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釋義

　　詞目：彩色
　　拼音：caǐ sè
　　基本解釋：
　　[color] 多種顏色抑為采色不足視于目與?——《孟子·梁惠王上》彩色電視彩色膠片
　　詳細解釋：
　　1. 
　　多種顏色?！段淖印さ涝罚骸奥犑ъ斗亲u，目淫於彩色?！?唐 段成式 《酉陽雜俎·怪術(shù)》：“﹝術(shù)士﹞乃合彩色於一器中，驔步抓目，徐祝數(shù)十言，方欱水再三噀壁上，成 維摩 問疾變相，五色相宜如新寫?！?元 金仁杰 《追韓信》第三折：“昨日看青山綠水劍光昏，今朝見白馬紅纓彩色新?！?洪深 《戲劇導(dǎo)演的初步知識》下篇四：“彩色有聲電影，較之黑白默片，何以更受歡迎？”
　　2. 
　　光彩，光榮。《英烈傳》第四回：“只見本寺伽藍輕輕的對長老說：‘我寺中也覺有些彩色’”

基本資料

　　定義
　　彩色（colours），指除消色以外的各種顏色，各有不同的色調(diào)、亮度和飽和度。
　　彩色，可分為無彩色和有彩色兩大類。前者如黑、白?；遥笳呷缂t、黃．藍等七彩。
　　有彩色就是具備光譜上的某種或某些色相，統(tǒng)稱為彩調(diào)。與此反，無彩色就沒有彩調(diào)。
　　無彩色有明有暗，表現(xiàn)為白、黑，也稱色調(diào)。有彩色表現(xiàn)很復(fù)雜，但可以用三組特微值來確定。其一是彩調(diào)，也就是色相；其二是明暗，也就是明度；其三是色強，也就是純度、彩度。明度、彩度確定色彩的狀態(tài)。稱為色彩的三屬性。明度和色相合并為二線的色狀態(tài)，稱為色調(diào)。有些人把明度理解為色調(diào)，這是不全面的。
　　明度
　　談到明度，宜從無彩色人手，因為無彩色只有一維，好辯的多。（圖）最亮是白，最暗是黑．以及黑白之間不同程度的灰，都具有明暗強度的表現(xiàn)。若按一定的間隔劃分，就構(gòu)成明暗尺度。有彩色即靠自身所具有的明度值，也靠加減灰、白調(diào)來調(diào)節(jié)明暗。
　　日本色研配色體系（P．C．C·S·）用九級，門塞兒則用十一級來表示明暗，兩者都用一連串數(shù)字表示明度的速增。物體表面明度，和它表面的反射率有關(guān)。反射的多，吸收得少，便是亮的；相反便是暗的。只有百分之百反射的光線，才是理想的白，百分之百吸收光線，便是理想的黑。事買上我們周圍沒有這種理想的現(xiàn)象，因此人們常常把最近乎理想的白的硫化鎂結(jié)晶表面，作為白的標準。在P．C．C．S．制中，黑為’1，灰調(diào)順次是2.4．3.5、4.5． 5.5、 6.5、 7.5、 8.5，白就是9.5。越靠向白，亮度越高，越靠向黑，亮度越低。通俗的劃分，有最高、高、略高、中、略低、低、最低七級。在九級中間，如果加上它們的分界級，即 2、 3、 4、 5、 6、 7． 8、 9，便得十七個亮度級。
　　有彩色的明暗，其純度的明度，以無彩色灰調(diào)的相應(yīng)明度來表示其相應(yīng)的明度值。明度一般采用上下垂直來標示。最上方的是白，最下方是黑，然后按感覺的發(fā)調(diào)差級，排入灰調(diào)?！@一表明明暗的垂直軸，稱無彩色軸，是色立體的中軸。
　　色相
　　有彩色就是包含了彩調(diào)，即組、黃、藍等幾個色族，這些色族便叫色相。
　　最初的基本色相為：紅、橙、黃、綠、藍、紫。在各色中間加插一兩個中間色，其頭尾色相，按光譜順序為：紅、橙紅、黃橙、黃、黃綠、綠、綠藍、藍綠、藍、藍紫，紫。紅紫、紅和紫中再加個中間色，可制出十二基本色相。
　　這十二色相的彩調(diào)變化，在光譜色感上是均勻的。如果進一步再找出其中間色，便可以得到二十四個色相。如果再把光譜的紅、橙黃、綠、藍、紫諸色帶圈起來，在紅和紫之間插入半幅，構(gòu)成環(huán)形的色相關(guān)系，便稱為色相環(huán)?；旧嚅g取中間色，即得十二色相環(huán)。再進一步便是二十四色相環(huán)。在色相環(huán)的圓圈里，各彩調(diào)按不同角度排列，則十二色相環(huán)每一色相間距為30度。二十四色相環(huán)每一色相間距為15度。
　　P．C．C．s制對色相制作了較規(guī)則的統(tǒng)一名稱和符號。其中紅、橙、黃、綠、藍、紫，指的是其“正”色（當然，所謂正色的理解，各地習慣未盡相同）。正色用單個大寫字母表示，等量混色用并列的兩個大寫字母表示，不等量混色，主要用大寫字母，到色用小寫字母。唯一例外的是藍紫用V而不用BP。V是紫羅蘭的首字母，為色相編上字母作為標記，便于正確運用而又便于初學記憶。
　　日本人以這樣來劃分并定色名，顯然是和門塞爾的十色相，二十色相配合的。門塞爾系統(tǒng)是以紅、黃、綠、藍、紫五色為基本色，把它稱作黃紅。因此P、C、C、S制的二十四色便也歸為十類，
　　彩度
　　一種色相彩調(diào)，也有強弱之分。拿正紅來說，有鮮艷無雜質(zhì)的純紅，有澀而像干殘的“凋玫瑰”，也有較淡薄的粉紅。它們的色相都相同，但強弱不一，一般稱為（Sa＋ura＋lOn）或色品。彩度常用高低來指述，彩度越高，色越純，越艷；彩度越低，色越澀，越濁。純色是彩度最高的一級。
　　表示彩度，一般用水平橫軸.以無彩色豎軸為點，在色相環(huán)某一色相方向伸展開去，按彩度由低至高分作若干級， P、 C、 C、 S制便分九級，以S為其標度單位。最低為IS。
　　最高為g S。越靠近無彩豎軸，彩度便越低。無彩軸上沒有一點兒彩調(diào)，可說彩度為O S。離無彩軸遠則彩度高，端點便是純色，亦即是光譜上該色之色相。
　　彩度是這樣分級的：按純度的亮度，尋找其對應(yīng)的灰調(diào)，分九等份（依感覺），逐一加入純色中，同時逐一扣去約色的一份。于是便得到純色的八個連續(xù)的彩度。 5 S是扣去4／9純色加入了4／9的灰量；ISG是扣去8／9純度，加入了8／9純色，加入了8／9灰量.通俗的分法，與九級彩度相對應(yīng)。用高、略高、中、略低、低五級來標示。
　　立體色標
　　我們把以上在白光下混合所得的明度、色相和彩色組織起來，選由下而上，在每一橫斷面上的色標都相同，上橫斷面上的色標較下橫斷面上色標的明度高。再由黑、白、灰作為中心軸，中心而外，·使同一圓柱上，色標的純度都相同，外圓柱上的比內(nèi)圓柱上的純度高。再隊中心軸向外，每一縱斷面上色標的色相都相同，使不同縱斷面的色相不同的紅、橙、黃、綠、青、藍、紫等色相自環(huán)中心軸依時針順序而列，這樣就把數(shù)以千計的色標嚴整地組織起來，成為立體色標。目前影響較大的立體色標是奧斯特華色標和門塞爾色標。

色彩的表示方法

　　色彩的種類繁多，正常人眼可分辨的顏色種類可達幾十萬種以上，而用測色器則可以分辨出一百萬種以上的顏色。為了正確的表達和應(yīng)用色彩，每種色彩都用一個名稱來表示，這種方法叫色名法，色名法有自然色名法和系統(tǒng)化色名法兩種：
　　　自然色名法
　　用自然界景物色彩的方法為自然色名法，使用自然景色、植物、動物、礦物色彩，例如：海藍色，寶石藍，栗色，桔黃色，象牙白、蛋青色等等。
　　　系統(tǒng)色名法
　　系統(tǒng)化色名法是在色相加修飾語的基礎(chǔ)上，再加上明度和純度的修飾語。通過色調(diào)的傾向以及明度和純度的修飾就比較精確了。國際顏色協(xié)會（ISCC）和美國國家標準局共同確定并頒布了267個適用于非發(fā)光物質(zhì)的標準顏色名稱（簡稱ISCC-NBS色名）。

顏色和彩色

　　一、顏色
　　顏色可分為非彩色與彩色兩大類，顏色是非彩色與彩色的總稱。非彩色指白色，黑色與各種深淺不同的灰色。白色、灰色、黑色物體對光譜各波長的反射沒有選擇性，它們是中性色。彩色物體對光譜各波長反射具有選擇性所以它們在白光照射下出現(xiàn)彩色。圖2.1－3畫出了幾種顏色物體的光譜反射率特性。白色物體反射系數(shù)近1，黑色物接近于0，灰色物體介于0與1之間。彩色物體的反射率是隨頻率變化的，其數(shù)值介于0至1之間。
　　彩色是指白黑系列以外的各種顏色，顏色有三特性：亮度、色調(diào)和飽和度。
　　亮度（Luminance）是指色光的明暗程度，它與色光所含的能量有關(guān)。對于彩色光而言，彩色光的亮度正比于它的光通量（光功率）。對物體而言，物體各點的亮度正比于該點反射（或透射）色光的光通量大小。一般地說，照射光源功率越大，物體反射（或透射）的能力越強，則物體越亮；反之，越暗。
　　色調(diào)（Hue）:指顏色的類別，通常所說的紅色，綠色，藍色等，就是指色調(diào)。光源的色調(diào)由其光譜分布P（l ）決定；物體的色調(diào)由照射光源的光譜P（l ）和物體本身反射特性r （l ）或者透射特性t （l ）決定，即取決P（l ）r （l ）或P（l ）t （l ）。例如藍布在日光照射下，只反射藍光而吸收其它成分。如果分別在紅光，黃光或綠光的照射下，它會呈現(xiàn)黑色。紅玻璃在日光照射下，只透射紅光，所以是紅色。
　　飽和度（Saturation）：是指色調(diào)深淺的程度。各種單色光飽和度最高，單色光中摻入的白光愈多，飽和度愈低，白光占絕大部分時，飽和度接近于零，白光的飽和度等于零。物體色調(diào)的飽和度決定于該物體表面反射光譜輻射的選擇性程度，物體對光譜某一較窄波段的反射率很高，而對其它波長的反射率很低或不反射，表明它有很高的光譜選擇性，物體這一顏色的飽和度就高。
　　色調(diào)與飽和度合稱為色度（Chromaticity），它既說明彩色光的顏色類別，又說明顏色的深淺程度。色度再加上亮度，就能對顏色作完整的說明。
　　非彩色只有亮度的差別，而沒有色調(diào)和飽和度這兩種特性。
　　二、關(guān)于顏色視覺理論
　　現(xiàn)代顏色視覺理論主要有兩大類：一是楊一赫姆霍爾茲的三色學說，二是赫林的“對立”顏色學說。前者從顏色混合的物理規(guī)律出發(fā)，后者從視學現(xiàn)象出發(fā)，兩者都能解釋大量現(xiàn)象，但是各有欠缺之處。例如：三色學說是最大優(yōu)越性是能充分說明各種顏色的混合現(xiàn)象，但最大的因難是不能滿意地解釋色盲現(xiàn)象。對立學說對于色盲現(xiàn)象能夠得到滿意的解釋，但是最大的困難是對三基色能產(chǎn)生所有顏色這一現(xiàn)象沒有充分的說明，而這一物理現(xiàn)象正是近代色度學的基礎(chǔ)，一直有效地指導(dǎo)著電視技術(shù)的發(fā)展，彩色電視技術(shù)的發(fā)展，彩色電視技術(shù)中是依靠三色學說作為理論基礎(chǔ)的。
　　一個世紀以來，以上兩種學說一直處于對立地位，似乎若要肯定一個，非要否定另一個不可。在一個時期，三色學說曾占上風，因為它有更大的實用意義。然而最近一、二十年的發(fā)展，人們對這兩種學說有了新的認識，證明兩者并不是不可調(diào)和的?，F(xiàn)代彩色視覺理論產(chǎn)生一種“顏色視覺的階段學說”，將這兩個似乎是完全對立的古老的顏色學說統(tǒng)一在一起，有關(guān)這方面的知識，請閱讀參參考文獻[18],P.60。下面只介紹作為彩色電視理論基礎(chǔ)之一的三色學說。
　　三、三色學說
　　這種學說認為人眼的錐狀細胞是由紅、綠、藍三種感光細胞組成的，它們有著各自獨立的相對視敏函數(shù)曲線，分別為Vr（l ）＝Vq（l ）和Vb（l ） （2.1－1）
　　如果某色光的功率頻譜分布為P（l ），則三種色敏細胞感受到光通量分別為FR、D和F
　　大腦對該色光感覺到的亮度正比于它的總光通量F＝FR＋FG＋FB，大腦感覺該色光的色度（色調(diào)和飽和度）由FR、FG和FB分別相互比值來決定。所以，對于兩種不同功率頻譜分布的色光，只要它們的FR、FG和FB分別相同，對人眼來說，感覺到的亮度是完全相同的，它們的對人眼的彩色視覺是完全等效的。如果它們的FR、FG和FB雖然不同，但是FR、RG和FB的相同互比值相同，則它們對人眼來說，只是亮度感覺不同而色度感覺是完全相同的。
　　由此可見，人眼的顏色感覺雖然取決于色光譜布，但是并不能從看到的顏色來測斷它們的光譜分布。也就是說，一定的光譜分布，對應(yīng)著一種唯確定的顏色；但是同一顏色，可以由不同的光譜分布所組成，這種現(xiàn)象稱為“同色異譜”現(xiàn)象。彩色電視正是利用這一現(xiàn)象進行顏色重現(xiàn)的。在顏色重現(xiàn)過程中，并非一定要求重現(xiàn)原景物輻射光的光譜成分，而重要的是應(yīng)獲得與原景物相同的彩色感覺。用什么方法才能實現(xiàn)這一目標呢？下面討論的三基色原理與顏色混配規(guī)律為此問題的解決提供理論依據(jù)方法。

光與彩色

　　彩色是每一個人都有的經(jīng)驗，我們觀察世界，彩色占視覺經(jīng)驗很重要的一部分。這項經(jīng)驗的了解包含了光的性質(zhì)、光與物質(zhì)的作用、視覺神經(jīng)學及視覺心理等，從物理科學、生理學到心理學都包括在內(nèi)。所以它的研究，吸引了許多自古以來的偉大學者，包括牛頓、哥德、馬克士威（Maxwell）及黑姆赫斯（Helmholtz）。
　　我們在本文將以最簡單的方法介紹彩色世界的物理基礎(chǔ)與視覺生理，并以一些簡單的彩色視覺經(jīng)驗來說明它。
　　我們說到彩色光時，物理學家與心理學家的看法頗不相同。心理的觀點來看，彩色的經(jīng)驗，可分為六種基本色，紅、藍、綠、黃、黑與白。因為人們可以說得出正黃色（不雜的）、正紅色等，卻沒有正紫色（永遠是紅與藍的雜色），其他的彩色亦皆不純。不同的彩色光相混，可以得到上千種其他的彩色，此種經(jīng)驗我們?nèi)绾稳チ私饽兀繌奈锢韺W的觀點，這個問題被簡化到光的性質(zhì)本身，它就比較簡單。所以本文先從光的物理性質(zhì)談起。
　　最早研究光的是牛頓，他利用三棱鏡作了許多光的研究。當光進入三棱鏡就會進行折射，可見光折射產(chǎn)生紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫所謂七彩。其實光的彩色是連續(xù)的，亦可說有十種或二十種，只是在西洋迷信中認為七是神圣的數(shù)字，所以定為七彩。不同民族對彩色的命名分類語言，皆不相同，源自其生活環(huán)境與心理。牛頓將彩色再經(jīng)過第二個棱鏡，可以聚回來得到原來的白光（日光），他因而確定白光是由其他不同彩色光所混合而成，從而提出單色光的觀念。要注意到，物理的單色光與心理的單色光是全然不同的，牛頓偉大貢獻的地方在于將光的物理與心理分開，使得后人得以在兩方面分別研究（當時哥德站在心理的觀點，曾大加反對牛頓的物理觀點）。
　　牛頓以后，經(jīng)兩百年到另一物理學家馬克士威，而確認光是不同波長的電磁波，牛頓所謂的單色光原是單一波長的電磁波，不同波長之光在介質(zhì)之折射率不同而得以分開。人類可見的光，只在電磁波所有波段占了很小的一部分，由波長400nm到700nm之間（nm為長度單位，1個nm為十億分之一公尺），靠近400nm一端為紫色光，波長近700nm一端為紅色光。
　　光源
　　我們討論東西的彩色，最先要講光源。最常見的光源都是所謂的連續(xù)光源。也就是說這些光束里含有各種波長的可見光。譬如太陽光經(jīng)過大氣層濾過后，從紅光到綠光大約是一樣強，藍光較弱，其分布見圖一。家里用的鎢絲燈，紅光部分最強，紫光最弱，是完全連續(xù)分布的，屬于物理上的黑體輻射（純由物體之加熱，如燒紅的鐵一般）。又日光燈就不大一樣，它雖然是連續(xù)分布，但在紫光部分有一個很強的頻段放出光。整個加起來，日光燈看起來就比較白。
　　光的彩色
　　無論是什么光，它的彩色都是取決于客觀與主觀兩方面的因素。
　　1、客觀因素是它的功率波譜分布。對光源的彩色，直接取決于它的功率譜P（l）P（l）和P（l）t（l）。因此物體的彩色不僅取決于它的反射特性r（l）和透射特性t（l），而且還與照射光源的功率譜有密切關(guān)系，關(guān)于這一點將在2.1.2節(jié)中詳細舉例說明。因此，在色度學和彩色電視中，對標準光源的輻射功率波譜，必要作出明確而嚴格的規(guī)定。
　　2、主觀因素是人眼有視覺特性。不同的人對于同一功率譜P（l）的光的色感可能是不相同的。例如，對于用紅磚建造的房子，視覺正常的人看是紅色，而有紅色盲的人看是土黃色；同樣，他看綠草坪是黃色。由于周圍環(huán)境的影響，紅色盲患者會把他看到的“土黃色”房子叫做“紅色”房子；同樣，把他看到的“黃色”草坪，叫做綠色草坪，并認為他看到的“紅色”與“綠色”和正常人一樣。只通過一定檢驗方法才能發(fā)現(xiàn)色盲患者的視覺缺陷。由此可見，光給人的彩色感覺與人眼的視覺特性有關(guān)。
　　標準光源和色溫
　　在色度學和電視技術(shù)中，常以白色作為一種標準，所以標準光源都是白光。常用的標準白光有五種，稱為A、B、C65和E光源。它們輻射的光譜分布在圖2.1－2（b）中用幾條曲線表示。這種表示方法雖然精確，但是，對于使用感到非常不方便，于是人們想到了絕對黑體（下面簡稱黑體）。物理光學指出：在不同溫度下，黑體輻射電磁波的本領(lǐng)是不同的，它的輻射本領(lǐng)按波長分布的規(guī)律如圖2.1-2(a）所示。由圖可見，黑體在不同溫度下的輻射光譜作為標準，讓各種光源的光譜分布與之比較。當光源的光譜與黑體某一溫度下的光譜相一致時，則黑體的這一溫度稱為光源的色溫；當光源的光譜只能與黑體某一溫度下的光譜相近似，而不能精確等效時，則稱這一溫度為光源的相關(guān)色溫。由于黑體這個溫度與彩色有關(guān)，故名色溫。讀者注意，光源的色溫與光源本身的溫度是兩回事，通常兩者是不相同的。例如白熾燈光源本身溫度為2800K，但其色溫是2845K。
　　有了色溫和相關(guān)色溫的概念，表示光源的特性將非常方便。例如：
　　A光源：色溫為2845K，相當于白熾燈在2800K時輻射出的光。
　　B光源：相關(guān)色溫為4800K，相當于中午直射的日光。
　　C光源：相關(guān)色溫為6700K，相當于白天的自然光，它的藍色成分較多。
　　D65光源：相關(guān)色溫為6500K，相當于白天平均光照，近年來，常被用作彩色電視的標準光源。
　　E光源：又稱為等能白光，即P（l）＝常數(shù)，它是一種假想而實際并不存在的光源，采用它純粹是為了簡化色度學中的計算，其相關(guān)色溫為550K。
　　另外，在彩色電視、電影攝影棚和演播室中常采用新式鹵鎢燈，其相關(guān)色溫3200K，它是近代照明技術(shù)中常采用的光源。
　　顯像管屏幕上顯現(xiàn)的白光，有些色溫高達9000～11000K，此時白色已經(jīng)偏藍了。
　　維恩（Wien）位移定律指出：當絕對黑體的溫度增高時，最大的發(fā)射本領(lǐng)向短波方向移動（見圖2.1-1）,所以色溫較高的光源，其發(fā)出的輻射能較多地分布在波長較短的綠光和藍光之中；而色溫較低的光源，其輻射能較多地分布在波長較長的紅光中。因此，在上述幾種標準白光中，色溫較低者，偏紅；色溫較高時，偏藍。

自然現(xiàn)象的彩色

　　從物理觀點來說，彩色產(chǎn)生的原因不外乎光的吸收、折射與干涉現(xiàn)象。我們舉一些例子來說明。圖二是一杯冰可樂，是從底下打白光，攝影得到（編注：本文圖二、四、六、七、十、十一、十二為彩色圖片，請見封底）。因為可樂的色素吸收藍光與紫光，透過的為紅光，加上杯子與冰塊的折射，就造成這張美麗的相片。又如化學實驗室內(nèi)常見的硫酸銅溶液呈藍色是因銅離子吸收近800nm的紅光，而使藍光透過。然而在日常生活中，所看到的物體多不透光，它的彩色是反射光的彩色?；旧希俏镔|(zhì)吸收可見光的某部分，而將不吸收的部分反射出來，我們看到的是反射光，如果吸收的越多則彩色看來越深。圖三是在物體表面涂上透明漆或是打蠟，以加強多次反射效果，亦就是使入射光經(jīng)過多次物質(zhì)表面的吸收，則物體的彩色就更深。例如，下雨前，紅磚道是淺紅色的，下雨后就變暗紅色；地板打蠟后其彩色變深，都是這個道理。生物界亦有此種例子。圖四是兩只同種的昆蟲，會變化彩色。這昆蟲背上有一層薄薄的空隙組織，這層空隙底下是一層含色素的組織，強烈吸收紫、藍光，反射黃光。如果兩層之間是空的，只有一次反射，彩色看來很淺。當變色時，兩層之間充入水，則光線經(jīng)過多次吸收反射，昆蟲的彩色看來就深；它的道理和下雨后紅磚道變深是一樣的。
　　光的干涉現(xiàn)象可以將不同彩色（波長）的光分開。圖五是可以造成光的干涉的光柵，當光從相鄰的兩個面反射時就有光程差（光所經(jīng)過路徑差），如果這光程差恰好是波長的倍數(shù)時，光波即有加成干涉，其他波長則不加成，如此不同彩色的光，其反射程度就不同了。干涉現(xiàn)象而形成彩色，最有名的例子是肥皂泡的彩色及金屬面油膜的彩色。肥皂及水本身并不吸收彩色光，但吹出泡膜以后，光在肥皂膜內(nèi)進行折射反射再出來，每一處膜的厚度不一樣，光走的路徑長短不一，產(chǎn)生相位差，而造成干涉現(xiàn)象。圖六是一種甲蟲，它背部有很小的條狀突出構(gòu)造，就像光柵一般，因此使甲蟲看來有彩色，此種干涉現(xiàn)象所造成的彩色，在不同的角度看起來是不同的，對昆蟲產(chǎn)生很大的保護作用。對它的敵人而言，在不同角度看到不同的彩色，就很難判斷它的距離。因為低等動物之視覺沒有視角差，距離的判斷方法之一要靠彩色之對比。當彩色對比過強時，就不易判斷距離。
　　光和物質(zhì)作用除了吸收和折射外，還有一個重要的作用──散射，這是天空呈藍色的原因。大氣中，分子的熱運動，造成局部的不均勻（瞬間），當光進入不均勻介質(zhì)，就向四面八方散射。散射能力與波長四次方成反比，在可見光范圍內(nèi)，以藍、紫色散射最強，它們散射到天空，所以天是藍的。自然景觀中的遠山，亦呈藍色（見圖七）。其他如汽車排煙，香煙的煙呈藍色，也都是其中有散射力強的顆粒而造成，并非吸光的緣故（參閱本刊67－7月號，賴昭正著「從藍天談起」一文）。

眼與彩色視覺

　　彩色視覺訊號既然是由眼球轉(zhuǎn)達到腦，我們在此簡介一下眼的構(gòu)造。圖八顯示眼球圖，光經(jīng)過眼角膜與晶狀體聚像于視網(wǎng)膜上，所有對光靈敏的視網(wǎng)膜細胞都在這里，特別靈敏的區(qū)域叫視網(wǎng)膜中心窩（fovea），這是視覺細胞分布特別多的地方。如果我們要看細微的東西，眼睛會瞇起來，就是為了讓光聚在最靈敏的中心窩上。視覺細胞基本上有兩種，一種為桿狀體，另外一種為錐狀體。桿狀體細胞比較多，大約有上億個，錐狀體細胞則只有六、七百萬個，大多集中在中心窩附近。桿狀體細胞對光極為靈敏，但無區(qū)分彩色之能力，其靈敏的程度，可使人在無月的黑夜單靠星光就可看到東西，甚至兩公里外的火柴光都可看到呢！錐形細胞則要在較強的照度下方能激發(fā)，它是使我們能辨別彩色的視覺細胞。
　　無論桿狀體細胞或錐狀體細胞，在它后半部都有高度摺疊的膜狀構(gòu)造，其中含有最重要的感光蛋白質(zhì)──視紫（rhodopsin），它們夾在這些膜表面，分子量為38,000。視紫內(nèi)含有另一小分子稱為retinal（與維生素A構(gòu)造相似，是由其轉(zhuǎn)變而來，見圖九），它是一種感光色素。retinal有兩種型式（同分異構(gòu)物），當吸光時，使11-cis-retinal經(jīng)過一系列的快速變化，變成trans-retinal，而使分子形狀拉直而脫離視紫，然后視紫變形使細胞膜產(chǎn)生變化（其細節(jié)，化學家尚不很清楚），最后的結(jié)果是改變了細胞膜對鈉離子的穿透性。原來在暗的條件時，摺疊膜的鈉離子通透量很高，每秒可穿透109個鈉離子，在低照度之下，這個鈉離子通透量就大為減少，只有107鈉離子／秒。結(jié)果發(fā)出神經(jīng)電位訊號而使大腦接受視覺。
　　經(jīng)過生理學家及心理學家的研究，吾人認為錐狀體細胞有三種，分別含有三種不同的色素（雖然化學家至今仍無法將它們分離出來），它們的吸收幅度都很廣，但并不相同。圖十顯示三種錐狀體對不同波長的反應(yīng)曲線，三個高峰分別是在580、535及445nm波長的位置。由于它們吸收幅度的寬廣，在普通單波長光照射下，三種錐狀體細胞都會吸收而作用，只是其相對的反應(yīng)強度不同。在復(fù)合光的作用下，反應(yīng)就更復(fù)雜，使人可能得到上千種的彩色知覺呢！從上面說的物理、化學變化，再到彩色知覺的產(chǎn)生，是要經(jīng)過神經(jīng)訊號的處理，大腦視皮質(zhì)（visual cortex）如何處理這些訊號，整合它們呢？這整個過程，至今科學家仍是很不了解，只在起步階段。

彩色的認知

　　其實，彩色是一個完全主觀的認知經(jīng)驗，就如味覺、嗅覺一般。但對一般人而言，往往比較愿意承認一種食品的味道是主觀的，并非其組成化合物的本質(zhì)，但另一方面卻把物體的彩色視為其本質(zhì)。譬如說，認為「銅離子是藍色的」；較進一步的，雖然不認為彩色是物質(zhì)的本質(zhì)，卻也堅認為它是可見光的本質(zhì)。前面所提到的一些例子，也多少是根據(jù)著這些看法，以物理原理來說明彩色的產(chǎn)生。但是，完全的彩色經(jīng)驗還要視環(huán)境而定，并非由進入眼球的光的物理條件能簡單地說明。在中學教科書中，往往將眼比擬如一個照相機，網(wǎng)膜就好像照相底片。這個說法過分簡化了視覺的復(fù)雜性。更恰當?shù)卣f法應(yīng)當是眼與腦為不可分的整體，影像與彩色的建立，需要非常復(fù)雜的計算過程，這個過程，我們至今仍很不清楚。以下我們只是簡單地介紹一些現(xiàn)象，藉此來學習一點彩色的認知心理。
　　我們對彩色的認知，包含三個因素──色度（hue）、亮度（brightness）與飽和度（saturation）。大略地說，色度是反映光的波長，即我們說紅、橙、黃、綠、藍等等。亮度是與光的強度有關(guān)，強光則亮，但變化波長亦會使亮度變化，譬如黃色即較紫色為亮。雖然后者的照度可使之比前者高（物理上說）；最后則是飽和度，它與各波長混合的程度有關(guān)，較純的光（單波長）其飽和度通常較低，橙色與褐色的區(qū)別主要在飽和度。以上的分類是建立于心理的認知，它與物理量（波長、照度）的關(guān)系并不直接，亦非絕對。例如，我們常見的色輪（見圖十一），其外圈彩色是依色度來分，色輪上的正紅色是在太陽光譜找不到的彩色，它是由物理光譜上的紫光與紅光（約700nm）混合得來。另外正黃色是在570nm波長，但同樣的正黃色亦可由兩束不甚純的紅光與綠光混合而得。這是由于純正的紅與綠為互補光，它們混成白色（沒有色度），則不純的紅、綠就顯示其剩下的黃色。所以彩色的知覺與波長并無一對一的關(guān)系。
　　我們?nèi)粘Ｉ顚Σ噬恼J知是在極為變化的照光條件下進行的。我們可以從耀眼的日光下步入較暗的室內(nèi)，仍保持對彩色相同的辨認。譬如對黑白的分辨，在日光下，一塊黑煤所反射的光強度，絕對地比在暗室內(nèi)一支粉筆所反射的光為大；但是我們絕不因照度不同，而黑白不分，黑的仍是黑的。這說明了彩色與光的強度亦無絕對關(guān)系。以上的現(xiàn)象亦存在于其他彩色，叫做彩色的恒定性（color constancy）。恒定性是相對的，還依環(huán)境與記憶而定，人們對熟悉物體比較容易保持其彩色的恒定性；例如，在大多數(shù)狀況下，不論你用什么光照射救火車，人們大多把它看成紅色，至多深淺不同而已。但對不具特征的圖案，彩色的判斷較不易保持恒定，而易受周圍的影響。例如圖十二中，圓圈的彩色在各圖的上下，看起來有不同的亮度。
　　最后，我們利用一個實驗，來說明彩色的判斷與射入眼球的光并不具有簡單的關(guān)系。1959年，派立得（Polaroid）公司的藍德（E.H.Land）做了以下實驗：
　　藍德以兩個前置有濾色鏡的照相機，拍照同一組靜物（有草莓、青椒、香蕉等），甲照相機的甲濾鏡只透過波長540nm的黃光，乙照相機的乙濾鏡只透過波長為590nm的光（亦叫黃光），底片都是黑白底片。然后他分別制作幻燈片。自然，如果他洗相片，必是單色的相片，如果他以單架幻燈機投影，亦只有單色的影像。然而，他用兩架置濾色鏡的投影機來投影，甲投影機用甲濾鏡（540nm）來投甲照相機所得之幻燈片，乙投影機用乙濾鏡（590nm）來投乙照相機所得之幻燈片。如果他只開動一架投影機，所得是單色（黃色）的影像，但是！如果他同時打開兩部（甲與乙）投影機，并將其影像完全重復(fù)在銀幕上，則人們看到的是如同實物一般的七彩影像，青椒是綠的，草莓是紅的，紅色到藍色全部都有。這個實驗的確驚人，只能實看，不能以圖片表達，因為如果另外以一個彩色攝影機，試圖將銀幕照下，只會得到黃色的相片，因為打出來的光（540nm與590nm）只有黃光，但是人們的確看到七彩的影像。同樣的實驗，亦可用其他相差30nm以上的兩束光來做，也都可看到七彩。
　　這說明了彩色的產(chǎn)生并不如普通物理教科書那么簡單。那到底是怎么一回事呢？藍德經(jīng)過20年的研究，已提出一套完整的計算理論來說明。基本上，他認為人對彩色的判定既非按入射光照度（I），亦非按反射出來光（到眼的）強度（E），而是經(jīng)過一種未知的機制在十分之一秒內(nèi)完成的，由比值R＝E／I來決定，R稱之為反射度（reflectance）。該理論甚為復(fù)雜，有興趣的讀者可看參考資料4。至于生理上，人如何達成這項任務(wù)，大腦扮演什么角色，神經(jīng)化學上如何進行彩色的coding，這是相當有興趣而困難的課題，要長遠的研究才能了解。
　　現(xiàn)如今彩色的應(yīng)用范圍已經(jīng)不再是僅僅局限于我們視覺效果了，甚至已經(jīng)應(yīng)用到我們味覺效果中了，在我們經(jīng)常吃的傳統(tǒng)面條里都已經(jīng)加入彩色了，最近最火爆的營養(yǎng)彩面就是一個最直接的例子，營養(yǎng)彩面不光是加入了彩色這個概念，更加注重營養(yǎng)，真正做到“色、香、味”俱全。