什么是颜色？

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什么是颜色？ [复制链接]

what is color

颜色是视网膜的视锥细胞收集到不同可见光，把光信号转化为电信号，通过视神经传到人脑后，产生的感觉。

颜色不是物质，是人脑处理过某物体发出的电磁波后的，分辨出的这种物体的属性。颜色是某物发出的可见光和人眼对可见光的响应二者共同决定的。

换句话说，颜色只是人体主观的感受。别的动物的眼睛不一定跟人看到的一样。你的照相机里拍到的颜色，跟你眼睛看到的，因为感光响应不同，所以也不完全一样。

但是由于人脑收集到信号后，其实会做归一化处理，只要三种视锥细胞都齐全，人们看到的颜色就都一样。也就是说，只要都是正常人眼（非色盲色弱），你看到的蓝色的天，和你旁边小伙伴看到的天是一个蓝色。

具体到人眼，由于正常人眼的视网膜有三种锥状细胞。分别探测长波(L)，中波(M)，短波(S)，如下图，

（来自 Stockman et al 1993, The Journal of the Optical Society of America, 图15）

实际的测量曲线中，比蓝光中较短的波段红色视锥细胞的响应也比较突出，大概是0.1，而蓝色大概是0.7-0.8。因此，你看到的violet也是蓝+红组合的结果。但是，如果你强调的是，violet是波长为380nm左右的光子的颜色，那么这样的顶一下，这个颜色确实是存在的。只是，你看到的violet的颜色并不是真实的violet的颜色。毕竟，真实的情况就是蓝＋红的组合而已。试想一下，如果红色的视锥细胞在380nm处没有一个略强的响应度，那么我们看到的彩虹最终只会止于蓝色而已。

如下图，是罗切斯特大学David Williams教授研究组发表在Nature上的人眼三种锥状细胞在视网膜上的分布（The arrangement of the three cone classes in the living human eye : Abstract : Nature）

图中颜色是根据实验后加上的，只是为了区分三种不同的锥状细胞。红色表示对长波敏感，绿色对中波敏感，蓝色对短波敏感。

每个人这三种锥状细胞的分布都不尽相同， 如下图所列的，都是有正常色觉的人眼，但是各种锥状细胞的比例差很多。

但是如果三种视锥细胞有任何一种缺失或异常，都会造成某种色盲或色弱。由于色盲基因在X染色体上，人群中，大概7%的男性，和0.5%的女性有色盲。比如某位患者说：“有这么一种颜色，有时候人们管它叫红色，有时又叫棕色，还有时叫桔色。”

人体的视觉感受，源于三种锥状细胞对辐射来的可见光的响应（具体来讲，是把开头那个响应曲线和入射来的光相乘，再对波长或频率做简单积分），这种感光细胞的响应会产生一个电信号，有视神经传给大脑。

人脑收集到视神经传来的信号后，三种锥状细胞传来的电信号的比值，决定了我们感受到的颜色。三个通道电信号的绝对值，决定了该物体颜色的亮度。

生活中的常识和实验表明，只要视觉正常，三种锥状细胞齐全，不同人对颜色的识别是非常相近的。我们都会认同，血液、草莓都是红色，给人炽烈、警觉的红色；天空、海水都是蓝色，让人安心、澄净的蓝色等等。

需要承认，即使正常人眼因为有同样的视蛋白，导致人眼的视锥细胞的感光响应相同外，人脑最终的颜色知觉（color perception）可能还是会略有差别。对同一幅桔黄色的图，一个人可能认为更偏桔色些，另一个可能认为更偏黄色一些, 但这种偏差除了相关的生物化学结构可能略有不同外，同个体的主观认知偏好也有联系。

由于人眼进化出了三种锥状细胞，能探测的所有颜色，可以表示成如下的颜色空间（CIE 1931 color space）

举个例子，红色和绿色的光可以复合成黄色，就是由于颜色是入射光和人眼的色觉响应共同作用的结果。红光（～700nm）和绿光（～500nm）同时作用在人眼时，可以产生纯黄光（～600nm）对人眼一样的刺激，这两种情况下，视网膜感光细胞输给大脑的电信号，可以相同，人脑也就不能区分这到底是混合成的黄光，还是纯黄光。

这并不是说，红光＋绿光就真的混合成黄光了。如果给你个光谱仪，你可以很轻松地分辨出这两种情况，这两种情况的物理本质还是完全不同的。只是人眼分不出而已。所谓的红绿蓝三基色的概念，也是由于人眼有三种锥状细胞，而造成的。

但并不是所有生物都是三种锥状细胞，有些鸟、鱼、两栖类、爬行类、昆虫，甚至有些极个别的人类，有四种锥状细胞。比如下图 (Tetrachromacy)

这就意味着，跟正常人眼相比，它们／他们要么能看到更多的光谱范围，比如红外光在他们眼中是可见的，要么能更细致得区分可见光区内的颜色种类。跟他们相比，正常人眼，反而有某种色盲。

比较知名的有四色型色觉的人，比如澳大利亚画家Concetta Antico。

Q&A

Q: 因为视锥细胞比例不同，所以你看到的红与我看到的不是一样的？

A: 不对。你我看到的是非常接近的红色。三种视锥细胞比例不同，但是最后大脑是三个通道比较之后，才给出颜色判断的。

Q: 我一直有疑问的是为什么颜料三原色是红黄蓝而光的三原色却是红绿蓝呢？反射和发射出来的不都是光波吗？

为何三基色不同呢？

A: 画画用的颜料三原色，是减法三原色, 指品红、青色、和黄色。是因为颜料吸收部分光，剩下的反射进入人眼。光学中的三原色，是加法三原色，红、绿、蓝，是指不同波长的光，同时被人眼吸收后，呈现的颜色。

Q：归一化处理是怎么做到的？既然人和动物对于同样的电磁波能有不同色感，那人和人之间就没有差异么？

A：人和人之间可以有差异，也就是文中的色盲或色弱。占7%的男性，和0.5%的女性。正常人眼的差异非常小。这是由于从负责感光的视蛋白到传输到视神经，再被大脑处理，这一路上的经历了非常多而复杂的生物化学过程，而每一小步都非常相似, 所以一个理性的推论是人们看到的颜色非常接近。如果非要纠缠于“子非鱼，安知鱼之乐”这样的不可知论，我也没办法。色觉说到底，和别的感觉一样，是一个个人体验的过程。科学能证实神经传输过程中间的任何一步的生物化学过程相同，进而推出感觉应该相同，但还是不能完全证明最后的主观色觉相同。

Q：短波偏蓝紫（确切说是紫），长波偏红，那么红色和紫色之间的颜色，比如玫红，在波长上是在哪边呢？

A：对于可见光区的任何一个波长（频率），都对应一个颜色。但是反过来不成立。不是每种颜色都可以找到对应的单色光的。

上文中给出的颜色空间的包络线，（向左上凸起的黑色曲线，周围有对应蓝色数字表示波长）就是单色光可能的颜色。比如钠黄光就包含单色性较高的589.0纳米 and 589.6纳米，两条纯黄光。

比如玫红、棕色等颜色，不能用单一波长实现，是多种波长混合，一起对感光细胞刺激的结果。