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颜色基础知识——物体颜色呈现

阅读:3次    日期:2021-09-11 10:56:14
 

白天我们能看见五彩缤纷的颜色,但到了晚上所有的物体都变成黑色。颜色是如何呈现的?与哪些因素相关?

    首先,不同的物体会有不同的颜色,所以颜色肯定与物体本身属性相关。

    然后,在不同的光环境下,同一个物体会呈现不同的颜色,如下面的苹果,在灯光下和日光下颜色不同,那说明颜色的呈现于光源相关

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    最后,不同的人看同一个物体,也会有不一样的感受,所以颜色的呈现还与人眼相关。

    由此可得,物体的颜色呈现与物体本身的属性、光源、人眼三个因素相关。如下图所示,光源照射在苹果上,人眼感受到苹果的颜色。

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一、 光源

    科学上的定义,光是指所有的电磁波谱,按波长从大到小可分为无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线,如图所示。一般人的眼睛所能接受的光的波长在380~760nm之间。

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 电磁波谱

    太阳是人类最大的光源,太阳聚变辐射光谱的99%以上在波长0.15~4.0微米之间,太阳光谱分布如图所示。这些波段受大气衰减的影响程度各不相同。可见光辐射的大部分可到达地面,大部分紫外光辐射被上层大气中的臭氧吸收,到达地面的太阳辐射能量比大气上界小得多,可见光谱区约为40%,红外光谱区约为60%,紫外光含量极少。

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 太阳光谱分布

    不同的光源光谱分布不同,如白炽灯、蓝光、红光等不同的光源各个波长的成分含量不同。

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白炽灯光谱
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蓝光光谱
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红光光谱

二、物体本身属性

    当光照射在物体上时,光会发生透射、反射、散射。当光照射到透明物体时,大部分的光穿透物体,反射和散射的光线只有小部分。当光照射都非透明物体时,光大部分被反射和散射,几乎没有光透过物体。不同的物体对各个波长的透过率、反射率、折射率等属性各不同,所以呈现出不同的颜色。透明物体的颜色由透过物体的光决定,而非透明物体的颜色由反射和散射的光决定。

    比如蔚蓝的天空,是由于阳光进入大气时,波长较长的色光,如红光,透过大气射向地面;而波长短的紫、蓝、青色光,碰到大气分子、冰晶、水滴等时,发生散射现象。被散射了的紫、蓝、青色光布满天空,就使天空呈现出一片蔚蓝了。

当雨后天空中充满细小的水滴,当阳光照射到这些小水滴时,不同波长的光以不同的角度散射到天空中,形成了彩虹。

三、 人眼

    眼是由角膜、虹膜、晶状体、睫状体和玻璃体组成的光学系统,眼球结构如图所示。带有盲点和黄斑的视网膜是感光和信号处理部分,是构成人眼视觉的关键部分;视神经与大脑是信号传输和显示系统。由于波长小于300nm和波长大于1400nm的光可被角膜、前房、晶状体、玻璃体等吸收,光辐射能到达视网膜的波长范围是300~1400nm。

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 眼睛结构

    外界物体反射来的光线,依次经过角膜、瞳孔、晶状体和玻璃体,并经过晶状体等的折射,落在视网膜上,形成一个物像。视网膜上有对光线敏感的细胞。这些细胞将图像信息通过视神经传给大脑的一定区域,人就产生了视觉。视觉的形成过程可表示为图所示。

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视觉形成



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