为什么我们眼中的世界是多彩的?——物体颜色的产生

大自然赋予了我们多彩的世界,让我们的生活非常精彩。那么我们日常看到的物体的颜色是如何产生的?


物体颜色的产生
大自然赋予了我们多彩的世界,让我们的生活非常精彩。那么我们日常看到的物体的颜色是如何产生的?物体颜色形成并被感知需要三个基本要素:光源,物体和观察者。
1.光源
我们看到的白光都是复合光,是由红橙黄绿蓝靛紫等色光混和而成的。

牛顿通过光的色散实验发现并验证了这个说法。在这个实验中,白光从一侧射入三棱镜,经过两次折射,在另一侧折射出的光分解成了各种颜色的光。

不同种类的光源分解出的各色光的比例是不同的;由于可见光也是一种电磁波,分解出的不同色光我们可以按照不同的波长进行分类。

根据不同波长的能量大小,可以绘制出这种光源的光谱功率分布图,作为这种光源的特性表征。


2.物体
物体有很多特性,比如尺寸、形状、光泽、手感等,其中还有一种重要特性是颜色。
当白光照射在非透明物体表面上时,物体会产生光的镜面反射、散射和吸收,这些光的反应在不同波段是不均匀的,甚至在不同角度的反应也不相同,这些就形成了物体的颜色特征。
这种特性可以用反射率曲线来准确表示,这个曲线是与光源无关的。
有证据表明,所有的物体都会产生散射,而且这种散射是不均匀的,如何把各个方向的散射强度进行数据化,这些数据将可以代表这个材料或物体的具有唯一性的独特属性,类似于人的指纹可以对物体进行标定。
由于这种测量需要复杂的照明系统和复杂的接受系统,数据量也将非常庞大,当前尚无完整的测量方案。

3..眼睛
眼睛是人类最精密的器官之一,一般认为视网膜上有四种感光细胞,分别对红、绿、蓝、弱光进行感知,产生刺激,这种刺激最后传递到大脑中进行混合,最后产生颜色的感觉。根据色光加色法原理,这种组成结构可以对所有色光进行感知。


世界上没有两片相同的树叶,同理也没有两双相同的眼睛。所以即使相同的光射入人眼,不同人的感觉还是不同的。
当人眼某种或某几种感光细胞产生损伤时,就会产生不同类型的色盲或色弱,从而造成颜色感觉偏差。有统计表明,12名男性中便有一名有色觉缺陷,而女性的比例则是1/255

4.颜色的产生
光源发出含有各色光的白光,照射在物体上;物体会对光进行选择性的吸收和散射;散射的光传播到人眼,刺激视觉神经从而产生颜色的感受。
所以我们看到的颜色(色光)并不是物体发出的,物体只是对光源的光进行了选择性的吸收和散射;射入我们眼睛的光线其实是光源色光的一部分。
所以严格地讲,我们看到的物体的颜色取决于光源的颜色,如果光源的颜色发生变化,物体的颜色也会发生变化。日常生活中我们说某一物体是什么颜色,指的是它在白光下我们看到的颜色。
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小结

1. 物体颜色形成并被感知需要三个基本要素:光源,物体和观察者。
2. 白光都是复合光。是由红橙黄绿蓝靛紫等色光混合而成的,不同种类的光源分解出的各色光的比例是不同的。
3. 物体对光的镜面反射、散射和吸收特性的差异造成物体颜色不同,这些特性在光的不同波段是不同的,甚至在不同角度的反应也不相同,这些就形成了物体的颜色特征。
4. 视网膜上有四种感光细胞,分别对红、绿、蓝、弱光进行感知,产生刺激,这种刺激最后传递到大脑中进行混合,最后产生颜色的感觉。
5. 我们看到的颜色(色光)并不是物体发出的,物体只是对光源的光进行了选择性的吸收和散射。

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