第四節(jié)　光波與顏色

顏色的起源

我們知道，將一束白光通過三棱鏡后，形成一條彩色的光帶，即棱鏡色散光譜。光譜的產(chǎn)生表明了自光不是單色的，而是由各種色光混合成的。各種單色光通過棱鏡時(shí)偏折的角度是不同的，這說明各色光以相同的入射角射人棱鏡時(shí)產(chǎn)生的折射角不同，可見棱鏡材料對(duì)于不同的色光有不同的折射率。這種色散現(xiàn)象和顏色與折射率的對(duì)應(yīng)關(guān)系最早是牛頓用太陽光通過三棱鏡色散實(shí)驗(yàn)總結(jié)出來的。某種介質(zhì)的折射率，等于光在真空中的速度c與光在這種介質(zhì)中的速度υ之比，即n＝c／υ各種光在真空中傳播的速度相同，而在同一介質(zhì)中的傳播速度不同。紫光的傳播速度最小，它對(duì)介質(zhì)的折射率就最大；紅光的傳播速度最大，它對(duì)介質(zhì)的折射率就最小。所以白光通過三棱鏡后才會(huì)發(fā)生色散。牛頓找到的顏色與折射率的對(duì)應(yīng)關(guān)系正是顏色起源的正確方向。

光的三原色

色彩并非存在于物體本身，而是光作用的結(jié)果。雖然牛頓證明了可視光譜上的七個(gè)不同顏色的長(zhǎng)短光波結(jié)合在一起即形成白光，但其實(shí)只需要紅、綠、藍(lán)三光波就可以產(chǎn)生自光。紅、綠、藍(lán)三種顏色是按一定比例混合后得到其他不同顏色的基本顏色，故被稱作光的三原色。

當(dāng)光波投射在物體上后，該物質(zhì)會(huì)傳送、吸收或反射不同部分的光波。不同的物體對(duì)光波傳送、吸收或反射的性質(zhì)不同，如果該物體只對(duì)某種光波反射，而吸收了其他的波長(zhǎng)，則人看到該光波對(duì)應(yīng)的顏色。例如，一個(gè)物體反射了紅光但吸收了其他的波長(zhǎng)，這時(shí)候人們的視網(wǎng)膜和腦部視覺皮質(zhì)區(qū)會(huì)處理此反射光，形成我們所看到的顏色是紅色。畫布或紙張上的顏色也是對(duì)此過程的仿真。

當(dāng)然，不論是反射自物體或是發(fā)射自光源本身，我們處理光波的能力都是靠視網(wǎng)膜和腦部的視覺皮質(zhì)區(qū)。視網(wǎng)膜內(nèi)有三個(gè)接收器（或者說是錐細(xì)胞）可響應(yīng)某些光波的頻率。紅色錐細(xì)胞能感應(yīng)低頻率的波長(zhǎng)，綠色錐細(xì)胞反應(yīng)的是中頻率的波長(zhǎng)，藍(lán)色錐細(xì)胞反應(yīng)的是高頻率的波長(zhǎng)。這些錐細(xì)胞的運(yùn)作并非二元性的，而是類似頻道一樣，可將刺激分別傳達(dá)至腦部的視覺皮質(zhì)區(qū)，經(jīng)過處理后才產(chǎn)生出我們所看到的顏色。

混色法

采用增減光波的方式，把不同顏色混合在一起，讓人體內(nèi)的視覺接收器只反應(yīng)到某些光波，從而產(chǎn)生新的顏色，這種方法稱為混色法?；焐ǚ譃榧由ê蜏p色法。

加色法是利用增加光波的方式來產(chǎn)生顏色。例如，把紅、橙、黃、綠、藍(lán)、靛、紫等不同顏色的光波混合形成白光。又如，彩色電視機(jī)的電子光槍只能發(fā)出三種顏色：紅、綠、藍(lán)，將這三種顏色通過加色法可合成出在自然界常見的大多數(shù)色彩。舞臺(tái)燈光也是利用加色法來產(chǎn)生五彩繽紛的顏色的。在加色法系統(tǒng)中，混合任兩個(gè)原色，就會(huì)產(chǎn)生三個(gè)次原色：青、洋紅、黃。將光的三原色加在一起就可以做出白光，如果完全拿掉這三原色的光，則產(chǎn)生黑色。

減色法就是使用減少光波的方式來產(chǎn)生。在彩色印刷、繪畫和電影中就是利用減色法來表現(xiàn)出某種顏色的。由于物體顏色來自于反射的光波，可使用三原色來吸收物體的紅、綠或藍(lán)光。例如，如果減少了紅光，那么多余的綠色波和藍(lán)色波就會(huì)產(chǎn)生青色。又如，用來除去紅光、反射綠、藍(lán)光的顏料就會(huì)顯示青色。平面印刷設(shè)計(jì)師會(huì)使用洋紅來吸收掉一部分的綠光，以及使用黃光來吸收掉一部分的藍(lán)光。

為了便于記憶加色法和減色法規(guī)律，人們利用如下圖所示的顏色環(huán)來直觀地表達(dá)各種顏色的混合規(guī)律。具體規(guī)律如下。

顏色環(huán)

（1）相加混色

紅＋青＝白；紅＋綠一黃；藍(lán)＋黃＝白；綠＋藍(lán)＝青；綠＋品紅＝白；紅＋藍(lán)＝品紅；紅＋綠＋藍(lán)＝白。

（2）相減混色

黃＝白－藍(lán)；黃＋品紅＝白－藍(lán)－綠＝紅；青＝白－紅；黃＋青＝白－藍(lán)－紅＝綠；品紅＝白－綠；品紅＋青＝白－綠－紅＝藍(lán)；黃＋青＋品紅＝白－藍(lán)－紅－綠＝黑色。