Physical Basis of Color

光=不同波长的电磁辐射（可见光光谱范围内400~700nm）

不同波长的光具有不同的折射率

Spectrum 光谱：不同波长（频率）的光对应的类型

Spectral Power Distribution (SPD) 谱功率密度：描述一束光在所有波长的分布

• 线性：可叠加

Color 颜色：是人的一种感知，不是光线的一种根本属性 a phenomenon of human perception; it is not a universal property of light

• 不同波长的光Different wavelengths of light are not “colors”

人眼的简单介绍：瞳孔=光圈，晶状体=透镜，视网膜=感光元件

视网膜上的感光细胞 Retinal Photoreceptor Cells

• Rods：视杆细胞，棒状，很多，感知光的强度（而非波长）
• Cones：视锥细胞，锥形，较少，产生“颜色”的感觉

  • Three types of cones S, M, and L (corresponding to peak response at short, medium, and long wavelengths), each with different spectral sensitivity

    

    不同视锥细胞对不同波长的光的响应曲线

  • 不同的人的视锥细胞分布大不一样 Fraction of Three Cone Cell Types Varies Widely

Tristimulus Theory of Color

Spectral Response of Human Cone Cells

于是不同视锥细胞的信号强度=其对所有波长的光的响应的积分

$$ \begin{aligned} S &=\int r_{S}(\lambda) s(\lambda) d \lambda \\ M &=\int r_{M}(\lambda) s(\lambda) d \lambda \\ L &=\int r_{L}(\lambda) s(\lambda) d \lambda \end{aligned} $$

于是有 任何一束光 → (S,M,L) → Color 的对应，人眼只知道(S,M,L)，不知道原来的光线分布（SPD）