顏色、光和物體三者之間的關(guān)系剖析
顏色是光照射物體后被觀察者感受的結(jié)果。光由成百上千萬個(gè)不同波長(zhǎng)電磁波組成。當(dāng)光照射物體時(shí),物體表面吸收部分光波并反射其余的。當(dāng)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(chǎn)生不同的光波組成,這樣就產(chǎn)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(xiàn)象,如果您知道它并不真實(shí)存在于自然界中,而只存在于人腦中,您會(huì)更感覺詫異。經(jīng)常可以聽到這樣的問題: “如果樹在空曠的森林中倒下,會(huì)發(fā)出聲音嗎”? 或者是下面的有關(guān)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(huì)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(chǎn)生顏色感覺的三要素中的兩個(gè)要素。直到我們的眼睛(或大腦)親自看到,才會(huì)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(zhǎng)及視覺光譜
顏色是光的一部分,光由億萬個(gè)電磁波組成,電磁波在空氣中移動(dòng)就象池塘中的水波一樣。每一波段有不同的大小,以波長(zhǎng)來表示。波長(zhǎng)是兩個(gè)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(dāng)這些波段刺激我們的視覺,它們使眼睛中的感光細(xì)胞興奮, 在腦中產(chǎn)生顏色的感覺。不同的波長(zhǎng)(或不同波長(zhǎng)的組合)刺激產(chǎn)生不同顏色的感覺。結(jié)果就是:大千世界,五彩繽紛。
通過下面的實(shí)驗(yàn),我們可以更好地理解我們?nèi)绾胃惺懿煌ㄩL(zhǎng)的光:當(dāng)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(gè)波長(zhǎng)。這個(gè)方法分散各波長(zhǎng)將白光顯示為我們所熟悉的“彩虹”: 主要有紅、橙、黃、綠、藍(lán)、青和紫;每個(gè)波段之間都是逐漸過度的 (紅、綠和藍(lán)是主要的波段)。
我們可以看到的長(zhǎng)的波長(zhǎng)大約為700到720nm(紅色波段的開始);可以看到的短波長(zhǎng)大約為400nm(紫色波段的結(jié)束)。這其中大約320納米的區(qū)域就是可見光譜。落于此區(qū)間之外的光波都是肉眼不可見的。所有波長(zhǎng)的連續(xù)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(jīng)常使用它們:從短波X射線到收音機(jī)和電視常用的長(zhǎng)波。
物體 - 發(fā)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(zhǎng)被處理成不同的成分,因而在人眼看來就呈現(xiàn)不同的顏色。物體刺激人眼產(chǎn)生顏色的感覺的方式有三種: 物體發(fā)光、物體反光、和物體透光.發(fā)射物體,例如太陽和人造光源,直接發(fā)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(zhǎng),而且這些波長(zhǎng)強(qiáng)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(fā)出的光是白光,但是幾乎沒有純粹的白光光源。因?yàn)楫a(chǎn)生光的化學(xué)過程(從太陽的燃燒氣體到白熾燈的加熱的燈絲)產(chǎn)生以不同比例組成的光波,波長(zhǎng)強(qiáng)度分布不可能均勻。光源產(chǎn)生的以不同比例波長(zhǎng)組合的光波被稱為相對(duì)光譜能量。反射物體,其表面能吸收光波的某些波長(zhǎng)能量并反射其它波長(zhǎng)。例如,紅玫瑰在它花瓣上有化學(xué)微粒,從光波中吸收大部分紫、綠和藍(lán)波長(zhǎng)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(qiáng)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(zhǎng)的能量被分子或微粒吸收。光所穿過物體的整個(gè)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(shí)際存在的發(fā)射“物體”,如太陽,或者燈泡(燈泡較復(fù)雜,光從發(fā)射物體(鎢燈絲)中發(fā)出后,已經(jīng)經(jīng)過透射物體(燈泡玻璃)過濾后才被使用),不同光源所發(fā)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(huì)有明顯差異。這種現(xiàn)象被稱為同色異譜,將在以后詳細(xì)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(shí)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(jìn)入眼睛的瞳孔, 瞳孔擴(kuò)大或縮小以調(diào)整允許進(jìn)入的光的數(shù)量。然后,光波刺激視網(wǎng)膜,視網(wǎng)膜幾乎覆蓋了整個(gè)后半眼球,上面密布著130,000,000個(gè)感光細(xì)胞和神經(jīng)元。這些感光細(xì)胞對(duì)可見光刺激作出響應(yīng),通過神經(jīng)元傳送電信號(hào)給大腦中顏色感受區(qū)域。感光細(xì)胞中的一些對(duì)紅色較敏感,另一些對(duì)綠色較敏感,還有一些則對(duì)藍(lán)色較敏感。這三類細(xì)胞稱為錐狀細(xì)胞, 其它細(xì)胞稱為柱狀細(xì)胞,它們只對(duì)黑色和白色敏感。在試圖分辨顏色差別時(shí),人眼有一些天生的限制。我們對(duì)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(huì)影響我們對(duì)顏色的感覺。在下面部分,我們會(huì)討論不同的光源和觀察者對(duì)顏色工業(yè)界的制造商造成的影響。
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