藍是主要的波段)。
我們可以看到的長的波長大約為700到720nm(紅色波段的開始)；可以看到的短波長大約為400nm(紫色波段的結束)。這其中大約320納米的區域就是可見光譜。落于此區間之外的光波都是肉眼不可見的。所有波長的連續范圍被稱為電磁光譜，可見光譜只是其中很小的一部分.雖然我們不能看到可見光譜外的電磁波，但我們經常使用它們：從短波X射線到收音機和電視常用的長波。

物體 - 發射，反射和透射
在下一部分的“顏色方程式”中，可見光譜的波長被處理成不同的成分，因而在人眼看來就呈現不同的顏色。物體刺激人眼產生顏色的感覺的方式有三種：物體發光、物體反光、和物體透光.發射物體，例如太陽和人造光源，直接發射可見光。理論上，如果人眼在不受阻礙地接收可見光譜上所有波長，而且這些波長強度均相等，我們可以看見純白色。日常生活中，雖然我們感覺許多光源發出的光是白光，但是幾乎沒有純粹的白光光源。因為產生光的化學過程(從太陽的燃燒氣體到白熾燈的加熱的燈絲)產生以不同比例組成的光波，波長強度分布不可能均勻。光源產生的以不同比例波長組合的光波被稱為相對光譜能量。反射物體，其表面能吸收光波的某些波長能量并反射其它波長。例如，紅玫瑰在它花瓣上有化學微粒，從光波中吸收大部分紫、綠和藍波長能量，然后它們反射小部分黃和橙光和大部分紅光。物體反射光波的百分比被稱為反射率百分比或強度，或光能.可被透射的物體包括大氣、水、玻璃管或燈泡玻璃、感光膠片和油墨。這些物體允許光穿過它們，但其中一些波長的能量被分子或微粒吸收。光所穿過物體的整個厚度或深度也影響穿過光波能量的百分比。光波穿過物體的百分比被稱為透射率。正如我們能看見的，我們的顏色要素中的“光”來源是實際存在的發射“物體”，如太陽，或者燈泡(燈泡較復雜，光從發射物體(鎢燈絲)中發出后，已經經過透射物體(燈泡玻璃)過濾后才被使用)，不同光源所發出的光波組成是不同的。因此，在一種光源下顯得相似的兩種顏色在另一種光源下看起來可能會有明顯差異。這種現象被稱為同色異譜，將在以后詳細討論。

觀察者 - 顏色接受和感覺
在前面解釋顏色三要素中的光源和物體屬性的時候，我們涉及的一些觀察者的因素，這里我們要做深入的探討。首先，光波進入眼睛的瞳孔，瞳孔擴大或縮小以調整允許進入的光的數量。然后，光波刺激視網膜，視網膜幾乎覆蓋了整個后半眼球，上面密布著130,000,000個感光細胞和神經元。這些感光細胞對可見光刺激作出響應，通過神經元傳送電信號給大腦中顏色感受區域。感光細胞中的一些對紅色較敏感，另一些對綠色較敏感，還有一些則對藍色較敏感。這三類細胞稱為錐狀細胞，其它細胞稱為柱狀細胞，它們只對黑色和白色敏感。在試圖分辨顏色差別時，人眼有一些天生的限制。我們對不同物體的不同顏色描述為不同的名稱。而且，眼睛疲勞、年老和其它生理因素會影響我們對顏色的感覺。在下面部分，我們會討論不同的光源和觀察者對顏色工業界的制造商造成的影響。

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