上一節(jié)中簡要分析了顏色三要素，可以看出顏色的區(qū)別源于反射物體的性質(zhì)以及光線的變化，那么人眼又是如何感知這種變化并區(qū)分顏色呢？本節(jié)將介紹人眼視覺系統(tǒng)感知顏色的過程和特性。

1.亮度變化與視覺感知系統(tǒng)

在黑暗的環(huán)境中，無法看清周圍物體的形狀和顏色，是因為沒有足夠的光線進入人眼。在白天能看到不同物體的不同顏色，是由于不同物體的表面具有吸收和反射不同光線的能力。進入人眼的光不同，看到的顏色也不同。因此，色彩的發(fā)生，是光對人的視覺系統(tǒng)和大腦產(chǎn)生作用的結(jié)果，是一種視知覺。感知顏色的過程，可以總結(jié)為“光—眼—神經(jīng)”的過程。

2.人眼辨色力

人眼可感知380～780 nm范圍內(nèi)的可見光譜刺激，并可在產(chǎn)生亮度反應(yīng)的同時感知色彩。大量試驗表明，人眼能分辨128種不同的色調(diào)，10～30種不同的飽和度，35萬種顏色。除此以外，人眼對亮度非常敏感，眼睛在白天的光照強度下很容易分辨各種顏色，然而在光線昏暗的夜間，對于顏色的分辨能力大為降低，無法很好地區(qū)別各種相近顏色。究其原因，是由人眼特殊的生理構(gòu)造決定的。

3.人眼感知顏色特性分析

研究表明，人眼視網(wǎng)膜中存在分別對紅、綠、藍顏色特別敏感的三種錐體細胞，以及對顏色不敏感、僅在光功率極端低下的條件下工作的桿狀細胞，這些錐體細胞和桿狀細胞組成視網(wǎng)膜上的神經(jīng)元，人眼通過這些神經(jīng)元感知外部世界的顏色。因此，可以說顏色是視覺系統(tǒng)對可見光的感知結(jié)果。如圖4-4所示，紅、綠和藍三種錐體細胞對不同頻率的光的感知程度不同，對不同亮度的光線的感知程度也不同。自然界中的光線往往不是單一波長的光，而是受不同光源、反射物體的影響，由許多不同波長的光組合而成的。紅、綠、藍構(gòu)成光線的三基色，這三種光線以不同的比率融合，組成新的顏色光，人眼只需通過紅、綠、藍三種錐體細胞即可感知大千世界的諸般顏色。機器視覺模仿人眼的感知系統(tǒng)，通過紅、綠、藍三基色的融合表示不同顏色，這三種顏色也就構(gòu)成了最常用的顏色模型——RGB顏色模型，因此，可以使用圖像處理技術(shù)來降低數(shù)據(jù)量而不使人感到圖像質(zhì)量明顯下降。

圖4-4 視覺系統(tǒng)對顏色和亮度的響應(yīng)特性

綜上所述，自然界中的任何一種顏色都可由R、G、B這三種顏色混合組成，它們共同構(gòu)成一個三維的RGB矢量空間，空間中任意分量的取值均不同，得到的顏色也就各不相同。選取基色波長為700 nm（紅色）、546.1 nm（綠色）和435.8 nm（藍色）時，混色產(chǎn)生不同波長的光波所需的三種基色取值如圖4-5所示。圖中的縱坐標表示標稱單位光強度，橫坐標表示波長，負值表示某些波長（即顏色）不能精確地通過相加混色得到。注意，此處的三基色是光線的三基色，即光學三原色（光源的顏色疊加，只會越來越亮），遵循顏色加法原理而不是顏色減法原理（如印刷三原色），因此，使用等能量的三基色光混合可產(chǎn)生等能量的白光而不是黑色。

圖4-5 產(chǎn)生波長不同的光所需要的三基色值