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(24)1 1=1?!《颜色-不是你想象的那样》

什么时候会存在 1 1=1呢?

数学证明?

1滴水 1滴水=1滴水?可是这滴水是一大滴水咯。

那么如果红光 绿光呢?

下面从物理学和神经科学两方面来解释。


1、用物理学来解释


光可以看做由不同波长所组成的电磁波(波粒二象性)。每种波都会有特定的波长——两个波谷之间的距离。但如果使用激光枪,激光发射器等等,只有一个固定的波长,所以只能看到一个颜色。


我们所看到的颜色,仅仅是光的其中一小部分波长而已。看到的颜色取决于光的波长——光谱

【在公众号“领略色彩之雅”中回复“编码”可以看到关于可见光谱的独特解读】

波长520nm代表的是绿色,波长580nm代表的是黄色,波长650nm代表的是红色。



如下图,两个波长(520nm和650nm)混合成一个波长(580nm),跟单个波长(580nm)是一样的颜色,起码肉眼分不清。


这种有不同波长构成的光呈现出一样的颜色,叫做条件等色,或者说是同色异谱

【在公众号“领略色彩之雅”中回复“同色”可以看到关于避免同色异谱的调色方法】


这种同色异谱现象不是用物理学能解释清楚,必须用神经科学来解释。


 2、用神经科学来解释 


当光进入到眼睛,刺激视网膜——眼睛后面的一层神经薄膜。视网膜里面包含感光细胞(光感受器)。感光细胞可以将进来的光转化成电信号。在白天,起作用的是叫做锥体细胞(视锥细胞)的感光细胞。研究人员记录了受单个波长的光刺激单个椎体细胞而产生的电信号,并且保持亮度的情况下通过改变波长而得到了一个光谱响应曲线(spectral response curve )

【在公众号“领略色彩之雅”中回复“感光”可以看到关于感光细胞有趣的介绍】


如下图,这个曲线显示了椎体细胞的响应与波长的函数关系。对于这个椎体细胞,它对响应峰值在430nm的波长上。

这个椎体细胞只是三种椎体细胞中的其中一种。每一种椎体细胞都有相同的光谱响应曲线。这些椎体细胞的命名跟衣服尺寸命名是一样的(S、M、L),因为这三种椎体细胞的光谱响应曲线的峰值分别在短(S)、中(M)、长(L)波段


总之,我们对颜色的感知是基于你眼睛的视网膜上椎体细胞的响应。


(1)在520nm波长的光,L和M椎体细胞的光谱响应是等高的,也就是说,L和M椎体细胞对520nm波长的光的响应是一样的,520nm波长的光对L和M椎体细胞的刺激是一样的。

(2)580nm波长的光对L椎体细胞的刺激程度要比M椎体细胞的高一点(通过计算比例对比)

(L椎体细胞对580nm波长的光的响应程度比M椎体细胞高一点)

(3)650nm波长的光对L椎体细胞的刺激程度要比M椎体细胞的高很多(通过计算比例对比)

(L椎体细胞对580nm波长的光的响应程度比M椎体细胞高很多)


这些光谱响应曲线是根据椎体细胞对单个波长的光的响应而得出的。但是,如果用混合波长的光来刺激椎体细胞呢?


所以现在假设,椎体细胞对混合波长的光的响应,是这些混合波长中的单个波长的刺激的加和。这个假设就是线性叠加原理


这是L和M椎体细胞分别对520nm和650nm波长的光的相对响应值。

如果我们把这些响应加和在一起,我们得到对这两个波长光的混合体的响应。

520nm和650nm波长的相对响应值线性叠加起来,跟椎体细胞对580nm的光的响应差不多(M和L相对比例一致)

这就是为什么我们说将520nm(绿)和650nm(红)的光混合在一起可以得到一个580nm(黄)的光。红 绿=黄,也就是1 1=1


3、总结


  • 我们对颜色的感知是基于视网膜上椎体细胞对光的响应;

  • 有三种椎体细胞:S、M、L;

  • 尽管光有一个波长还是上亿个波长,椎体细胞对光的响应只需要描述成三个数字(S、M、L先相对响应值);

  • 如果某几个物体对椎体细胞的刺激是一样的,不管他们是否包含不同的波长刺激,我们都会认为他们的颜色是一样的——这就是条件等色,或者说是同色异谱;

  • 通过三种椎体细胞的光谱响应曲线可以猜想颜色的混合,正如之前的例子,红光 绿光=黄光。



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