色彩的科學基礎一、物理學上的色彩1.光譜：1666年英國科學家牛頓（1642-1727），將白光引進暗室，因各色光頻率不同，通過三稜鏡的折射率也不同，便將白光分解為紅、橙、黃、綠、藍、紫順序排列的光譜，光譜又稱光帶或色光帶。2.一般所謂「白光」，是指六色單色光的「複合光」。3.紅色光波長最長，頻率最低，折射率最小。紫色光波長最短，頻率最高，折射率最大。4.光源色是色光直射至眼睛，而大多數的物體色則是色光的反射，反射現象有四種：(1)鏡面反射：如鏡子及水面的反射。(2)選擇反射：部份反射，部份吸收，如一般的物體色。(3)干涉反射：表面呈現七彩的折射，如肥皂泡泡、浮油表面、孔雀羽毛、真珠貝之表層等。(4)螢光與燐光：借光源之光，反射出與原來不同的特殊光為螢光(Fluorescence)。受照射時無異樣，息光後會呈現出特別蓄光者稱為燐光（Phosphorescence）。二、生理學上的色彩眼睛是人類接受外界視覺訊號的第一道關卡(圖02)。自然界中充斥著無數不同頻率的電磁波，而人眼能辨識的，只是其中一小部份的頻寬，從波長380nm（nanometer=0.000000001公尺）的紫光，到波長760nm的紅光之間，我們稱之為「可視光譜」。眼球作用好比照相機，眼角膜、水晶體，如同攝影鏡頭，可以調整物象的焦距。虹膜控制著瞳孔的縮放，類似光圈葉片調整曝光光量的多寡，而視網膜便是感光底片。紅色代表錐狀細胞藍色代表桿狀細胞桿狀細胞錐狀細胞頻率高於紫色光的紫外線，更高的ｘ射線等，該電波人眼不僅無法辨識，甚至也會對人體造成相當程度的傷害；而頻率較低的紅外線、微波等，除非以特殊的電子儀器，否則眼睛是無法作出判讀。可見光(英文為visiblelight)是電磁波譜中人眼可以感知的部分，可見光譜沒有精確的範圍；一般人的眼睛可以感知的電磁波的波長在400到700奈米之間，但還有一些人能夠感知到波長大約在380到780奈米之間的電磁波。正常視力的人眼對波長約為555奈米的電磁波最為敏感，這種電磁波處於光學頻譜的綠光區域人眼可視的光波範圍約於380mμ毫微米＝百萬分之一米(μ＝micro，即10的負6次方)＝nkm十億分之一公里(n＝nano奈米，即10的負9次方)~780mμ左右，高於780mμ或低於380mμ都看不見。Red800~650mμOrange640~590mμYellow580~550mμGreen530~490mμBlue480~460mμIndigo450~440mμViolet430~390mμ可見光源可見光的主要天然光源是太陽，主要人工光源是白熾物體(特別是白熾燈)。它們所發射的可見光譜是連續的。氣體放電管也發射可見光，其光譜是分立的。常利用各種氣體放電管加濾光片作為單色光源。人眼可以看見的光的範圍受大氣層影響。大氣層對於大部分的電磁波輻射來講都是不透明的，只有可見光波段和其他少數如無線電通訊波段等例外。不少其他生物能看見的光波範圍跟人類不一樣，例如包括蜜蜂在內的一些昆蟲能看見紫外線波段，對於尋找花蜜有很大幫助。光譜中並不能包含所有人眼和腦可以識別的顏色，如棕色、粉紅、紫紅等，因為它們需要由多種光波混合，以調整紅的濃淡。可見光的波長可以穿透光學窗口，也就是可穿透地球大氣層而衰減不多的電磁波範圍（藍光散射的情況較紅光為嚴重，這也正是為何我們看到天空是藍色的）。人眼對可見光的反應是主觀的定義方式（參見CIE），但是大氣層的窗口則是用物理量測方式來定義。之所以稱為可見光窗口是因為它正好涵蓋了人眼可見的光譜。近紅外線（NIR）窗口剛好在人眼可見區段之外，中波長紅外線（WMIR）和遠紅外線(LWIR、FIR)則較人眼可見區段較遠。由此之故，各種植物紫外光下的外觀對它們吸引昆蟲授粉、繁殖的影響較之在我們眼中的顏色更加相關。日光中的可視光波，經由眼球的瞳孔、水晶體，刺激視網膜上各種不同功能的感光細胞（桿狀細胞負責辨視明暗、錐狀細胞負責辨視色彩），使眼睛能對「明暗」及「色彩」作出適當的反應。「明暗」方面，負責對亮度作出反應的桿狀細胞（又稱柱狀細胞），其受到光線刺激的強度有一定的極限。雖然在較暗的環境底下，可經由瞳孔的縮放來控制進入眼球的光量，但光線強度若低於某一數值，桿狀細胞便無法作出反應。當然，若進入眼球的光線強弱反差過大時，桿狀細胞亦無法同時作出正確的反應。另一種情況是，當光線長時間的剌激，或快速閃爍，桿狀細胞亦無法作出正常的反應。負責對「色彩」作出反應的三種錐狀細胞，藍色的錐狀細胞負責對短波光作反應，而紅色、綠色則是負責對長波光及中波光分別作出反應。比如黃色的知覺，是紅色與綠色二種感光細胞同時作出反應，若三者同時接受均勻的刺激，則產生白色的知覺。