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光与颜色

本篇文章,我基于 Colours of light 翻译和改写。相关内容版权归原作者所有,本文只为科普,不做任何商业用途。 原文地址:https://www.sciencelearn.org.nz/resources/47-colours-of-light

可见光

可见光是人的眼睛能都看到的光,是从人类的角度下的定义。

光由不同波长的光波组成,每一种光波呈现一种特定的颜色。人类肉眼所看到的“颜色”,其实就是反射到我们眼睛中的特定的波长的光波所造成的现象。

上图:可见光谱。可见光谱展示了呈现不同颜色的光波的波长,可见光谱范围从深红色的700nm一直到紫色的400nm。

光波可以算是电磁波的一部分。完整的电磁波的范围包括了从最短的波长(gamma 射线)到最长的波长(无线电波)。可见光是在电磁波范围内,人类肉眼可以感知和察觉到的一部分。

可见光波由不同波长的光波组成,不同波长的光波各自呈现不同的颜色。人类可见光波的范围是从深红色的700nm一直到紫色的400nm。我们看到的这些颜色的一个体现就是彩虹。当所有带颜色的光波混在一起的时候,就变成了白光。

白光由彩虹上的所有颜色的光汇聚而成,说明了白光包含了所有波长的光波,所以它被叫做“多色光”。阳光或者手电光都是多色光。

激光是单色光,它只有一种颜色。(激光非常危险因为它可以对眼睛造成永久的伤害,所以一定不要用激光去直接照射任何人的眼睛。)

光谱

光学频谱,简称光谱,是复色光通过色散系统(如光栅、棱镜)进行分光后,依照光的波长(或频率)的大小顺次排列形成的图案。

这个概念是在17世纪由艾萨克·牛顿提出的。

物体的颜色

物体之所以呈现出不同的颜色是因为它们吸收了一部分颜色(即吸收了一部分特定波长的光波),然后反射或者传送了其它的颜色。

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举个例子来说,一件红色衬衫看起来是红色的,是因为衣物纤维中的染料分子吸收了光波光谱中除了红色光波的所有其它光波,红色光波是在衬衫上唯一被反射的。

如果只有一束蓝光照射在红色的衬衫上,那么红衬衫看起来则是黑色的,因为蓝色的光波将被衬衫所吸收,而且也没有红色的光波可以被反射。

白色的东西看起来是白的,是因为它反射了所有的光波;黑色的东西看起来是黑的,是因为它吸收了所有的光波且没有光波可以被反射。

人眼的色彩感知

图片出处:https://askabiologist.asu.edu/rods-and-cones

人类的视网膜上包含了两种感光细胞:视锥细胞(Cone)和视杆细胞(Rod)。视锥细胞感知色彩,视杆细胞感知黑白灰。视锥细胞只有在光线充足的时候它才能正常工作,如果是在特别暗的环境里,它就停工了。这就是为啥在夜里我们看东西都灰突突的且看不见丰富的颜色了。

在我们的视网膜上,有三种视锥细胞,它们分别负责感知可见光谱中的短的、中等的、长的光波。按照惯例来说,它们被分别看做是蓝色感光、绿色感光和红色感光细胞,其实他们不光只是感知这三种颜色,而是每个人各自负责一个范围。

这三种颜色传感器把信号传送给我们的大脑,大脑就把这些信号识别为不同的颜色。有研究表明人类可以识别多大一千多万种颜色,

混色 / 调色

加色法

光的三原色是 红、绿、蓝。不同比例的混合这三种颜色就可以产生我们能看到的所有的光中的颜色。最好的例子就是电视机屏幕、电脑显示器、手机屏幕。拿个放大镜观察电视机屏幕,就会发现只有三个颜色的发光点。举例来说,红光和绿光混在一起产生了我们大脑认为的黄色光。

此处可参考我翻译/改写的另一篇文章《PPI, DPI 与图像在手机、电脑屏幕上的显示》中的“显示设备的物理像素点”的部分。

当色光被混合在一起,这叫做“加色法”。红、绿、蓝是加色法中的三原色。如果屏幕上这三个色点同时发光,那么我们就看见了白色。

减色法

当我们混合颜料的时候,情形就不一样了。每一种颜料呈现不同的颜色,是因为它们吸收了一部分颜色,之后反射了剩下的颜色。每次在现有的颜料中加入一种新的颜色,就意味着有更多的颜色被吸收,同时更少的颜色被反射。所以换句话讲–调色的时候,我们真正“混合”的,其实是被吸收的那些颜色,而不是被反射(看到)的那些颜色。

所以我们把用颜料调色称作“减色法”。

理论上来说,减色法的三原色是红、黄、蓝。它们的纯色的视觉效果接近光谱色中的红黄蓝。理论上来说,混合这三种颜色会得到黑色,但是由于实际中的颜料的化学结构的问题,混合红、黄、蓝只会得到很混浊的类似于黑色的颜色。

打印机和四色印刷中的颜色是CMYK,即,青色,品红,黄色,黑色。它们是印刷机的原色,但注意它们并不是真正意义上的“调色”,即混合–印刷中红色是由品红和黄色生成,但不是把它俩混合在一起,而是先印上一个,再在上面再印一层。

图片出处:http://www.webexhibits.org/causesofcolor/1BA.html

一个有趣的实验:找几张不同颜色的玻璃纸,拿起一张放在眼前观察环境,看看哪些颜色变化了,哪些颜色还和之前差不多。琢磨一下有哪些颜色被吸收了。


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