光与色 2005.4.24

光与色
秋意盎然的北京十月,此时香山的红叶或许已然绽放,清澈洁净的蓝天上白云在来回游曳;在同一片天空之下,城里的孩子在游乐场里嬉戏玩耍,而读者们或许正在阅读本书,又或者观看一部电影,即使只是想像,这生活的景象也历历在目,引人遐想。而此时读者们应该知道,能让我们感受到这一切的两个基本因素就是光和视觉,更进一步的说法是:感受到这一切的根本,是光。
光被现代科学定义为电磁波的一种,这样的说法有些生硬,我们也没必要去深究什么是光,以及光和伽玛射线的区别和关系,这在本书的范畴之外。在历史的科学发现中,读者需要记得的是牛顿在1666年所发现的“可见光谱”,因为这为我们感受到光和色提供了至今仍未被推翻的科学依据。牛顿通过著名的三棱镜实验获知,看似白色的光透过三棱镜可被分解为多种颜色,即我们通常所说的“七彩”;被分解出的“红橙黄绿青蓝紫”称为“单色光”,它们也无法再被三棱镜分解;而同时如果被分解出的单色光反向射回棱镜,就会重新生成白色光。
这个理论的重要之处在于它说明了色是如何产生的,我们通常会说“色是被损坏的白光”,也就来源于牛顿的色彩理论。我们可以这样来描述为什么我们看到了色:七种单色光构成的白光照射到一个物体上,该物体上含有反射红色的成分(譬如红色油漆,除红成分以外的色光都被吸收消灭了,而只有红色的部分被反射回来,所以我们见到了一个红色的物体,由此,“红色就是由缺少了“橙黄绿青蓝紫”只剩下红的色光反射而来的”,所以色是被损坏的白光。
那我们是如何感受到颜色和形状的呢?其他多种书籍上均有详细的图例和解释,这里只进行简要的阐述。人眼中的视网膜是感受视觉信息的根本,视网膜由两种形状各异的细胞构成,一种是圆柱体的柱体细胞,一种是圆锥体的锥体细胞。经研究证实,锥体细胞分为三类,分别感应红绿蓝三种颜色,通过对红绿蓝颜色的不同反应,生成了其他颜色的信息,由于人的视觉的这种特性,红绿蓝也被称为光学的三原色。
柱体细胞和锥体细胞的分工不同,柱体细胞无法感应色彩,而只能区分明暗和辨别不精细的形状,但它在视网膜上的分布范围非常广泛,从而有利于捕捉微弱的光线,当外界光线变暗(譬如夜间)时,柱体细胞将起主要的作用,在极暗的情况下,感光性能弱的锥体细胞逐渐停止工作,人眼几乎无法分辨物体的颜色和细节,而只能获得粗略的形状和明暗。这种只有柱体细胞起作用的情况被称为“暗视觉”;与之相对应的是,锥体细胞密集的排列在视网膜视轴附近的直径约1.5毫米的区域,就象射击时的箭靶一样,聚集在十环的区域。锥体细胞即可区分极为精细的明暗变化(形状细节)更可以区分颜色,但它受到光线强弱的限制,在暗的光线下锥体细胞无法工作,而在足够的亮度下,柱体细胞不再起作用(或很少作用),进入只有锥体细胞工作的“明视觉”,毫无疑问的是锥体细胞担负着人对外界视觉信息捕获的最重要使命,而柱体细胞则是对它的最重要补充。
简要的来说:柱体细胞就象高感光度的黑白胶片,而锥体细胞就象一般感光度的彩色胶片。
颜色学说:
在人类对自身视觉研究的进程中,曾出现过三色(红绿蓝)学说和对立(红绿,黄蓝)学说,这些的阐述对大多数读者没有多少帮助,但有助于学习摄影的学生或有兴趣深入的读者理解。我们划出很小的部分来说明,理解这些理论应该是非常重要的,今天所有的视觉再现技术都得益于以下所列的色彩学说的发展。
三色学说是最符合人生理机能的学说,它确认人眼中含有红绿蓝三种接收器,而实验也证明通过红、绿、蓝的相互混合能再现几乎所有的颜色,这种学说因此具有非常大的影响力,也决定了现代的电子显示器、印刷等技术工艺流程,但在研究领域三色学说仍旧存在一些问题。
四色(颜色对立)学说基于这样一个事实:即有带黄色成分的红,而没有带绿色成分的红,因此可以认为红和绿是对立的,而不是三色理论的平行,非红即绿,同样非黄即蓝。这种学说被现代证实也是正确的,但却与生理机能不符合,因为视网膜上只有红、绿、蓝三种锥体细胞,黄色由何而来?
科学家们继续研究,1971年发表的“阶段学说”认为:对色彩的辨识可分为两个阶段,在第一阶段中柱体细胞和红、绿、蓝三种感色细胞分别获取信号,在这一过程中,红和绿的信号的一部分被混合生成黄色信号,从而形成红绿、黄蓝两组对立色。
颜色学说属于基本理论,并不是我们的重点内容,但应该对颜色学说保持足够的兴趣,至少要对各种学说牵涉的红、黄、蓝、绿四种颜色有足够的重视,因为在我们所有的视觉再现技术领域,它们都是最基本的色。
待续

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