對光譜三刺激值的解析(一)

一.本文的基本觀點

《色度學》是涉及到光學理論及視覺理論的一門學科。其中“光譜三刺激值”實驗*是在光學現象與視覺現象之間架起了一座橋梁。這一實驗對于當今的《色度學》來說，是一個非常重要的實驗。該實驗的依據是“顏色方程”。“顏色方程”的基礎是光的三原色理論。對于“顏色方程”有時也它稱為“配色方程”。兩種顏色能匹配到一起，必須要滿足一定的條件。闡述這一條件的理論，稱為“顏色匹配原理”。

“光譜三刺激值”實驗除了依據光的三原色理論之外，并沒有更深層次的視覺理論的參與。所以該實驗也只能是在光的三原色的混合色與待測顏色之間，通過視覺觀察來進行比較的一種實驗而已。這個實驗并沒有能力去突破現象來揭示光與視覺之間，到底還存在著怎樣一種深層次的關系。這一點也反映出了《色度學》在基礎上難以擺脫陳舊的“光的三原色理論”，因而導致了《色度學》一直停留在光色現象上，難以得到進一步的發展。

1806年，托馬斯·楊把光的三原色理論引入到顏色視覺理論當中，作為顏色視覺理論的基礎。他提出視網膜中有三種感光細胞，可分別接受外界紅、綠、藍三種色光的刺激，并使視覺中產生出紅、綠、藍三種原色。但是外界光線并非僅僅只有紅、綠、藍三種。顯然楊提出的這個理論存在著很大的局限性。后來，赫姆霍茲對楊的理論進行了修改，他提出：可以感受紅光的感光細胞，也可以接受紅光以外的各種色光的刺激，進而使視覺產生出紅色感。只不過是在這種情況下，感受紅光的感光細胞對紅光的感受*為強烈而已。對于其它兩種感光細胞，他也提出了同樣的觀點。這意味著什么？這意味著：外界中的任何一束光線都可能會引起視覺中的三種感光細胞同時產生反應。也*是說，外界的一束光線，它可能會使視覺同時產生出紅、綠、藍三種原色。這個觀點也是后來人們稱謂的“楊－赫三色學說”（簡稱為“三色學說”）中的一個*為重要觀點。但問題是：在光顏色理論中很早*有了紅、綠、藍三種原色的概念。而“三色學說”的提出，使得在顏色視覺理論中也出現了紅、綠、藍三種原色的概念。那么，應該如何來看待這二者之間的關系呢？

從“三色學說”發表至今已經過去兩個多世紀了。在這漫長的時間里，人們對于光的三原色與視覺三原色的關系，并沒能給予多大的關注，也沒能深入的去研究研究這二者之間到底有什么樣的區別？又有什么樣的聯系？而目前的狀況似乎是這樣的：人們都認為，光的三原色理論是在實驗的基礎上建立起來的，可以說它有著雄厚實驗基礎。尤其是在“光顏色混合理論”方面具有極強的優勢。而“三色學說”恰恰*是利用了光的三原色理論建立起了自己的學說。所以“三色學說”在目前的顏色視覺理論當中，可以說在“視覺顏色”混合方面，自然而然的*占有了一定的優勢。但是，現在有一個問題要特別的提出：光的三原色與視覺三原色一致嗎？

本文認為，光的三原色與視覺三原色完全是兩碼事。盡管它們都有著“三原色”的稱呼。但是，這兩個“三原色”的關系，絕非是一致的關系。理由是：按著“三色學說”的觀點，一束“綠原色光”當它照射到視網膜上時，可以同時引起視覺中產生出紅、綠、藍三種原色（請注意！這里所說的三種原色指的是視覺中的紅、綠、藍三原色）。從理論上也可以這樣來理解：視覺中的紅、綠、藍三種原色是“綠原色光”顏色的內在成分，或者說，視覺中的紅、綠、藍三原色是“綠原色光”顏色的三個分量。從這種關系中不難看出：視覺中的三原色更具有基礎性，更像是“原色”。而“綠原色光”的顏色倒應該是一種混合色。如果換個說法也可以這樣講：“綠原色光”的顏色它根本*不是“原色”。進而也可以這樣講：光的三原色它根本*不是原色。這*是本文首先要介紹的本博客對于“原色”概念中的一個“非正統”的觀點。而這個觀點也是本文在建立“光顏色匹配原理”以及解析“光譜三刺激值”時的一個*為重要的出發點。

二.與本文相關的一個實驗

由于解剖學的進步，人們早已經知道在視網膜上有兩類感光細胞：視桿細胞和視錐細胞，它們分別適用于暗視覺與明視覺。并且人們也都清楚的知道，視覺中所產生的彩色感與視錐細胞有關，與視桿細胞無關。在上個世紀60年代前后，人類在光學技術方面有了突飛猛進的進展，已經能把一個光點做的比視錐細胞的截面還要小。因此，*可以用這種細小的光束去單獨照射每一個視錐細胞，來觀察這些細胞對外界光線的吸收情況。于是，便產生了一個叫做“視網膜視錐細胞的光譜吸收曲線實驗”（也稱為“三種錐體細胞的光譜吸收曲線的實驗”）。

當人們做這個實驗的時候，有個驚人的發現，那*是：發現了視網膜上不同的視錐細胞對光譜存在著三種不同的吸收，因而*出現了三種不同的吸收曲線。下面的曲線圖*是其一。只不過是，該圖把三種不同的視錐細胞的光譜吸收曲線畫在同一張圖上了（該圖選自劉家琦，李鳳嗚主編的《實用眼科學》第二版.北京人民衛生出版社，1999年版.第50頁）。這張圖的意思是，用400nm到700nm的色光去單獨照射每個視錐細胞時，其結果是：反射回來的光的數量并不是一樣多，而是有三種。因而，*繪制出了三種不同的吸收曲線圖。并且，這三條曲線各自占據了光譜中的藍區、綠區、紅區的不同位置。因此人們便依據這一點得出了，視網膜接受外界光線刺激時，可以產生出紅、綠、藍三種原色的觀點。

另一方面，我們在生活中所接觸的光都是普通光。普通光的光點比較大。即使是一束細小普通光，當它照到視網膜上時也會覆蓋很多視錐細胞。也*是說，一束細小的普通色光，當它照射視網膜上時，便可以使視覺同時產生出數量不等的視覺三原色（至于在視覺中能產生出多少紅？多少綠？多少藍？那要取決于外界光線的波長了）。

下面來看一下，546.1nm的“綠原色光”照射到視網膜上的情況：從上面的曲線圖中可以看出：546.1nm處上方有兩條曲線：“綠曲線”和“紅曲線”。這意味著，546.1nm的“綠原色光”可以使視覺產生出不同數量的紅、綠兩種原色。這還不包括藍曲線的情況。該圖不是很完善的，該圖中的藍曲線沒能向前延伸。如果要是把它延伸了的話，“綠原色光”對視網膜的刺激，還會使視覺產生出少量的“藍色”。顯然，視網膜視錐細胞的光譜吸收曲線實驗有力的支持了赫姆霍茲的觀點，即外界的一束光線可以使視覺產生出紅、綠、藍三種顏色。現在理論界普遍認為這個實驗有力的支持了“三色學說”。但是，我們現在要說的是：這個實驗它也有力的支持了我們提出來的觀點：即光的三原色并非是“原色”。基于這一點，我們認為研究光顏色的匹配理論以及光譜三刺激值問題時，*應該把“光的三原色”分解為“視覺三原色”來研究，這樣才可能深入到問題的本質。