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色彩基础知识全面了解:3 颜色形成原理分析2之生物识别感知颜色

更新时间:2015-11-11 14:56:06浏览次数:1+次

    颜色或色彩是通过眼、脑和我们的生活经验所产生的一种对光的视觉效应。简单点说,颜色就是人眼对光的一种识别,由大脑产生的一种感觉。
    感觉是一个很主观的东西,你怎么确定你看到的红色和我看到的是一样的呢?不同的生物接受到的同样的光线,其产生的感觉是不一样的。因为每一个人的视觉感知系统都是独立的,现在的科学还没有办法导出感知系统,无法分享感知系统。所以我们只能求得共鸣而无法做到完全感受一致。
    下面这个视频对此作了详细的介绍,挺不错的。先看看吧。
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    那么我们需要先假设正常人对于同一种光产生的感觉基本是一致的,才能继续讨论。
    人的视网膜上布满了感光细胞,当有光线传入人眼时,这些细胞就会将光线刺激转化为视神经的电信号,最终在大脑得到解释。
    视网膜上有两类感光细胞:视锥细胞和视杆细胞
    视锥细胞大都集中在视网膜的中央,每个视网膜大概有700万个左右。每个视锥细胞包含有一种感光色素,分别对红、绿、蓝三种光敏感。这类细胞能在较明亮的环境中提供辨别颜色和形成精细视觉的功能。这也是三原色或叫做三基色来源的根本原因。不管怎么合成颜色,最后都是用于人眼视觉的接受识别的。此细胞形成的是彩色图像,所以彩色图像就是通过三原色组合出各种颜色,才出现多姿多彩的世界,全是眼睛的视锥细胞的作用。
    视杆细胞分散分布在视网膜上,每个视网膜大概有1亿个以上。这类细胞对光线更为敏感(敏感程度是视锥细胞的100多倍),一个光子就足以激发它的活动。视杆细胞不能感受颜色、分辨精细的空间,但在较弱的光线下可以提供对环境的分辨能力(比如夜里看到物体的黑白轮廓)。这种细胞提供了对于亮度的辨别能力,也就是将色彩退化到灰度级别,也是为了适应特别的场景。因为在黑暗的条件下,生物处于休眠或者不安全的环境,只要能够识别有动静就可以为生物提供足够反馈,确保安全。在这种情况下,识别到的颜色就只是视杆细胞来处理,也就是灰度图像了。这样的画面处理的快,识别率高,可以做更加迅速的反应。
    当一束光线进入人眼后,视细胞会产生4个不同强度的信号:三种视锥细胞的信号(红绿蓝)和视感细胞的信号。这其中,只有视锥细胞产生的信号能转化为颜色的感觉。三种视锥细胞(S、M和L类型)对波长长度不同的光线会有不同的反应,每种细胞对某一段波长的光会更加敏感。S、M、L三种细胞分别是对短波、中波和长波敏感。如下图所示:
     三种视锥细胞(S、M和L类型)对波长长度不同的敏感程度
    这些信号的组合就是人眼能分辨的颜色总和,也就是人眼能够感受到的波长范围。如下图所示:
     能够引起视锥细胞活动的光波长范围 :312.3nm至745.4mn(可见光)

            能够引起视锥细胞活动的光波长范围 :312.3nm至745.4mn(可见光)


    这里有一个重要的理论:我们可以用3种精心选择的单色光来刺激视锥细胞,模拟出人眼所能感知的几乎所有的颜色(例如红绿光的混合光,和单色黄光,刺激视锥细胞产生的视神经信号是等效的),这就是颜色合成原理
    对于颜色合成的支持则是三种视锥细胞可以同时工作,同时将信号反馈给大脑得到一个综合感受。如果不是三种视锥细胞可以同时工作,多种单光也无法合成一种混合光。
    总结下,三种视锥细胞对三种波长的光识别最敏感,也就是三基色的由来。视杆细胞则是对亮度的识别,可以在黑暗环境下有效避害。三种视锥细胞同时工作就支持了光的混合信号同时接收,产生综合的感受,得到一种颜色的识别。而混合光的刺激和一种单独的混合光的刺激是等效的识别效果,这也是颜色很合配色的基础。