三色視者與四色視者身後的理論基礎:色彩原理

理論上，常人的肉眼是三色視覺（Trichromacy），經過三種視錐細胞（也能夠說感光色素）來生成藍色、綠色和紅色的波長。可是，肉眼的不足之處是存在同色異譜色（metamers），也就是說盡管色彩看起來相同，但其實是由不一樣光譜組成的。

視錐細胞與色彩識別

咱們眼睛的視網膜視錐細胞是能夠分辨入射光線顏色變化的。常人通常擁有三種類型的視錐細胞，每種類型的細胞可以識別出一種顏色——綠色、紅色，或藍色，所以咱們這樣的普通人也被稱爲「三色視者」。每種類型視細胞通過不一樣波長的光發生不一樣的連鎖反應，引發視覺。三種視細胞被激活並往神經中樞（大腦）輸送信息。大腦收集聯合各類信號，併產生色覺，而後言語描述出來咱們目及的是哪一種顏色。

S型視錐細胞對可見光譜中的短波長最爲敏感。產生S型視錐細胞視蛋白的基因位於第7號染色體；M型和L型視錐細胞吸取中等長度和較長波長的光線。產生這兩類視錐細胞視蛋白分子的基因位於X染色體上，且彼此相鄰。數百萬的視錐細胞緊密排列在視網膜內。

而大多數的色盲患者和其餘哺乳動物只有兩種視錐細胞，他們被稱爲「雙色視者」(幾乎全部其它哺乳類動物，包括狗和新世界猴，都是雙色視覺的 )。因爲每一個細胞能夠區分同一顏色100種左右的色度，那麼每多一種視錐細胞，咱們可以分辨出的顏色數量也會成倍增長。所以，若是一個色盲患者能夠看到大約10000種不一樣顏色，那常人則能夠看到大約100萬種。若是咱們有着四種不一樣的視錐細胞會怎樣呢？那咱們就有可能看到上億種顏色了——甚至你想都想不到的顏色。

• 單色視覺系統Monochromats：海生哺乳動物通常是單色視覺系統。因此給海豚看電視單色的也就是黑白的就夠了

• 兩色視覺系統Bichromats：幾乎全部其它(排除人類)哺乳類動物，包括狗和新世界猴，都是雙色視覺的。給貓狗看的電視兩色就夠了

• 三色視覺Trichromacy：靈長類哺乳動物和人類的視覺系統通常是同樣的，也是三色視覺。

• 四色視覺Tetrachromats：有袋類和鳥類是。給袋鼠和鸚鵡看的電視須要四色才行.

四色學說的確立

四色學說又叫對立學說。早在1864年Hering就根據心理物理學的實驗結果提出了顏色的對立機制理論，又叫四色理論。他的理論是根據如下的觀察得出的：有些顏色看起來是單純的，不是其餘顏色的混合色，而另一些顏色則看起來是由其餘顏色混合得來的。通常人認爲橙色是紅和黃的混合色，紫色是紅和藍的混合色。而紅、綠、藍、黃則看起來是純色，它們彼此不類似，也不像是其餘顏色的混合色。所以，Hering認爲纔在紅、綠、藍、黃四種原色。

Hering理論的另外一個根據是咱們找不到一種看起來是偏綠的紅或偏黃的藍，即橙色以及綠藍色。紅和綠，以及黃和藍的混合得不出其餘顏色，只能獲得灰色或白色。這就是，綠刺激能夠抵消紅刺激的做用；黃刺激能夠抵消藍刺激的做用。因而Hering假設在視網膜中有三對視素，白--黑視素、紅--綠視素和黃--藍視素，這三對視素的代謝做用給出四種顏色感受和黑白感受。沒對視素的代謝做用包括分解和合成兩種對立過程，光的刺激使白--黑視素分解，產色神經衝動引發白色感受；無光刺激時，白--黑視素便從新合成黑色感受，白灰色的物體度全部波長的光都產色分解反應。對紅--綠視素來講，紅光做用時，使紅--綠視素分解引發紅色感受；綠光做用時使紅--綠視素合成產生綠色感受。對黃--藍視素來講，黃光刺激使它分解因而產生黃色感受；藍光刺激使它合成因而產生藍色感受。由於各類顏色都有必定的明度，即含有白色的成分。因此，每一種顏色不只影響其自己視素的活動，並且也影響白--黑視素的活動。

這些理論，咱們能夠聯想到RGB/RGBA，CMY/CMYK。我的以爲這些爲四色視打下鋪墊。相關拓展閱讀《水煮RGB與CMYK色彩模型—色彩與光學相關物理理論淺敘》、《色彩空間HSL/HSV/HSB理論，RGB與YUV如何轉換》。

四色視概念及四色視者

在1948年，專一於色盲患者研究的荷蘭科學家Henri Lucien de Vries首次提出了四色視的概念，他在檢查色盲者時發現了一些有趣的現象。

色盲的男性只有兩種正常的視錐細胞和一種對綠光和紅光都不敏感的突變體，但與此同時，這個色盲男性的母親和女兒卻有三種正常的視錐細胞和一種突變體。這就表示他們都有四種視錐細胞，只不過只有三種正常工做而已。這在當時簡直聞所未聞。

擁有兩種正常類型的視錐細胞和一種突變類型細胞的男性受試者對顏色並不敏感，並沒能分辨出應該區分的顏色(綠或紅)；而擁有三種正常類型視錐細胞和一種突變類型細胞的女性受試者一樣也區分不出紅和綠。即使這種色盲現象和女性所擁有的額外那種視錐細胞沒什麼直接的聯繫，那也能說明人類視網膜裏是能夠含有四種視錐細胞的。

儘管這一發現意義重大，但在那以後就石沉大海了。

直到80年代末，劍橋大學的John Mollon教授開始尋找可能擁有四種視錐細胞的女性。一直到2007年，Mollon教授的前同事、紐卡斯爾大學神經系統科學家Gabriele Jordan決定採用一種稍微不一樣的測試方式來尋找擁有超級視覺的人類。

她找來了25位擁有第四種視錐細胞的女性，把她們關進小黑屋。接着讓她們看着一個發光裝置閃現出的三種彩色光圈。

對於普通的三色視者來講，看到的顏色都是同樣的。但Jordan假設，一個真正的四色視者是可以分辨出不一樣的，由於額外多出的一種視錐細胞能讓她們看到更多顏色。使人難以置信的是，一個代號爲cDa29的女性（英國北部的醫生）在每一次測試中都能區分出三種不一樣的彩色光圈

cDa29，是科學界中第一位被發現的四色視覺者。固然，這位醫生決然不是四色視覺者們中僅存的一位。

四色設備

三色視者與四色視者的感光差別

先來看看一位正常的三色視覺者：

受到590納米波長光線刺激時，正常視錐細胞最終發出的信號，和遇到540納米加上670納米的混合光線時是同樣的！大腦接收到相同的信號時沒法區分兩種光線，所以三色視覺者會將它們視爲相同。

再來看看擁有變異M型視錐細胞的異常三色視覺者。比起正常的M型視錐細胞，他們的M型視錐細胞的光敏感度略接近於正常的L型視錐細胞。

請注意，三種視錐細胞對590納米光線，以及540納米加670納米的混合光線產生的信號很是不一樣。這意味着異常三色視覺者的大腦能感知到兩種光線的區別，於是能體會不一樣的顏色。

可是在色彩識別上，視錐細胞是必要的工具，但若是其中一個工具同另外一個沒有區別，大腦就會拋棄它，並繼續沿用已經使用習慣的工具。在這個世界上，有數以百萬計的女性擁有四種視錐細胞，但只有不多一部分中了「完美」變異的彩票，得以體驗到四色視覺

人造四色視覺人體視覺感知加強設備

爲了突破人類肉眼的「固有冗餘」，來自威斯康星大學麥迪遜分校的研究人員研發出了針對左右眼使用兩種不一樣透射率鏡片的設備，經過分離短波視錐的響應，有效引起了四色視覺（Tetrachromacy），也就是存在四種不一樣的眼錐細胞類型。

在戴上眼鏡以後，佩戴者可以區分同色異譜色之間的差異，從而讓佩戴者看到此前肉眼沒法看到的新顏色。物理學家 Mikhail Kats 向 New Scientist 透露：「肉眼看起來徹底相同的顏色，當你戴上眼鏡以後就會發現二者是徹底不一樣的顏色。」

可是，我的感受這個東西和CT彩色成像系統 差很少。對普通人，沒有什麼卵用！

原文：三色視者與四色視者身後的理論基礎:色彩原理 - 計算機視覺與計算機圖形學的圖像處理所涉及的基礎理論知識，文有不妥，請源站留言告知，謝謝！

參考文章：

顏色視覺理論：三色學與四色學 blog.csdn.net/mapeng89202…

尋找色覺女超人：能看到百倍色彩的她究竟在哪裏？https://www.guokr.com/article/441352/