色彩物理学与颜色视觉



人的色彩感知是在电磁辐射的波长这一客观物理性质的基础上加上一个主管层次，是一个心理物理现象。人的视觉系统有两个特点：1，在绝对意义下，人类视觉系统能感知的色彩并不十分准确，能观察到的色彩有限，低于一些标准的色彩度量方法，比如CIE。2，人可见的光，只占一段狭窄的电磁波谱，大致对应于380～780nm的范围。如下图所示，也就是说，还有大量的物理信息，是人眼无法观察到的，但是可以通过其他的探测设备获取，但这些物体的属性，不在彩色图像的讨论范围。

 

物体呈现不同颜色的原因是因为物体电介质中色料粒子吸收了某种波长，以及物体对光线不同的反射（镜面反射和漫反射），投射，散射造成。这些与照射光源有关。同时也与物体的材料有关。不同材料的光谱透射率，光谱反射率，光的吸收率都不一样。

 

长期的进化发展，使人类建立了一种间接色彩感知机制，对于颜色的感应非常灵敏。人类视网膜上有两种传感器，一种是对颜色敏感的锥状体，一种是对亮度敏感的杆状体，尤其是当周边光照强度低时，由杆状体起主要作用，人无法感知色彩。波长的范围对应三类，一般可分为B，G，R。其中对于绿色最敏感，红色次之，蓝色最差。这一特性应用到了单芯片摄像机的最普通的色彩滤波器上，成为bayer滤波器镶嵌。因此，在图像的绿通道上，图像的信息是最丰富的。

            

   人能感知颜色的原因是存在一种细胞，叫双极细胞。成中心周边同心圆拮抗状态，形成感受野。例如，一种细胞的感受野的中心对红光最敏感，周边区域对绿光最敏感，这是产生时间色对比现象的基础。

   颜色视觉目前主要有3种学说。一种是三色学说，三原色学说很好的解释了三原色混色规律。比较常见。另一学说是对立色学说，对三原色无法解释的色盲现象有效。其学说认为视网膜中有三种视素：红-绿，白-黑，黄-蓝。这与上面提到的感受野也对应。（根据这一理论，我们也可以建立一种颜色模型，让一些特定的颜色在模型的一个分量中是稳定的。因为人眼能区分它们必然有一个稳定的颜色通道存在）。还有一种学说叫阶段性学说。