颜 色 的 科 学

在那遥远的童年，当你拿起画笔尽情创作的时候，你有没有想过这个世界为什么有这么多绚丽的色彩呢？下面我们就从科学的角度来聊一聊这些身边的颜色。

图一：彩色铅笔

颜色是什么？

颜色是光被眼睛接收后产生的感觉。你应该听说过：光是一种电磁波。对我们人类产生视觉反应的电磁波的波长在400 nm(纳米)至700 nm之间。我们之所以会产生千差万别的颜色感觉，是因为这个区间中，每一种波长的光所含能量不同（也就是光谱成分不同）。人类对于颜色的感知是大脑将眼睛接收到的光线经过处理产生的一种感觉，然后将这种感觉归类成红、橙、黄、军绿、深空灰、土豪金等等颜色。说到接收光线，就不得不提到视网膜上的视锥细胞（Cone Cell）。人眼中一般有S、M、L三种视锥细胞，如图二所示，它们分别负责感受可见光中的短、中、长波段的光。如果进入人眼的是波长较长的650 nm的光，那么大脑接收到的视觉信号主要来自L型视锥细胞，就会产生红色的色觉；对于波长为590 nm的光来说，L、M型视锥细胞都会产生信号，使我们产生黄色的色觉。

图二：三种视锥细胞的敏感曲线[1]

世间的万紫千红——复合光

以上只是针对只含有一种光谱成分的单色光进行的讨论，如果光谱中存在一种以上的光谱成分，就被称作复合光。通常的彩色屏幕只有红、绿、蓝三种颜色的像素。如图三所示，当红色与绿色同时开启且亮度相等时，我们就感觉到了黄色。这种黄色复合光给人的感觉与590 nm的单色光相差无几。红绿蓝这三种颜色两两开启，还能得到品红与青色；当三种颜色同时开启，我们就看到了白色。当然，这三种颜色以不同的亮度组合起来，就有上百万种颜色。

图三：红绿蓝三原色的作用[2]

图四中的彩色区域表示人眼能看到的相同亮度下的所有颜色。这个彩色区域由一条弧线和一条直线围成。弧线上的颜色为单色光的颜色，直线上的颜色是从红色到品红色再到蓝色的过渡色，由于涉及到S与L视锥细胞同时受到激发，所以除了两个端点，这条直线上的颜色的光一定是复合光。在这个区域中，边缘的颜色都十分鲜艳，越靠近中心越淡，而在区域的最中心就是白色。例如从区域的右下角向中心过度，你会先后看到鲜红，粉红以及白色。当然，这个图并不能表示颜色的深浅，也就是说上面没有诸如深红、黑色等颜色。图中的sRGB三角区域是现在很多高级显示屏使用的色彩空间，理论上这种显示屏可以显示该三角区域所有颜色，至于实际效果嘛，要看显示屏上的红绿蓝三原色够不够“纯”了。