顏色是視網(wǎng)膜的視錐細(xì)胞收集到不同可見光，把光信號轉(zhuǎn)化為電信號，通過視神經(jīng)傳到人腦后，產(chǎn)生的感覺。

顏色不是物質(zhì)，是人腦處理過某物體發(fā)出的電磁波后的，分辨出的這種物體的屬性。顏色是某物發(fā)出的可見光和人眼對可見光的響應(yīng)二者共同決定的。

換句話說，顏色只是人體主觀的感受。別的動物的眼睛不一定跟人看到的一樣。你的照相機里拍到的顏色，跟你眼睛看到的，因為感光響應(yīng)不同，所以也不完全一樣。

但是由于人腦收集到信號后，其實會做歸一化處理，只要三種視錐細(xì)胞都齊全，人們看到的顏色就都一樣。也就是說，只要都是正常人眼（非色盲色弱），你看到的藍(lán)色的天，和你旁邊小伙伴看到的天是一個藍(lán)色。

具體到人眼，由于正常人眼的視網(wǎng)膜有三種錐狀細(xì)胞。分別探測長波(L)，中波(M)，短波(S)，如下圖，

（來自 Stockman et al 1993, The Journal of the Optical Society of America, 圖15）

實際的測量曲線中，比藍(lán)光中較短的波段紅色視錐細(xì)胞的響應(yīng)也比較突出，大概是0.1，而藍(lán)色大概是0.7-0.8。因此，你看到的violet也是藍(lán)+紅組合的結(jié)果。但是，如果你強調(diào)的是，violet是波長為380nm左右的光子的顏色，那么這樣的頂一下，這個顏色確實是存在的。只是，你看到的violet的顏色并不是真實的violet的顏色。畢竟，真實的情況就是藍(lán)＋紅的組合而已。試想一下，如果紅色的視錐細(xì)胞在380nm處沒有一個略強的響應(yīng)度，那么我們看到的彩虹最終只會止于藍(lán)色而已。

如下圖，是羅切斯特大學(xué)David Williams教授研究組發(fā)表在Nature上的人眼三種錐狀細(xì)胞在視網(wǎng)膜上的分布（The arrangement of the three cone classes in the living human eye : Abstract : Nature）

圖中顏色是根據(jù)實驗后加上的，只是為了區(qū)分三種不同的錐狀細(xì)胞。紅色表示對長波敏感，綠色對中波敏感，藍(lán)色對短波敏感。

每個人這三種錐狀細(xì)胞的分布都不盡相同， 如下圖所列的，都是有正常色覺的人眼，但是各種錐狀細(xì)胞的比例差很多。

但是如果三種視錐細(xì)胞有任何一種缺失或異常，都會造成某種色盲或色弱。由于色盲基因在X染色體上，人群中，大概7%的男性，和0.5%的女性有色盲。比如某位患者說：“有這么一種顏色，有時候人們管它叫紅色，有時又叫棕色，還有時叫桔色。”

人體的視覺感受，源于三種錐狀細(xì)胞對輻射來的可見光的響應(yīng)（具體來講，是把開頭那個響應(yīng)曲線和入射來的光相乘，再對波長或頻率做簡單積分），這種感光細(xì)胞的響應(yīng)會產(chǎn)生一個電信號，有視神經(jīng)傳給大腦。

人腦收集到視神經(jīng)傳來的信號后，三種錐狀細(xì)胞傳來的電信號的比值，決定了我們感受到的顏色。三個通道電信號的絕對值，決定了該物體顏色的亮度。

生活中的常識和實驗表明，只要視覺正常，三種錐狀細(xì)胞齊全，不同人對顏色的識別是非常相近的。我們都會認(rèn)同，血液、草莓都是紅色，給人熾烈、警覺的紅色；天空、海水都是藍(lán)色，讓人安心、澄凈的藍(lán)色等等。

需要承認(rèn)，即使正常人眼因為有同樣的視蛋白，導(dǎo)致人眼的視錐細(xì)胞的感光響應(yīng)相同外，人腦最終的顏色知覺（color perception）可能還是會略有差別。對同一幅桔黃色的圖，一個人可能認(rèn)為更偏桔色些，另一個可能認(rèn)為更偏黃色一些, 但這種偏差除了相關(guān)的生物化學(xué)結(jié)構(gòu)可能略有不同外，同個體的主觀認(rèn)知偏好也有聯(lián)系。

由于人眼進(jìn)化出了三種錐狀細(xì)胞，能探測的所有顏色，可以表示成如下的顏色空間（CIE 1931 color space）

舉個例子，紅色和綠色的光可以復(fù)合成黃色，就是由于顏色是入射光和人眼的色覺響應(yīng)共同作用的結(jié)果。紅光（～700nm）和綠光（～500nm）同時作用在人眼時，可以產(chǎn)生純黃光（～600nm）對人眼一樣的刺激，這兩種情況下，視網(wǎng)膜感光細(xì)胞輸給大腦的電信號，可以相同，人腦也就不能區(qū)分這到底是混合成的黃光，還是純黃光。

這并不是說，紅光＋綠光就真的混合成黃光了。如果給你個光譜儀，你可以很輕松地分辨出這兩種情況，這兩種情況的物理本質(zhì)還是完全不同的。只是人眼分不出而已。所謂的紅綠藍(lán)三基色的概念，也是由于人眼有三種錐狀細(xì)胞，而造成的。

但并不是所有生物都是三種錐狀細(xì)胞，有些鳥、魚、兩棲類、爬行類、昆蟲，甚至有些極個別的人類，有四種錐狀細(xì)胞。比如下圖 (Tetrachromacy)

這就意味著，跟正常人眼相比，它們／他們要么能看到更多的光譜范圍，比如紅外光在他們眼中是可見的，要么能更細(xì)致得區(qū)分可見光區(qū)內(nèi)的顏色種類。跟他們相比，正常人眼，反而有某種色盲。

比較知名的有四色型色覺的人，比如澳大利亞畫家Concetta Antico。

Q&A

Q: 因為視錐細(xì)胞比例不同，所以你看到的紅與我看到的不是一樣的？

A: 不對。你我看到的是非常接近的紅色。三種視錐細(xì)胞比例不同，但是最后大腦是三個通道比較之后，才給出顏色判斷的。

Q: 我一直有疑問的是為什么顏料三原色是紅黃藍(lán)而光的三原色卻是紅綠藍(lán)呢？反射和發(fā)射出來的不都是光波嗎？

為何三基色不同呢？

A: 畫畫用的顏料三原色，是減法三原色, 指品紅、青色、和黃色。是因為顏料吸收部分光，剩下的反射進(jìn)入人眼。光學(xué)中的三原色，是加法三原色，紅、綠、藍(lán)，是指不同波長的光，同時被人眼吸收后，呈現(xiàn)的顏色。

Q：歸一化處理是怎么做到的？既然人和動物對于同樣的電磁波能有不同色感，那人和人之間就沒有差異么？

A：人和人之間可以有差異，也就是文中的色盲或色弱。占7%的男性，和0.5%的女性。正常人眼的差異非常小。這是由于從負(fù)責(zé)感光的視蛋白到傳輸?shù)揭暽窠?jīng)，再被大腦處理，這一路上的經(jīng)歷了非常多而復(fù)雜的生物化學(xué)過程，而每一小步都非常相似, 所以一個理性的推論是人們看到的顏色非常接近。如果非要糾纏于“子非魚，安知魚之樂”這樣的不可知論，我也沒辦法。色覺說到底，和別的感覺一樣，是一個個人體驗的過程。科學(xué)能證實神經(jīng)傳輸過程中間的任何一步的生物化學(xué)過程相同，進(jìn)而推出感覺應(yīng)該相同，但還是不能完全證明最后的主觀色覺相同。

Q：短波偏藍(lán)紫（確切說是紫），長波偏紅，那么紅色和紫色之間的顏色，比如玫紅，在波長上是在哪邊呢？

A：對于可見光區(qū)的任何一個波長（頻率），都對應(yīng)一個顏色。但是反過來不成立。不是每種顏色都可以找到對應(yīng)的單色光的。

上文中給出的顏色空間的包絡(luò)線，（向左上凸起的黑色曲線，周圍有對應(yīng)藍(lán)色數(shù)字表示波長）就是單色光可能的顏色。比如鈉黃光就包含單色性較高的589.0納米 and 589.6納米，兩條純黃光。

比如玫紅、棕色等顏色，不能用單一波長實現(xiàn)，是多種波長混合，一起對感光細(xì)胞刺激的結(jié)果。