2.1 颜色与光

大千世界，花花绿绿，可谓五彩缤纷，绚丽夺目。是什么让世界上的各种物体呈现不同的颜色呢？

2.1.1 颜色的由来

颜色的来源是光。有光才有色，光是色之母。什么是光？光是一种电磁波（Electro-magnetic Radiation），具有振幅（Amplitude）、波长（Wavelength）与频率（Frequency）等属性。颜色是人的视觉系统对可见光的感知结果，感知到的颜色由光波的波长决定。光的波长以纳米为单位，即十亿分之一米。并不是所有的光都是可见的，只有那些波长介于400 nm～760 nm之间的光才是可见光，其只占整个光谱的一小部分，如图2-1所示。不过，虽然人眼的构造相同，但其感知能力还是有一定的差异，有些人能够感知到波长在380 nm～780 nm之间的光。

图2-1 光谱图

纯颜色用光的波长定义，称为光谱色（spectral color）。光所呈现的颜色不同，主要是因为它们的波长不同，只有在上述范围内的光才能刺激我们的眼睛，让眼睛产生“视觉”。通常情况下（不是色盲或色弱等情况），让人的大脑产生“红色”刺激的光波长是620 nm～760 nm，而让大脑产生“绿色”的光波长是520 nm～560 nm（注：这一数据在各种资料上不尽相同，略有差异）。从图2-1中可以看出，红色光的波长最长，依次是橙色、黄色、绿色、青色，波长最短的是紫色。

物体呈现的颜色与照射到物体上的光或者发光物体发出光的种类有关。我们之所以能看到物体，是因为物体发光或者反射光或透射光。发光物体的颜色是由它发出光的种类决定的；而不发光、不透明的物体的颜色是由它反射光的种类决定的；透明物体的颜色是由它透过光的种类决定的。

光照射到不透明物体上，一部分光被吸收，一部分光经反射进入人眼并引起人眼的视觉反应，从而让人感知到这个物体的颜色，识别出物体的轮廓。不同的物体对光的反射性质不同，反射光的波长也不一样，因此我们看到的物体颜色千变万化。例如，一束自然光照射到不透明、不发光的物体上，若看到它为红色，是因为这个物体反射红色的光，而其他波长的光被吸收了；若物体呈现黑色，是因为它吸收了所有的光；若物体呈现白色，是因为它反射了所有的光。

正如前面所说，并不是所有的光都能被人们看见，有些光虽然不能被看见，但却实实在在存在着。例如，X 光具有很高的能量，肉眼看不见，但能穿透不同物质。从图2-1中可以得出颜色和波长之间的对应关系，可以看出可见光只是所有光中的一小部分。

2.1.2 颜色的三属性

在多媒体技术中，描述一种颜色会有不同的方法。其中一种常见的方法是采用光的亮度、色相和饱和度这三个属性来描述，这一描述方法符合人类的视觉感知。

（1）亮度：光作用于人眼时所引起的明亮程度的感觉，故也称为明度。它与被观察物体的发光强度或反射光的强度有关。亮度反映了光的明暗程度，即能量大小。能量大显得亮，反之，则显得暗。

（2）色相：当人眼看到一种或多种波长的光时所产生的色彩感觉，取决于光的光谱成分。如红色、绿色就是指色相。色相是色彩的首要特征，是区别各种不同色彩的最准确的标准。

（3）饱和度：表示纯度，即掺入白光的程度，或者说是指颜色的深浅程度。纯光谱色的含量越多，其饱和度越高，颜色越深。当掺入白光成分增多时，饱和度降低，颜色也随之变浅。完全饱和的颜色是指光谱中没有掺入白光所呈现的颜色，其中白光是光谱中所有可见光的混合。单一波长的光谱色呈现完全饱和的颜色。

图2-2 饱和度与颜色的关系

图2-2（a）到（d）中颜色的饱和度分别为s=0、0.25、0.5、1。从图中可以看出，饱和度越高，颜色越鲜明越亮；饱和度越低，颜色越暗；当饱和度为0时，变成灰色。

白色的明度最高，无色相。可以将光谱中三原色的光——蓝色、红色和绿色，按一定比例混合得到白光。