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顏色、光和物體三者之間的關(guān)系剖析

2011-05-23

                                                 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(wàn)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(jiàn)的千萬(wàn)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(jué)詫異。經(jīng)常可以聽(tīng)到這樣的問(wèn)題： “如果樹(shù)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(wèn)題： “如果人眼不能看見(jiàn)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(jué)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(jué)光譜 
   顏色是光的一部分，光由億萬(wàn)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(lái)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(wàn)分之一毫米作為單位。 
當(dāng)這些波段刺激我們的視覺(jué)，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(jué)。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(jué)。結(jié)果就是：大千世界，五彩繽紛。 
通過(guò)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(guò)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(guò)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(kāi)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(jiàn)光譜。落于此區(qū)間之外的光波都是肉眼不可見(jiàn)的。所有波長(zhǎng)的連續(xù)范圍被稱(chēng)為電磁光譜，可見(jiàn)光譜只是其中很小的一部分.雖然我們不能看到可見(jiàn)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(jiàn)光譜的波長(zhǎng)被處理成不同的成分，因而在人眼看來(lái)就呈現(xiàn)不同的顏色。物體刺激人眼產(chǎn)生顏色的感覺(jué)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(yáng)和人造光源，直接發(fā)射可見(jiàn)光。理論上，如果人眼在不受阻礙地接收可見(jiàn)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(jiàn)純白色。日常生活中，雖然我們感覺(jué)許多光源發(fā)出的光是白光，但是幾乎沒(méi)有純粹的白光光源。因?yàn)楫a(chǎn)生光的化學(xué)過(guò)程(從太陽(yáng)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(chēng)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(chēng)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(guò)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(guò)物體的整個(gè)厚度或深度也影響穿過(guò)光波能量的百分比。光波穿過(guò)物體的百分比被稱(chēng)為透射率。正如我們能看見(jiàn)的，我們的顏色要素中的“光”來(lái)源是實(shí)際存在的發(fā)射“物體”，如太陽(yáng)，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(guò)透射物體(燈泡玻璃)過(guò)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(lái)可能會(huì)有明顯差異。這種現(xiàn)象被稱(chēng)為同色異譜，將在以后詳細(xì)討論。 

觀察者 - 顏色接受和感覺(jué) 
   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(jiàn)光刺激作出響應(yīng)，通過(guò)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(lèi)細(xì)胞稱(chēng)為錐狀細(xì)胞， 其它細(xì)胞稱(chēng)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(chēng)。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(jué)。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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