三色学说

色彩学术语

1807年，托马斯·扬(T．Yong)与赫尔曼·赫姆霍尔兹(H．Helmholtz)根据红、绿、蓝三原色混合可以产生各种色调及灰色的色彩混合规律，假设在视网膜上存在三种神经纤维，每种神经纤维的兴奋都能引起一种原色的感觉。当光线作用于视网膜上，虽然同时引起三种纤维的兴奋，但由于光的波长不同，其中一种纤维兴奋特别强烈。另外两种纤维也同时兴奋，就有了明度感觉。红、绿两种纤维或绿、蓝两种纤维同时兴奋引起黄色或青色的感觉。这一学说现称为杨一赫姆霍尔兹学说，或叫三色学说。

定义

人眼及视觉中枢究竟如何将光刺激分辨为不同的颜色感觉一直是科学家们研究的课题，形成了许多学派，因为各自都有大量的事实和实验作为依据，但又存在不足之处，故在很长的时期没有形成统一的结论。比较有代表性的颜色视觉理论有两类：一个是杨一赫姆霍尔兹的三色学说，另一个是赫林的“对立”颜色学说。现代颜色科学界将这两个古老的理论加以综合，重新定位形成能够较圆满地解释各种颜色混合及视觉现象的“阶段”学说。

发展历程

1802年，英国的医学及物理学家托马斯·扬(T．Yong)提出，虽然人眼能分辨出自然界可见光中的所有颜色，但是，人的视网膜上不可能有那么多视神经的种类。他认为，人的视网膜上只有三种基本视觉神经纤维，它们分别是感红神经纤维、感绿神经纤维、感蓝神经纤维。当光刺激人的视觉器官时，感红神经纤维、感绿神经纤维、感蓝神经纤维对不同波长光的感受是不相同的，长波光对感红神经纤维的刺激最强烈，中间波长的光对感绿神经纤维的作用显著，短波长的光最能引起感蓝神经纤维的强烈兴奋。红光刺激人眼时，视网膜上的感红神经兴奋，因而产生红色的感觉。

后来，德国的生理、物理学家赫尔曼·赫姆霍尔兹(H．Helmholtz)对托马斯·扬的学说进行了补充。他认为，视网膜上存在三类不同的细胞，它们在光的刺激下产生兴奋，并分别将这种兴奋值转换成各自视神经所固有的特殊能量传送到大脑，在大脑中分别形成红色感觉、绿色感觉和蓝色感觉后，最终融合成综合的、完整的色觉。这三类细胞分别为感红细胞、感绿细胞、感蓝细胞，三种神经分别为感红神经、感绿神经、感蓝神经。他们分别形成三组平行构造的色觉通道。

根据赫姆霍尔兹绘制的视网膜上的三种感色神经纤维的光谱响应曲线。感红神经纤维对可见光中的红光波段敏感，感绿神经纤维对可见光中的绿光波段敏感，感蓝神经纤维对可见光中的绿光波段敏感，感蓝神经纤维对可见光中的蓝光波段敏感。白光作用于人眼时，三种神经纤维的兴奋程度一样，则产生白色的感觉。如果是一种混合色，则它是三种神经纤维按不同比例兴奋的结果。如“红”和“绿”神经纤维兴奋，则会引起黄色的感觉。“绿”和“蓝”神经纤维兴奋，会引起青色的感觉。这就是著名的三色学说(three component theory)。

赫姆霍尔兹所提出的在视网膜上存在三类感色细胞的设想，早已为现代解剖学的发现所证实，这就是前面所说的锥体细胞，锥体细胞分为：红视锥细胞、绿视锥细胞与蓝视锥细胞。在研究三色学说的过程中很多科学家都为此做出了贡献，比较突出的有：Young—Helmholtz模型、Koing的模型(Koing是Helmholtz的学生)、Thomson—Wright模型、Fick模型和Walls模型。但是，与绘制光谱响应曲线图的习惯一样，Walls已经将标注光谱波长的顺序变为从短波到长波，而赫姆霍尔兹绘制的图是从长波到短波的顺序。walls的色品过剩量假设理论对解释显示器上颜色的合成非常有用。

这一学说由19世纪的杨一赫姆霍尔兹提出，后人进一步研究又不断发展验证了这一理论。

从人们熟知的三原色以不同比例能混合出各种不同色彩的颜色混合现象出发，三色学说指出，人眼视网膜上含有三种不同类型的锥体细胞，这三种锥体细胞中分别含有三种不同的视色素，分别称为亲蓝、亲绿、亲红视色素，并通过实验手段测得这三种光谱敏感性不同的视色素的光谱吸收峰值分别在440～450nm；530—540nm；560～570nm处。

外界不同波长的光辐射进入人眼后被这三种锥体细胞按它们各自的吸收特性所吸收，三种色素吸收光后产生光化学反应，引起神经活动，经双极细胞和神经节细胞传导给视神经，再由视神经将冲动传至大脑内的视觉神经中枢，大脑将这些信息综合产生颜色感觉。例如，红光刺激时亲红视素兴奋产生红色感觉；黄光刺激时亲红、亲绿视素同时兴奋，大脑将产生黄色感觉，假如亲红、亲绿视素兴奋比例不断变化，将产生橙色或黄绿色的感觉等。如果亲红、亲绿、亲蓝三种视素同时受红、绿、蓝三种色光等量刺激产生兴奋时，就得到白色的感觉。人眼的明亮感觉是三种锥体细胞所产生的明亮感觉之和。

杆体细胞由于只含有一种视紫红视素，对于不同波长的光刺激均只有明暗感觉，不能分辨颜色。视紫红视素的光谱响应曲线就是暗视觉光谱光视效率曲线。

优缺点

三色学说的最大优点很好地解释说明各种颜色混合现象——在颜色混合中，混合色是三种感色细胞按特定比例兴奋的结果，因此颜色刺激不要求是连续光谱。三色学说可以通过将红、绿、蓝三束单色光混合的实验加以验证。改变红、绿、蓝光比例，将混合出包括白光在内的各种不同色光。三色理论是现代色度学的基础，颜色的定量描述与测量都是以三色理论为指导的。现代的彩色印刷、彩色摄影以及彩色电视技术都是建立在三色学说基础上的。

根据该学说，负后像是神经疲劳的结果。眼睛注视绿色一定时间后，感绿细胞被激起活动，当眼睛转到另一个中性灰色背景时，感绿细胞因过度疲劳不再发生反应，只有感红和感蓝两种细胞对白光中的红色和蓝色起反应，所以得到了绿色的补色即品红色的负后像。

三色学说的最大缺点是不能满意地解释色盲现象。他们认为色盲者是缺少一种感色细胞甚至缺少所有感色细胞。因此，色盲至少应该有红色盲、绿色盲和蓝色盲三种，可以单独存在。但是，根据色盲的事实，几乎所有看不见红色的人同时也看不见绿色，即为红一绿色盲者。更重要的是，根据三色学说三种感色细胞同时兴奋才能产生白色或灰色感觉，色盲缺乏一种或几种细胞是不应该有白色感觉的，但即使全色盲事实上也有白色感觉。还有，红一绿色盲的人不应该有黄色感觉，然而实际上红一绿色盲仍有黄色感觉。

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