嚴浩

人眼中的世界是五顏六色的，正是這樣的多彩和繽紛讓我們感受到了生活的美好。當你拿起畫筆盡情創(chuàng)作的時候，有沒有想過， 這個世界為什么有這么多絢麗的色彩呢？光是我們能看到色彩的前提。那么，如果沒有光，顏色還存在嗎？

顏色是什么？

顏色是什么？它是真實存在的嗎？其實，顏色是一種感覺，是光被眼睛接收后在大腦中產(chǎn)生的感覺。

你應(yīng)該聽說過，光是一種電磁波。能夠讓人類產(chǎn)生視覺反應(yīng)的電磁波的波長在400～700納米之間。我們之所以會產(chǎn)生千差萬別的顏色感覺，是因為在這個區(qū)間，每一種波長的光所含的能量不同（也就是光譜成分不同）。人類對顏色的感知，是大腦將眼睛接收到的光線經(jīng)過處理所產(chǎn)生的一種感覺，然后，我們將這種感覺定義成紅、橙、黃、綠、灰、金等顏色。

說到接收光線，就不得不提到視網(wǎng)膜上的視錐細胞。人眼中一般有S、M、L共3種視錐細胞，它們分別負責感受可見光中的短、中、長波段的光。如果進入人眼的是波長較長的650納米的光，那么大腦接收到的視覺信號就主要來自L型視錐細胞，人就會產(chǎn)生紅色的色覺；對波長為590納米的光來說，L、M 型視錐細胞都會產(chǎn)生信號，這就會使我們產(chǎn)生黃色的色覺；如果是波長為450納米的光照到視網(wǎng)膜，則會激發(fā)S型視錐細胞，讓人產(chǎn)生藍色的視覺。值得注意的是，波長為400納米的光在激發(fā)S 型視錐細胞的同時，還會捎帶著激發(fā)L 型細胞，讓我們產(chǎn)生紫色（紫羅蘭色）的視覺。

世間的萬紫千紅——復合光

以上只是針對只含有一種光譜成分的單色光進行的討論。如果光譜中存在一種以上的光譜成分，就被稱作復合光。

每種光對3種視錐細胞的激發(fā)程度不同，就讓我們產(chǎn)生了不同的色覺。

那么，是否只要將光譜成分重現(xiàn)，我們就能還原出相應(yīng)的色彩呢？答案是肯定的，但并不可行。試想一下，以這種方式重現(xiàn)色彩，我們要在400～700納米的光譜區(qū)間里，控制多少個變量？事實上，通常的彩色屏幕只有紅、綠、藍3種顏色的子像素（有些顯示屏加入了黃色或白色）。

當紅色與綠色同時開啟且亮度相等時，我們就感覺到了黃色，這種黃色復合光給人的感覺與590納米的單色光相差無幾。紅、綠、藍這3種顏色兩兩開啟，還能得到品紅與青色；當3種顏色同時開啟，我們就看到了白色；而當這3種顏色以不同的亮度組合起來，就會產(chǎn)生上百萬種顏色。

如果你有些彩繪的經(jīng)驗，你可能會說，只要有紅、黃、藍3種顏料，就能調(diào)出所有顏色。事實差不多是這樣的，不過要糾正的一點是，這3種顏料是品紅、黃和青色，也就是上圖中任意兩個顏色疊加的顏色。和sRGB 一樣，這種CMYK 色空間也不能表現(xiàn)所有顏色。

CMYK是彩色印刷時采用的一種套色模式，利用色料的三原色混色原理，加上黑色油墨，用C（cya n，青）、M（magenta，品紅）、Y（yellow，黃）、K（black，黑，此處縮寫使用字母k ，是因為在整體色彩學中已經(jīng)將B 定義為RGB中的blue藍色）4種顏色混合疊加，形成所謂“全彩印刷”。理想的C MYK的印刷效果應(yīng)該完全等同于RGB三色光的呈現(xiàn)效果，但實際上一般彩色印刷/ 噴墨/ 激光所使用的C MYK色料均有不同程度的色偏現(xiàn)象，印刷實際形成的色彩空間遠小于RGB。

RGB是工業(yè)界普遍采用的一種顏色標準，是通過對紅（ R，red ）、綠（ G，green ）、藍（ B，blue ） 三個顏色通道的變化和相互疊加來得到各式各樣的顏色。這個標準幾乎包括了人類視力所能感知的所有顏色，是運用最廣的顏色系統(tǒng)之一。電子顯示器大都采用RGB顏色標準。s RGB （ 即standard RGB ） 是由微軟聯(lián)合惠普、三菱、愛普生等廠商共同開發(fā)的一種通用色彩標準，受到絕大多數(shù)數(shù)碼圖像采集設(shè)備廠商的支持，對數(shù)碼用戶，以及色彩相關(guān)的行業(yè)用戶有著“統(tǒng)一語言”的作用。

你看到的白是什么白？

下面要聊一聊白色了。

太陽是自然界最主要的白色光源，太陽光就是白色的，由紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫7種顏色復合而成。那么，這些顏色的混合比例是怎樣的呢？在太陽的光譜圖中，展示了太陽從紅外到紫外區(qū)域的所有光譜。圖中的外包絡(luò)線是太陽的發(fā)射光譜，當陽光經(jīng)過大氣層的吸收與散射后，我們在地面得到的就是圖中內(nèi)層的光譜，其中能量最高的地方正好在可見光波段的綠色區(qū)域附近。除了可見光以外，太陽光譜在近紅外和紫外波段也有可觀的能量。

我們身邊有很多白色的物體，但如果把它們放在一起對比，肯定會發(fā)現(xiàn)“白”得各不相同，有的發(fā)藍，有的泛黃。以照明設(shè)施來說，電燈泡就是那個泛黃的，而熒光燈顯得更白一些。我們對白色還有另一種更具體的描述——色溫，即高溫下黑體輻射光的顏色，以開爾文（K）為單位。剛出爐的熱鋼鐵是紅色的，對應(yīng)的色溫比較低，可能在2000K（即1726.85℃）左右；而約3000K（即2726.85℃）的液態(tài)鋼是略帶點黃的白色，與燈泡的顏色差不多；至于科教片中巨大的淡藍色恒星，它的表面溫度在7000K（即6726.85℃）以上，比我們太陽的表面溫度還要高。

通常情況下，3000～6000K的黑體輻射光，以及能夠產(chǎn)生相同色覺的其他復合光都可以稱為白光。其中，偏黃一些的色溫較低，偏藍一些的色溫較高，恰好與我們對冷暖色的定義相反。

就上面提到的白色光源而言，燈泡是通過電流在燈絲上產(chǎn)生高溫而發(fā)光的，它的色溫與燈絲的溫度是一樣的。但熒光燈不同，它屬于冷光源，發(fā)光過程是通過電子與汞原子的作用先產(chǎn)生紫外線，然后讓紫外線照射到熒光物質(zhì)上，發(fā)出紅、綠、藍3種顏色的熒光，從而使人產(chǎn)生白色色覺。很多LED 燈也是先產(chǎn)生紫外線，然后通過3種顏色的熒光物質(zhì)產(chǎn)生白色。

雖然都是白光光源，但由于光源光譜成分的缺失，相比陽光，熒光燈和LED 燈照耀的物體顏色會顯得不自然。假設(shè)某個鮮艷的黃色物體只反射590納米附近的黃色光，那么在熒光燈下，由于照明光中590納米的光譜成分很少，這個物體的顏色就會顯得黯淡。所以說，在熒光燈下拍照，或是自拍時使用手機屏幕補光，都不是什么好主意。

你說的黑是什么黑？

我們看到的白不一定是同一種白，那么，我們眼前的黑，是否真的就是漆黑一片呢？

你一定見過紅外監(jiān)控攝像機，它是很多場所的重要安保設(shè)備。這種攝像機即使在黑暗中，也能夠發(fā)射紅外線照明，然后通過拍攝紅外線進行錄像，只是我們的肉眼很難看到紅外線。

同樣的，由于人眼對紫外線也不敏感，所以如果光譜中只有紫外線，我們?nèi)庋劭吹降倪€是漆黑一片。但是，紫外線有一點與紅外線不同，它與物體作用時很容易轉(zhuǎn)化成可見光。紫外線的光子具有很高的能量，當它被物質(zhì)吸收時，能夠通過熒光過程產(chǎn)生能量較低的可見光光子，從而被人眼接收到。舉個例子，紫外驗鈔機的光看起來很暗，因為其光譜成分主要是我們看不到的紫外線加上少量的藍紫光。當這些紫外線在鈔票的防偽區(qū)通過熒光轉(zhuǎn)化成可見光時，我們就會覺得這個區(qū)域特別亮。

另外，不同的動物對光波的感受范圍也不一樣。一些動物，例如鳥類，就有紅外或紫外視覺，它們眼中的世界和我們的有很大不同。

動物的色彩世界

你是否有過這樣的好奇：人類為什么擁有這樣的視覺？

在人類的可見光波段，太陽光的強度最強，因此，在這個波段產(chǎn)生視覺是最有效的。而色覺依賴于我們大腦中的視錐細胞的種類。

很多種類的動物都擁有4種視錐細胞，具有四色視覺，相比只擁有3種視錐細胞的人類，它們可以感受到更豐富的色彩。這些動物包括絕大多數(shù)爬行類、鳥類和昆蟲。而在演化的道路上，絕大多數(shù)哺乳類動物則失去了部分種類的視錐細胞和一些分辨顏色的能力。除靈長類以外，大多數(shù)陸地哺乳類動物只有兩種視錐細胞，而多數(shù)海洋哺乳類動物甚至不能區(qū)分顏色。

那么，人類為什么會有3種視錐細胞呢？這與開花植物有著不可分割的聯(lián)系。

在動物世界中，你可能會看到，猩猩在森林里游蕩，以水果為食，飽餐之后，將果核隨手扔了出去。植物充分利用了這種習性，將自己的種子傳播到更遠的地方，避免了同類競爭。但是，如果還未成熟的果實被摘走，這對植物來說可就不值當了。所以，植物通過兩種方式引導動物去采摘成熟的果實。

第一種方式是果實顏色的轉(zhuǎn)變。多數(shù)果實在成熟之前是綠色的，而成熟之后會變成黃色或紅色，這在綠葉叢中非常鮮艷，仿佛是在推廣自己一樣。第二種方式是果實口味的轉(zhuǎn)變。果子在成熟之前非常酸澀，而成熟之后在激素的作用下，迅速轉(zhuǎn)化成甜味，通過這種方式，植物成功地告訴取食者，一定要分清果實是否成熟。在這樣的自然選擇下，少數(shù)具有3種視錐細胞的個體因為能夠分辨食物的顏色，更具競爭力。久而久之，我們的祖先經(jīng)過自然篩選，大部分都具有了3種視錐細胞。而這種篩選并不絕對，因此，在現(xiàn)代人的群體中，還有相當數(shù)量的人缺少三色視覺基因，表現(xiàn)為紅綠色盲。當然，據(jù)說還有極少數(shù)人具有四色視覺。

看完上面的靈長類與果樹的例子，你可能會問：具有紫外視覺對那些動物有什么好處呢？這個答案還是和開花植物有關(guān)。

在我們?nèi)祟惪磥?，五顏六色的花朵令人賞心悅目。對那些以花粉、花蜜為食的昆蟲來說，準確找到食物的位置十分重要，在這個過程中，反射紫外光線的花瓣就扮演著機場跑道指示燈的角色。而對捕食昆蟲的鳥類而言，擁有紫外視覺，可以幫助它們發(fā)現(xiàn)獵物的蹤跡。

怎樣才能看到紫外光？

為什么我們?nèi)祟悰]有紫外視覺呢？

首先要指出的是，人眼想要增加紫外視覺，就要以犧牲視力為代價。在可見光光線進入人眼的過程中，要經(jīng)過角膜、晶狀體、玻璃體這些透明的物質(zhì)，最后到達視網(wǎng)膜，被感光細胞接收。但對紫外線而言，這些物質(zhì)就不那么透明了，特別是玻璃體，由于它的厚度最大，對紫外線的吸收也最多，這會導致到達視網(wǎng)膜的紫外線太弱，不能引起視覺反應(yīng)。而一些研究表明，鳥類中具有紫外視覺的物種眼球都比較小，使紫外線在玻璃體內(nèi)的衰減減少，從而有效到達視網(wǎng)膜，產(chǎn)生視覺反應(yīng)。

如果將人眼中的玻璃體更換為對紫外線更透明的人造玻璃體，紫外線的確可以引起視覺反應(yīng)。事實上，這正是治療白內(nèi)障的一種手術(shù)手段。不過這并不會使人看到更豐富的顏色，因為視錐細胞并沒有改變。而且根據(jù)患者的描述，在紫外線較強的環(huán)境下，視覺非常模糊。由于紫外線的折射率比可見光小得多，人眼很難對其成像。同時，由于紫外線光子具有更大的能量，它對視網(wǎng)膜的破壞力也不容忽視，對平均壽命達數(shù)十歲的物種而言，過早失明可不是什么好事情。

不可描述的顏色

前面提到，我們看到的顏色其實并不能很好地描述光譜，反過來，我們生活中所能看到的顏色也絕不是光譜可以描述清楚的。

當你走進4S 店，或者在看某些手機的發(fā)布會時會發(fā)現(xiàn)，世界上的顏色還真多呢。色覺是大腦對視覺信號綜合處理的結(jié)果，除了3種視錐細胞感受的光強以外，還包含對圖像整體處理的結(jié)果。

比如，銀色和灰白色的光譜成分差別不是很大，但是灰色物體對光的反射為漫反射，銀色物體對光的反射介于漫反射與鏡面反射之間，使物體具有金屬光澤。

說到光澤，不得不提到珍珠。珍珠的光澤與普通物體完全不同，而且有一些還泛著彩色的光澤。這種光澤是由衍射現(xiàn)象產(chǎn)生的，與珍珠表面的結(jié)構(gòu)密不可分。當光線到達珍珠表面后，除了以反射角出射以外，由于珍珠表面結(jié)構(gòu)的衍射作用，光線還從其他角度出射，所以即便在單一光源下，珍珠也具有不止一個高光區(qū)域。這種衍射現(xiàn)象與五顏六色的CD 光盤的反光也很相似，但是由于珍珠的結(jié)構(gòu)不是特別規(guī)則，它的彩虹色光澤也就更柔和自然一些。

衍射現(xiàn)象在自然界十分常見，例如某些甲蟲的外殼、蝴蝶的翅膀、孔雀的尾羽等，要么呈現(xiàn)出華麗的閃光色，要么呈現(xiàn)出璀璨的彩虹色。而我們常用的記號筆可以畫出高亮度的熒光色，是紫外線轉(zhuǎn)化為可見光的結(jié)果。

我們眼中之所以有這么豐富的顏色，是千變?nèi)f化的光譜與多種多樣的物體質(zhì)地相互組合的結(jié)果。隨著科技的發(fā)展，光也許會以更奇妙的形式被人們操縱，到那時，也許會有新的顏色被定義。

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