颜色基础知识----物体颜色呈现

cpkj · 发表于 2015-1-16 17:00:01

白天我们能看见五彩缤纷的颜色，但到了晚上所有的物体都变成黑色。颜色是如何呈现的？与哪些因素相关？
首先，不同的物体会有不同的颜色，所以颜色肯定与物体本身属性相关。
然后，在不同的光环境下，同一个物体会呈现不同的颜色，如下面的苹果，在灯光下和日光下颜色不同，那说明颜色的呈现于光源相关

最后，不同的人看同一个物体，也会有不一样的感受，所以颜色的呈现还与人眼相关。
由此可得，物体的颜色呈现与物体本身的属性、光源、人眼三个因素相关。如下图所示，光源照射在苹果上，人眼感受到苹果的颜色。

一、光源
科学上的定义，光是指所有的电磁波谱，按波长从大到小可分为无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线，如图1所示。一般人的眼睛所能接受的光的波长在380～760nm之间。

图1 电磁波谱
太阳是人类最大的光源，太阳聚变辐射光谱的99%以上在波长0.15～4.0微米之间，太阳光谱分布如图2所示。这些波段受大气衰减的影响程度各不相同。可见光辐射的大部分可到达地面，大部分紫外光辐射被上层大气中的臭氧吸收，到达地面的太阳辐射能量比大气上界小得多，可见光谱区约为40%，红外光谱区约为60%，紫外光含量极少。

图2 太阳光谱分布
不同的光源光谱分布不同，如白炽灯、蓝光、红光等不同的光源各个波长的成分含量不同。

白炽灯光谱

蓝光光谱

红光光谱
二、物体本身属性
当光照射在物体上时，光会发生透射、反射、散射。当光照射到透明物体时，大部分的光穿透物体，反射和散射的光线只有小部分。当光照射都非透明物体时，光大部分被反射和散射，几乎没有光透过物体。不同的物体对各个波长的透过率、反射率、折射率等属性各不同，所以呈现出不同的颜色。透明物体的颜色由透过物体的光决定，而非透明物体的颜色由反射和散射的光决定。
比如蔚蓝的天空，是由于阳光进入大气时，波长较长的色光，如红光，透过大气射向地面；而波长短的紫、蓝、青色光，碰到大气分子、冰晶、水滴等时，发生散射现象。被散射了的紫、蓝、青色光布满天空，就使天空呈现出一片蔚蓝了。
当雨后天空中充满细小的水滴，当阳光照射到这些小水滴时，不同波长的光以不同的角度散射到天空中，形成了彩虹。
三、人眼
眼是由角膜、虹膜、晶状体、睫状体和玻璃体组成的光学系统，眼球结构如图所示。带有盲点和黄斑的视网膜是感光和信号处理部分，是构成人眼视觉的关键部分；视神经与大脑是信号传输和显示系统。由于波长小于300nm和波长大于1400nm的光可被角膜、前房、晶状体、玻璃体等吸收，光辐射能到达视网膜的波长范围是300～1400nm。

图5 眼睛结构
外界物体反射来的光线，依次经过角膜、瞳孔、晶状体和玻璃体，并经过晶状体等的折射，最终落在视网膜上，形成一个物像。视网膜上有对光线敏感的细胞。这些细胞将图像信息通过视神经传给大脑的一定区域，人就产生了视觉。视觉的形成过程可表示为图6所示。

图6 视觉形成