世界的颜色是怎么来的,这个世界是什么颜色的

每一个人、每一个物种所感受到的世界色彩其实都是独一无二的！我这篇文章会很长，我会较为详细得给大家解读一下我所了解到的相关知识，在回答这个问题之前我先抛出几个问题：

1：为何荷叶是绿色但荷花却是白红相间呢？

2：为何树叶能够由绿转黄？

3：为何有的人头发是黑色有的人头发却是黄色？

4：为何正常人与色盲症患者看到的世界色彩会有如此巨大的差异？

5：为何人眼看到的世界与狗等动物会有不同？

6：为何同样一张照片你在室外观看与在室内观看色彩也会有轻微区别？

7：现如今我们通过电影电视等渠道观看影像资料相当逼真，它是怎么实现的？

如果你弄懂了颜色产生的基本原理前面六个问题都能理解！今天我就给大家科普一下这里面的科学原理,当然个人水平有限里面肯定会有一些不太严谨甚至谬误的地方，也欢迎更专业的人士予以批评指正。

我们看到的颜色取决于三个系统的共同作用，首先是提供电磁波的光源系统，其次是对光源发出的光进行选择性反射的有色物体这个视源系统，最后就是由眼睛与大脑相应器官组成的视觉系统，以下我会解读一下这三个系统的作用原理。

第一：光源系统的一些知识

光源系统的作用在于提供电磁波，例如太阳、电灯等等，不同光源发出的电磁波是不同的，对于我们人类而言我们所说的可见光只是电磁波家族里一个微不足道的成员而已，另外我们人类目前虽然可以借助一些仪器“看到”原本人眼不可见的电磁波，例如X射线，伽马射线等等，但是我们所有技术手段能够辨识出的电磁波应该也只是电磁波大家族的一部分而已，我们对这个世界的探索非常依赖电磁波，我们能够识别的电磁波范围会影响我们对这个世界的认知，因此从这个角度来说我们人类对宇宙的探索还有很长的路要走，曾经我们以为眼睛看到的就是世界的全部，但随着科技的进步我们能“看到”原来看不到的，这才发现这个世界超出你的想象！

图1：太阳光的波谱范围

图2：可见光的波谱范围：

自然界的光源以及人类大多数光源设备能够提供的电磁波都有如下特点，首先不仅都是多种波长光波的混合物，其次光波的组成也存在巨大差异，在这些光波里既有我们人眼能够识别的部分，也有我们人眼识别不了的部分，虽然我们人眼识别不到，但我们借助仪器可以，有些动物能看到我们人眼识别不了的部分，因此不同光源下以及不同观察者的视角内感受到的颜色会有差异，我们人眼能够识别的光集中在380-740nm这个区间，颜色也是从紫到红逐渐变化。

图3：同样的草莓在不同光源下的颜色差异

至于不同的光源为何会产生不同组成、不同强度的电磁波这也是一门非常值得研究的科学，因为在这方面了解得并不深入，而且与本篇需要探讨的颜色机理关联并不大因此此文不做阐述，有兴趣的可以去读读有关书籍，光说到底也是一种能量形式，这种能量也是光源通过产生一些反应进行能量转化的结果，例如太阳发生核聚变失去一些质量发出一些带有能量的光等等！

图4：关于太阳的一些信息

第二：视源系统的一些知识

一束光从光源发出到达一个物体表面通常会有三种不同的转换形式，分别是反射、吸收和透射，这个物体以及它对光波进行转换的机制就构成了一个完整的视源系统，这个系统会影响你对这个物体颜色的感知。

例如据说黑洞存在巨大的吸引力，它能吸收所有人类已知的电磁波，因此我们人类无法直接观察到黑洞的存在，只能尝试通过寻找黑洞的边界来寻找观测证据，但到目前为止还没有找到。在自然界中我们通常把一个物体分为有色和无色两类，无色的物体是发生了光的透射，例如非常清澈的水和空气，实际上这些物质的透射并不是完全的，只是对于人眼来说它的确透射了绝大多数可见光，有色物体之所以有色就在于这个物体将来自光源的光进行了反射，反射到人眼的光波组成决定了它的颜色属性，如果它能反射所有可见光，那么我们看到的是白色，如果它吸收了所有可见光那么我们看见的是黑色，如果它不仅吸收了一部分还反射了一部分波长的光，那么我们就能感受到不同的颜色，例如红绿蓝等等，感受的颜色是由反射光的波长决定的。

图5：你看到的这个图片之所以是红色的，是因为这张图片吸收了大部分入射光，它反射到你眼睛里的是625-740nm这个波长区间的光，这个区间波长的光进入人的视觉系统经过解析之后带来的感觉就是红色的。

一个物体为何能够吸收这种波长的光而要反射其它波长的光也是一门非常值得研究的科学，如果大家有兴趣可以去读读色素化学等相关书籍，一个物体的颜色与该物体的化学组成及物理结构有关，例如红色颜料与白色颜料通常有着不同的化学结构，有些物体虽然具有同样的化学组成，如果它存在结晶状态、颗粒粗细等物理结构上的差异，那么呈现的颜色也会有所区别。

因为化学组成的不同、物理结构的不同每一个物体都形成了一个有特色的光波筛选系统，因为发生了筛选因此同样的光源发出的光到达不同物体之后反射的光是不同的，因此我们发现了他们的差别，其中颜色差别就是其中一个重要特征！树叶之所以会由绿变黄，很重要的原因是因为叶绿素逐渐减少叶黄素逐渐增多，叶绿素与叶黄素会对光进行完全不同的筛选，枫叶之所以会变红是因为叶红素增多，生物体内部实际上就是一座巨大的生物化学工厂！

第三：人体视觉系统的知识

前面我们说过颜色纯粹是一种生理感受，视觉系统由眼睛、神经系统、大脑视觉处理单元组成，眼睛是人体非常重要的视觉器官，你就把它想象成一个照相机，视网膜就是胶卷，视网膜这个部分称为感光系统，眼睛除视网膜之外的角膜、晶状体、玻璃体等部分组成了一个屈光系统，视网膜这个胶卷接收到屈光系统送进来的光发生感光作用，这个底片经过神经系统冲洗之后送到大脑进行辨识产生视觉。

一个盲人是无法辨别颜色的，另外人与狗所看到的世界是不一样的，为何同样的光源经过同样的物体反射之后在不同生物体之间却会发生感知上如此巨大的差异呢？为何盲人无法看到这个世界？主要原因是不同生物体的视觉系统不一样！盲人的视觉系统存在缺陷！

眼睛接受物体表面的反射光并且传输到遍布视网膜之上的视觉细胞上，不同物种这个视觉细胞存在差异，神经系统负责将视觉细胞接受到的光刺激产生的神经冲动传输给大脑，这种神经冲动我们也可以理解成生物弱电信号，大脑负责对这个信号进行解析产生最终的颜色知觉。

根据研究发现最终影响你对这个物体颜色判断的主要因素是人体本身视网膜上视觉细胞的组成，人体视网膜上的视觉细胞主要有两种，一种是椎体细胞，一种是杆体细胞，之所以如此命名应该与它们的长相有关【我猜的】，椎体细胞主要作用在光亮环境下，它影响明视觉，通过它来辨别颜色和细节，杆体细胞主要作用在暗条件下，它只能感受微光的刺激不能分辨颜色和细节，称为暗视觉。

一个人之所以会成为盲人在于三个重要器官其中有一部分出现了缺少或者严重病变，色盲患者往往是因为基因缺陷导致缺少某些视觉椎体细胞或者虽然有这个细胞但细胞功能丧失，导致自己无法处理颜色信息，色弱患者多数是后天形成，他实际上是因为视觉细胞发生了一些病变削弱了颜色辨识功能。

另外还有研究者发现人眼视网膜上的椎体细胞有三种不同的类型，这三种椎体细胞各自含有一种视色素，他们称之为亲蓝、亲红和亲绿视色素，当外界的光被人眼中这三种椎体细胞按照各自的吸收特性吸收之后，细胞色素吸收光子发生光化学反应，视色素会分解同时触发生物能引起神经活动，这些神经活动产生的信息会由神经节细胞传到神经中枢最终进入大脑进行解析，不同类型的神经冲动就转化成了不同颜色的感知，红、绿、蓝也称为三原色，用这三种颜色可以混合出任意颜色。

当然这里面的一些机理远远还没有到研究透彻的地步，甚至绝大多数理论目前都只是一种假设，但是这种假设的确有助于我们理解这件事，并且这些假设也能找到大量实验证据进行支撑，在没有更好的理论解释之前姑且信之。

现如今喜欢看各种视频节目的各位不知有没有想过这个问题？一个自媒体的作者在现场用手机拍摄了一段短视频，并且将这个短视频以视频文件的形式上传到了网络上，你登陆这个网站进行观看，你从电脑或者手机显示屏上能看到与现场几乎一模一样的场景，其中就包括颜色，这是怎么做到的？

要解答这个问题实际上需要解答三个问题，第一个问题是摄像机是如何把现场信息完整记录下来的？包括颜色！第二个问题就是我们的显示系统是怎么把这个计算机存储的视频文件转化成影像输出的？包括颜色细节的呈现！第三个问题是摄像机记录下来的一帧一帧图片是怎么转化成计算机能够识别、存储与解读的标准化数字信息的？因为只有数字信号才能在网络的世界里进行传输并且远程解析还原。

由于本人非这个领域的专业人士，因此解答的未必专业，希望更专业的人士能够批评指正，我写这些补充信息的目的是让大家了解颜色相关的事，这三个问题我只简要介绍一下头两个问题，对于第三个问题由于涉及到非常复杂的模拟信号转数字信号及数字信号转模拟信号的问题，我在此文中只简单说一些概念，有兴趣的朋友可以自己去详细了解，这部分需要处理的信息量是巨大的，如果没有计算机这些功能无法实现。

第一：关于摄像机的一些知识

在原来胶片电影时代我们的摄像机其实就是个能够高速拍照的照相机，它通过快门的快开快闭将现场所有物品反射的光按照一定的时间间隔接收到一张又一张底片上进行曝光，由于这个相机底片具有特殊的卤化银化学涂层，这些涂层与不同的光会发生不同的化学反应，黑白照片实际上原理比彩色照片简单的多，彩色照片的胶卷是多层的，每一层会对不同颜色的光产生辨识，最终经过在暗房进行冲洗之后这些照片就记录下了现场的影像信息。

送到传统电影院进行放映的时候实际上这个胶片是通过一个手摇或者电动的转轴按照特定的速度快速通过光门，经过照片底片过滤之后的光打到幕布上就呈现了一帧一帧有色彩的画面，由于人眼无法发觉快速切换的片段误以为是连续的画面，因此你的观感与现场观看是一样的，在电影术语里一般用秒帧来表示放映速度，现在的电影通常一秒是24帧，这些画面之所以有色彩是因为这个底片不同区域透过的光波长不一样，它几乎完美还原了当时现场的原色，人类第一次看到彩色电影距今也就一百多年！

如今的摄像机和照相机早就已经进入了数码时代，现在已经不需要卤化银胶片了，数码时代的照相机和摄像机实际上还是有底片的，只不过它这个底片并不是一次性的，而是由一个能够产生光电效应的感光元件构成，称为CCD，这个感光元件会将镜头接受到的反射光转化成电信号，然后通过A/D转换器将这个电信号转换成数字信号，最终通过数字视频处理器将这个数字信号进行编辑存储，这个A/D转换目前都是很标准化的东西，至于是基于什么逻辑转换的对于一个视频来说涵盖的信息量很大其实挺复杂的，有兴趣的可以深入了解。

进展到这一步一个现场的影像就变成了一段数字化的加密信息，这个数字化的加密信息可以在相应的网络设备上传输与解读。

第二：关于这个视频文件是怎么通过显示器显示出来的问题

我们通过显示器看东西感知颜色细节与我之前所说直接观看大自然感知颜色细节是存在区别的，因为最终这个视频的内容并不是显示屏反射外部光出现的，显示屏自己就是个光源，它传输到人眼的光是它自己发出的，这个光是后台计算机先读取这个视频文件，并且运行解码程序将存储这个视频信息的数字信号传输给显示器终端解析成模拟信号，接受到模拟信号的显示屏会通过显示屏上密密麻麻无数的光点发光的形式进行一帧一帧影像的还原，不同时间不同的点发出的光波长是不一样的，它是由计算机根据解码后的信息进行针对性控制来实现，不同的显示器这个控制方式有所不同，不管是怎么控制的，最终的结果是这个显示屏呈现的影像几乎已经还原了这个视频所存储当时现场所有的细节，你就把这个后台计算机一系列操作想象成一个在高台上举着指挥大旗的一个指挥官，每一个色点就是一个手拿色板的人，这个计算机通过挥舞这个旗子告诉每一个色点的人他应该怎么举牌，通过变换这个牌子来改变画面。

下图是等离子体显示屏一个独立光点的结构图，它实际上是很小很小的，通常我们用像素来衡量显示器的清晰度，像素越高清晰度越高也意味着显示屏上的光点密度越高。

下图是一个比较完整的影像资源采集、传输与远程放映的大系统，我们每个人每天都在使用这个系统，现如今我们已经离不开它，这个系统的建立不仅仅是一个浩大的工程，而且需要运用大量前沿科学知识及工业制造技术，虽然我们国家已经具有完整搭建这个系统的能力，但在这个系统构建关键部件方面我们还受制于人！有些核心技术我们并没有完全掌握！

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