上一节中简要分析了颜色三要素，可以看出颜色的区别源于反射物体的性质以及光线的变化，那么人眼又是如何感知这种变化并区分颜色呢？本节将介绍人眼视觉系统感知颜色的过程和特性。
1.亮度变化与视觉感知系统
在黑暗的环境中，无法看清周围物体的形状和颜色，是因为没有足够的光线进入人眼。在白天能看到不同物体的不同颜色，是由于不同物体的表面具有吸收和反射不同光线的能力。进入人眼的光不同，看到的颜色也不同。因此，色彩的发生，是光对人的视觉系统和大脑产生作用的结果，是一种视知觉。感知颜色的过程，可以总结为“光—眼—神经”的过程。
2.人眼辨色力
人眼可感知380～780 nm范围内的可见光谱刺激，并可在产生亮度反应的同时感知色彩。大量试验表明，人眼能分辨128种不同的色调，10～30种不同的饱和度，35万种颜色。除此以外，人眼对亮度非常敏感，眼睛在白天的光照强度下很容易分辨各种颜色，然而在光线昏暗的夜间，对于颜色的分辨能力大为降低，无法很好地区别各种相近颜色。究其原因，是由人眼特殊的生理构造决定的。
3.人眼感知颜色特性分析
研究表明，人眼视网膜中存在分别对红、绿、蓝颜色特别敏感的三种锥体细胞，以及对颜色不敏感、仅在光功率极端低下的条件下工作的杆状细胞，这些锥体细胞和杆状细胞组成视网膜上的神经元，人眼通过这些神经元感知外部世界的颜色。因此，可以说颜色是视觉系统对可见光的感知结果。如图4-4所示，红、绿和蓝三种锥体细胞对不同频率的光的感知程度不同，对不同亮度的光线的感知程度也不同。自然界中的光线往往不是单一波长的光，而是受不同光源、反射物体的影响，由许多不同波长的光组合而成的。红、绿、蓝构成光线的三基色，这三种光线以不同的比率融合，组成新的颜色光，人眼只需通过红、绿、蓝三种锥体细胞即可感知大千世界的诸般颜色。机器视觉模仿人眼的感知系统，通过红、绿、蓝三基色的融合表示不同颜色，这三种颜色也就构成了最常用的颜色模型——RGB颜色模型，因此，可以使用图像处理技术来降低数据量而不使人感到图像质量明显下降。
图4-4 视觉系统对颜色和亮度的响应特性
综上所述，自然界中的任何一种颜色都可由R、G、B这三种颜色混合组成，它们共同构成一个三维的RGB矢量空间，空间中任意分量的取值均不同，得到的颜色也就各不相同。选取基色波长为700 nm（红色）、546.1 nm（绿色）和435.8 nm（蓝色）时，混色产生不同波长的光波所需的三种基色取值如图4-5所示。图中的纵坐标表示标称单位光强度，横坐标表示波长，负值表示某些波长（即颜色）不能精确地通过相加混色得到。注意，此处的三基色是光线的三基色，即光学三原色（光源的颜色叠加，只会越来越亮），遵循颜色加法原理而不是颜色减法原理（如印刷三原色），因此，使用等能量的三基色光混合可产生等能量的白光而不是黑色。
图4-5 产生波长不同的光所需要的三基色值
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