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為什么我們眼中的世界是多彩的?——物體顏色的產生

大自然賦予了我們多彩的世界,讓我們的生活非常精彩。那么我們日常看到的物體的顏色是如何產生的?


物體顏色的產生
大自然賦予了我們多彩的世界,讓我們的生活非常精彩。那么我們日常看到的物體的顏色是如何產生的?物體顏色形成并被感知需要三個基本要素:光源,物體和觀察者。
1.光源
我們看到的白光都是復合光,是由紅橙黃綠藍靛紫等色光混和而成的。

牛頓通過光的色散實驗發現并驗證了這個說法。在這個實驗中,白光從一側射入三棱鏡,經過兩次折射,在另一側折射出的光分解成了各種顏色的光。

不同種類的光源分解出的各色光的比例是不同的;由于可見光也是一種電磁波,分解出的不同色光我們可以按照不同的波長進行分類。

根據不同波長的能量大小,可以繪制出這種光源的光譜功率分布圖,作為這種光源的特性表征。


2.物體
物體有很多特性,比如尺寸、形狀、光澤、手感等,其中還有一種重要特性是顏色。
當白光照射在非透明物體表面上時,物體會產生光的鏡面反射、散射和吸收,這些光的反應在不同波段是不均勻的,甚至在不同角度的反應也不相同,這些就形成了物體的顏色特征。
這種特性可以用反射率曲線來準確表示,這個曲線是與光源無關的。
有證據表明,所有的物體都會產生散射,而且這種散射是不均勻的,如何把各個方向的散射強度進行數據化,這些數據將可以代表這個材料或物體的具有獨一性的屬性,類似于人的指紋可以對物體進行標定。
由于這種測量需要復雜的照明系統和復雜的接受系統,數據量也將非常龐大,當前尚無完整的測量方案。

3..眼睛
眼睛是人類精密的器官之一,一般認為視網膜上有四種感光細胞,分別對紅、綠、藍、弱光進行感知,產生刺激,這種刺激后傳遞到大腦中進行混合,后產生顏色的感覺。根據色光加色法原理,這種組成結構可以對所有色光進行感知。


世界上沒有兩片相同的樹葉,同理也沒有兩雙相同的眼睛。所以即使相同的光射入人眼,不同人的感覺還是不同的。
當人眼某種或某幾種感光細胞產生損傷時,就會產生不同類型的色盲或色弱,從而造成顏色感覺偏差。有統計表明,12名男性中便有一名有色覺缺陷,而女性的比例則是1/255

4.顏色的產生
光源發出含有各色光的白光,照射在物體上;物體會對光進行選擇性的吸收和散射;散射的光傳播到人眼,刺激視覺神經從而產生顏色的感受。
所以我們看到的顏色(色光)并不是物體發出的,物體只是對光源的光進行了選擇性的吸收和散射;射入我們眼睛的光線其實是光源色光的一部分。
所以嚴格地講,我們看到的物體的顏色取決于光源的顏色,如果光源的顏色發生變化,物體的顏色也會發生變化。日常生活中我們說某一物體是什么顏色,指的是它在白光下我們看到的顏色。
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小結

1. 物體顏色形成并被感知需要三個基本要素:光源,物體和觀察者。
2. 白光都是復合光。是由紅橙黃綠藍靛紫等色光混合而成的,不同種類的光源分解出的各色光的比例是不同的。
3. 物體對光的鏡面反射、散射和吸收特性的差異造成物體顏色不同,這些特性在光的不同波段是不同的,甚至在不同角度的反應也不相同,這些就形成了物體的顏色特征。
4. 視網膜上有四種感光細胞,分別對紅、綠、藍、弱光進行感知,產生刺激,這種刺激后傳遞到大腦中進行混合,后產生顏色的感覺。
5. 我們看到的顏色(色光)并不是物體發出的,物體只是對光源的光進行了選擇性的吸收和散射。
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