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我們觀察周圍環境的時候,圖像是如何傳到大腦的呢?

先需要註意的是,我們在現實生活中看到某壹物體的顏色其實並不是這個物體本身的真實顏色,而是其反射和散射得到的顏色。換句話說,那些不能被物體吸收(Absorb)的顏色,即被反射或散射到我們人眼中的可見光波長代表的顏色,就是我們能夠感知到的物體的顏色。

例如,蘋果的表面主要反射和散射紅色光線。只有紅色的波長能從蘋果表面散射或反射回來,而其他部分則被吸收,轉化為其他其他形式的能量,如下圖。

圖 人眼接收到蘋果反射和散射的紅色光線 (圖片來自Arnold Renderer Docs)

被反射或散射的光線進入人眼後,首先穿過角膜(cornea), 然後進入瞳孔(pupil)。

隨後,光被晶狀體(lens)折射並撞擊視網膜(retina)中的兩種類型的感光細胞(photoreceptors),視錐細胞(cones)和視桿細胞(rods)。

這些感光細胞從視野範圍內吸收光子,然後經壹系列特殊復雜的生物化學通路,根據光線中的不同的波長產生不同顏色的視覺信號,波長越高的光偏紅,波長越低的光偏藍。視覺信號通過視神經(optical

nerve)傳遞到視覺皮層(visual

cortex),而視覺皮層作為處理視覺信號的大腦區域,用於產生最終的感知圖像。

上述負責整體人類視覺功能的完整系統被稱為人類視覺系統(Human Visual

System,HVS),如下圖。

圖 部分人眼視覺系統

圖 不同感光細胞對不同波長的感知敏感度

只有可見光才能被人眼感知並處理,而可見光僅覆蓋完整電磁波譜在400nm和700nm之間非常有限的光譜區間。如下圖。

圖 電磁波譜。可見光僅覆蓋完整電磁波譜在400nm和700nm之間非常有限的光譜區間

如果要給可見光波長壹個度量上的感知,400nm到700nm大約是單根蜘蛛絲的壹半到三分之壹的寬度,而單個蜘蛛絲本身不到人類頭發寬度的五十分之壹

圖 左側可見光波長相對於單根蜘蛛絲線顯示,單根蜘蛛絲寬度略大於1微米。 在右側,可以看到該蜘蛛絲線大約為人類頭發寬度的五十分之壹