光波与颜色

第四节　光波与颜色

颜色的起源

我们知道，将一束白光通过三棱镜后，形成一条彩色的光带，即棱镜色散光谱。光谱的产生表明了自光不是单色的，而是由各种色光混合成的。各种单色光通过棱镜时偏折的角度是不同的，这说明各色光以相同的入射角射人棱镜时产生的折射角不同，可见棱镜材料对于不同的色光有不同的折射率。这种色散现象和颜色与折射率的对应关系最早是牛顿用太阳光通过三棱镜色散实验总结出来的。某种介质的折射率，等于光在真空中的速度c与光在这种介质中的速度υ之比，即n＝c／υ各种光在真空中传播的速度相同，而在同一介质中的传播速度不同。紫光的传播速度最小，它对介质的折射率就最大；红光的传播速度最大，它对介质的折射率就最小。所以白光通过三棱镜后才会发生色散。牛顿找到的颜色与折射率的对应关系正是颜色起源的正确方向。

光的三原色

色彩并非存在于物体本身，而是光作用的结果。虽然牛顿证明了可视光谱上的七个不同颜色的长短光波结合在一起即形成白光，但其实只需要红、绿、蓝三光波就可以产生自光。红、绿、蓝三种颜色是按一定比例混合后得到其他不同颜色的基本颜色，故被称作光的三原色。

当光波投射在物体上后，该物质会传送、吸收或反射不同部分的光波。不同的物体对光波传送、吸收或反射的性质不同，如果该物体只对某种光波反射，而吸收了其他的波长，则人看到该光波对应的颜色。例如，一个物体反射了红光但吸收了其他的波长，这时候人们的视网膜和脑部视觉皮质区会处理此反射光，形成我们所看到的颜色是红色。画布或纸张上的颜色也是对此过程的仿真。

当然，不论是反射自物体或是发射自光源本身，我们处理光波的能力都是靠视网膜和脑部的视觉皮质区。视网膜内有三个接收器（或者说是锥细胞）可响应某些光波的频率。红色锥细胞能感应低频率的波长，绿色锥细胞反应的是中频率的波长，蓝色锥细胞反应的是高频率的波长。这些锥细胞的运作并非二元性的，而是类似频道一样，可将刺激分别传达至脑部的视觉皮质区，经过处理后才产生出我们所看到的颜色。

混色法

采用增减光波的方式，把不同颜色混合在一起，让人体内的视觉接收器只反应到某些光波，从而产生新的颜色，这种方法称为混色法。混色法分为加色法和减色法。

加色法是利用增加光波的方式来产生颜色。例如，把红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫等不同颜色的光波混合形成白光。又如，彩色电视机的电子光枪只能发出三种颜色：红、绿、蓝，将这三种颜色通过加色法可合成出在自然界常见的大多数色彩。舞台灯光也是利用加色法来产生五彩缤纷的颜色的。在加色法系统中，混合任两个原色，就会产生三个次原色：青、洋红、黄。将光的三原色加在一起就可以做出白光，如果完全拿掉这三原色的光，则产生黑色。

减色法就是使用减少光波的方式来产生。在彩色印刷、绘画和电影中就是利用减色法来表现出某种颜色的。由于物体颜色来自于反射的光波，可使用三原色来吸收物体的红、绿或蓝光。例如，如果减少了红光，那么多余的绿色波和蓝色波就会产生青色。又如，用来除去红光、反射绿、蓝光的颜料就会显示青色。平面印刷设计师会使用洋红来吸收掉一部分的绿光，以及使用黄光来吸收掉一部分的蓝光。

为了便于记忆加色法和减色法规律，人们利用如下图所示的颜色环来直观地表达各种颜色的混合规律。具体规律如下。

颜色环

（1）相加混色

红＋青＝白；红＋绿一黄；蓝＋黄＝白；绿＋蓝＝青；绿＋品红＝白；红＋蓝＝品红；红＋绿＋蓝＝白。

（2）相减混色

黄＝白－蓝；黄＋品红＝白－蓝－绿＝红；青＝白－红；黄＋青＝白－蓝－红＝绿；品红＝白－绿；品红＋青＝白－绿－红＝蓝；黄＋青＋品红＝白－蓝－红－绿＝黑色。