電磁波的波長(zhǎng)和強(qiáng)度可以有很大的區(qū)別,，在人可以感受的波長(zhǎng)范圍內(nèi)(約380納米至780納米),，它被稱為可見光,，有時(shí)也被簡(jiǎn)稱為光。假如我們將一個(gè)光源各個(gè)波長(zhǎng)的強(qiáng)度列在一起,，我們就可以獲得這個(gè)光源的光譜,。一個(gè)物體的光譜決定這個(gè)物體的光學(xué)特性，包括它的顏色,。不同的光譜可以被人接收為同一個(gè)顏色,。雖然我們可以將一個(gè)顏色定義為所有這些光譜的總和，但是不同的動(dòng)物所看到的顏色是不同的,，不同的人所感受到的顏色也是不同的,，因此這個(gè)定義是相當(dāng)主觀的。
可見光的光譜
| 顏色 | 波長(zhǎng) | 頻率 |
| 紅色 | 約625—780納米 | 約480—405兆赫 |
| 橙色 | 約590—625納米 | 約510—480兆赫 |
| 黃色 | 約565—570納米 | 約530—510兆赫 |
| 綠色 | 約500—565納米 | 約600—530兆赫 |
| 青色 | 約485—500納米 | 約620—600兆赫 |
| 藍(lán)色 | 約440—485納米 | 約680—620兆赫 |
| 紫色 | 約380—440納米 | 約790—680兆赫 |
一個(gè)彌散地反射所有波長(zhǎng)的光的表面是白色的,，而一個(gè)吸收所有波長(zhǎng)的光的表面是黑色的,。
一個(gè)虹所表現(xiàn)的每個(gè)顏色只包含一個(gè)波長(zhǎng)的光。我們稱這樣的顏色為單色的,。虹的光譜實(shí)際上是連續(xù)的，但一般人們將它分為七種顏色：紅,、橙,、黃、綠,、青,、藍(lán)、紫，但每個(gè)人的分法總是稍稍不同的,。單色光的強(qiáng)度也會(huì)影響人對(duì)一個(gè)波長(zhǎng)的光的顏色的感受,，比如暗的橙黃被感受為褐色，而暗的黃綠被感受為橄欖綠,，等等,。
也有許多顏色是不可能是單色的，因?yàn)闆]有這樣的單色的顏色,。黑色,、灰色和白色比如就是這樣的顏色，粉紅色或絳紫色也是這樣的顏色,。
波動(dòng)方程是用來描寫光的方程,，因此通過解波動(dòng)方程我們應(yīng)該可以得到顏色的信息。在真空中光的波動(dòng)方程如下：
utt = c2(uxx + uyy + uzz)
c在這里是光速,，x,、y和z是空間的坐標(biāo)，t是時(shí)間的坐標(biāo),，u(x,y,z)是描寫光的函數(shù),，下標(biāo)表示取偏導(dǎo)數(shù)。在空間固定的一點(diǎn)(x,、y,、z固定)，u就成為時(shí)間的一個(gè)函數(shù)了,。通過傅里葉變換我們可以獲得每個(gè)波長(zhǎng)的振幅,。由此我們可以得到這個(gè)光在每個(gè)波長(zhǎng)的強(qiáng)度。這樣一來我們就可以從波動(dòng)方程獲得一個(gè)光譜,。
但實(shí)際上要描寫一組光譜到底會(huì)產(chǎn)生什么顏色,，我們還的理解視網(wǎng)膜的生理功能才行。
亞里士多德就已經(jīng)討論過光和顏色之間的關(guān)系,，但真正闡明兩者關(guān)系的是艾薩克·牛頓,。約翰·沃爾夫?qū)?middot;歌德也曾經(jīng)研究過顏色的成因。托馬斯·楊1801年次提出三元色的理論,，后來赫爾曼·馮·亥姆霍茲將它完善了,。1960年代人們發(fā)現(xiàn)了人眼內(nèi)部感受顏色的色素，從而確定了這個(gè)理論的正確性,。
人眼中的錐狀細(xì)胞和棒狀細(xì)胞都能感受顏色,，一般人眼中有三種不同的錐狀細(xì)胞：種主要感受紅色，它的敏感點(diǎn)在565納米左右,；第二種主要感受綠色,，它的敏感點(diǎn)在535納米左右,；第三種主要感受藍(lán)色，其敏感點(diǎn)在445納米左右,。桿狀細(xì)胞只有一種,，它的敏感的顏色波長(zhǎng)在藍(lán)色和綠色之間。
每種錐狀細(xì)胞的敏感曲線大致是鐘形的,。因此進(jìn)入眼睛的光一般相應(yīng)這三種錐狀細(xì)胞和桿狀細(xì)胞被分為4個(gè)不同強(qiáng)度的信號(hào),。
因?yàn)槊糠N細(xì)胞也對(duì)其他的波長(zhǎng)有反映，因此并非所有的光譜都能被區(qū)分,。比如綠光不僅可以被綠錐狀細(xì)胞接受,，其他錐狀細(xì)胞也可以產(chǎn)生一定強(qiáng)度的信號(hào)，所有這些信號(hào)的組合就是人眼能夠區(qū)分的顏色的總和,。
如我們的眼睛長(zhǎng)時(shí)間看一種顏色的話,，我們把目光轉(zhuǎn)開就會(huì)在別的地方看到這種顏色的補(bǔ)色。這被稱作顏色的互補(bǔ)原理,，簡(jiǎn)單說來,，當(dāng)某個(gè)細(xì)胞受到某種顏色的光刺激時(shí)，它同時(shí)會(huì)釋放出兩種信號(hào)：刺激黃色,，并同時(shí)擬制黃色的補(bǔ)色紫色,。
事實(shí)上，某個(gè)場(chǎng)景的光在視網(wǎng)膜上細(xì)胞產(chǎn)生的信號(hào)并不是*被等于人對(duì)這個(gè)場(chǎng)景的感受,。人的大腦會(huì)對(duì)這些信號(hào)處理,，并分析比較周圍的信號(hào)。例如,，一張用綠色濾鏡拍的照片——的形象事實(shí)上是綠色的,。但是因?yàn)槿舜竽X對(duì)的固有印象，加上周圍環(huán)境的綠色色調(diào),，人腦的會(huì)把綠色的障礙剔除——很多時(shí)候依然把感受成白色,。這被稱作現(xiàn)象在英文中被稱作“Retinex”——合成了視網(wǎng)膜(retina)和大腦皮層(cortex)兩個(gè)單詞。梵高就曾使用過這個(gè)現(xiàn)象作畫,。
人眼一共約能區(qū)分一千萬種顏色,，不過這只是一個(gè)估計(jì)，因?yàn)槊總€(gè)人眼的構(gòu)造不同,，每個(gè)人看到的顏色也少許不同,，因此對(duì)顏色的區(qū)分是相當(dāng)主觀的。假如一個(gè)人的一種或多種錐狀細(xì)胞不能正常對(duì)入射的光反映,，那么這個(gè)人能夠區(qū)別的顏色就比較少,，這樣的人被稱為色弱。有時(shí)這也被稱為色盲,，但實(shí)際上這個(gè)稱呼并不正確,，因?yàn)檎嬲荒軈^(qū)分黑白的人是非常少的。
桿狀細(xì)胞,。桿狀細(xì)胞雖然一般被認(rèn)為只能分辨黑白,，但它們對(duì)不同的顏色的靈敏度是略微不同的，因此當(dāng)光暗下來的時(shí)候,，桿狀細(xì)胞的感光特性就越來越重要了,，它可以改變我們對(duì)顏色的感覺。
從進(jìn)化論的角度來說人對(duì)基本顏色的感受應(yīng)該是一致的,。
有些動(dòng)物感受顏色的細(xì)胞的種類比人少,，比如大多數(shù)其它哺乳動(dòng)物。有些動(dòng)物可以感受到人看不見的顏色,，比如蜜蜂可以感受紫外線,。
人的色彩空間
假如我們用歐氏空間中的x、y和z軸相應(yīng)表示人的三種錐狀細(xì)胞敏感的波長(zhǎng)的強(qiáng)度的話,，那么我們就可以獲得一個(gè)三維的色彩空間,。這個(gè)空間的原點(diǎn)代表的是黑色。離原點(diǎn)越遠(yuǎn),，光的強(qiáng)度就越強(qiáng),。白色在這個(gè)空間中沒有固定的點(diǎn)，按照色溫以及周圍光的不同我們可能將這個(gè)圖中不同的點(diǎn)看做白色,。人可以感受到的顏色在這個(gè)圖中是一個(gè)底部是馬踢形的錐體,。理論上來說這個(gè)錐體沒有止點(diǎn)，但過于強(qiáng)烈的光會(huì)損壞人的眼睛,。在光的強(qiáng)度低的情況下,，人對(duì)顏色的感受會(huì)發(fā)生變化，但總的來說,，人對(duì)右圖中黑線所描繪的部分是敏感的,。
地說，在這個(gè)圖中不存在棕色或灰色這樣的顏色,，這些顏色實(shí)際上是比周圍顏色暗的橙色和白色,。這一點(diǎn)我們很容易證明：我們?cè)诳匆粋€(gè)投到一塊白布的投影機(jī)的圖象時(shí)我們會(huì)看到白布上投的黑字，但實(shí)際上這些黑字的顏色與白布本來還沒有被投影時(shí)的顏色是一樣的,。投影后這些黑字周圍的白布被照亮了,，因此我們感覺到它們比較黑了。
從圖中我們還可以看到,，人無法看到純的紅色,、綠色或藍(lán)色，這是因?yàn)槲覀兊腻F狀細(xì)胞對(duì)其他顏色也起反應(yīng),。在我們看純藍(lán)色時(shí),，我們的紅色和綠色的錐狀細(xì)胞也產(chǎn)生信號(hào),，就好象在藍(lán)色中還夾雜著紅色和綠色一樣。
CIE 1931 chromaticity diagram
不同的光譜可以在人眼中產(chǎn)生同樣的顏色感,，比如日光燈的白光是由幾個(gè)相當(dāng)窄的光譜線構(gòu)成的,，而太陽光則是由連續(xù)的光譜構(gòu)成的。就其光而言,，人眼無法區(qū)分兩者,。只有當(dāng)它們反射在不同顏色的物體上時(shí)，我們才看得出來一個(gè)是日光燈的光,，一個(gè)是太陽光,。
在大多數(shù)情況下人能看得出的顏色可以由元色搭配而成。照片,、印刷,、電視等就使用這種方式來體現(xiàn)顏色的。
盡管如此搭配出來的顏色往往與純的單色不*相同,，尤其在可見光譜的中部搭配的顏色只能非常地接近單色光,，但無法*達(dá)到它的效果。比如綠光(530納米)和藍(lán)光(460納米)搭配在一起可以產(chǎn)生青光,。但這個(gè)青光總使人有不十分純的感覺,。這是因?yàn)槿说募t色錐狀細(xì)胞同時(shí)也可以感受到綠色和藍(lán)色，它們對(duì)搭配的顏色的反映比對(duì)純的青色(485納米)的反映要強(qiáng)一些,，因此我們會(huì)感到搭配的顏色有點(diǎn)“紅”,，有點(diǎn)不純。
此外一般在技術(shù)上使用的元色本身也都不純,，因此一般來說它們無法*地表現(xiàn)純的單色光,。不過自然界中很少有真正的純的單色光，因此一般來說由元色組成的顏色可以很好地反映原來的顏色,。一個(gè)技術(shù)系統(tǒng)能夠產(chǎn)生的顏色的總和被稱為色域,。
在通過照相機(jī)或掃描儀錄取顏色的時(shí)候也會(huì)產(chǎn)生誤差。一般這些儀器中的感光元件的感光特性與人眼的感光特性相差甚遠(yuǎn),。因此在特別的光照下這些儀器所產(chǎn)生的顏色可能會(huì)與人眼所感受到的相差很大,。
與人眼的顏色感受不同的動(dòng)物(比如鳥可以感受四種不同的顏色)可以區(qū)分對(duì)人來說相同的顏色，因此對(duì)它們來說適合人看的圖象有時(shí)會(huì)非常不可理解,。
RGB色彩立方體
發(fā)光的媒體(比如電視機(jī))使用紅,、綠和藍(lán)加色的三元色，每種光盡可能只刺激針對(duì)它們的錐狀細(xì)胞而不刺激其它的錐狀細(xì)胞,。這個(gè)系統(tǒng)的色域占人可以感受到的色彩空間的大部分,，因此電視機(jī)和計(jì)算機(jī)熒光屏使用這個(gè)系統(tǒng)。
理論上我們也可以使用其他顏色作為元色，但使用紅,、綠和藍(lán)我們可以大地達(dá)到人的色彩空間,。遺憾的是對(duì)于紅、綠和藍(lán)色沒有固定的波長(zhǎng)的定義,，因此不同的技術(shù)儀器可能使用不同的波長(zhǎng)從而在熒光屏上產(chǎn)生稍微不同的顏色,。
CMYK色彩立方體
將青色,、洋紅色和黃色透明的色素涂在白色的底上我們可以獲得更大的色域,。這三種顏色是減色的三元色。有時(shí)我們還加入黑色來產(chǎn)生比較暗的顏色,。
衍射,，一定顏色的光會(huì)被向一定的角度反射。這個(gè)物體的表面就會(huì)產(chǎn)生特別的彩虹般的閃光,?？兹傅挠鹈⒃S多蝴蝶的翅膀,、貝母等就會(huì)產(chǎn)生這樣的結(jié)構(gòu)顏色,。近一些汽車也使用特別的漆來達(dá)到這樣的熒光效果。
