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可见光谱

可见光谱(Visible spectrum)是人眼可见的电磁波谱的一部分。 在这个波长范围内的电磁辐射被称为可见光或简单的光。 一个典型的人眼会响应大约390到700纳米的波长。 就频率而言,这对应于430-770THz附近的频带。

然而,光谱不包含人眼和大脑可以区分的所有颜色。 例如,不饱和的颜色如粉红色或紫色的变化(例如洋红色)不存在,因为它们只能由多个波长混合制成。 仅包含一种波长的颜色也被称为纯色或光谱色。

可见光波长通过“光学窗口”,这是电磁波谱的一个区域,允许波长在地球大气层中基本不衰减。 这种现象的一个例子是,清洁的空气散射的蓝光比红光波长多,所以午间天空呈蓝色。 光学窗口也被称为“可见窗口”,因为它与人类可见反应谱重叠。 近红外(NIR)窗口位于人类视野之外,中波长红外(MWIR)窗口以及长波长或远红外(LWIR或FIR)窗口,尽管其他动物可能会遇到它们。

历史
在13世纪,罗杰培根理论认为,彩虹是通过类似的过程产生的,使光线通过玻璃或水晶。

在17世纪,艾萨克·牛顿发现棱镜可以拆卸和重新组合白光,并在他的书Opticks中描述了这种现象。 他在1671年首次使用光谱这个词(拉丁语为“外表”或“幻影”)来描述他的光学实验。 牛顿 观察到,当一束窄光束以一定角度撞击玻璃棱镜的表面时,一些光线被反射,一些光束进入并穿过玻璃,形成不同颜色的光带。 牛顿 假设光由不同颜色的“微粒”(粒子)组成,不同颜色的光以不同的速度以透明物质移动,红光比玻璃中的紫光移动得更快。 其结果是红光在通过棱镜时弯曲(折射)的程度比紫光的锐度小,从而产生一系列的色彩。

牛顿 将光谱分为七种颜色:红色,橙色,黄色,绿色,蓝色,靛蓝和紫色。 他从源自古希腊诡辩家的信仰中选择了七种颜色,即颜色,音符,太阳系中的已知物体和星期几之间有联系。 人眼对靛蓝的频率相对不敏感,并且一些视力良好的人不能将靛蓝与蓝色和紫色区分开来。 出于这个原因,包括艾萨克阿西莫夫在内的一些后来的评论家认为,靛蓝不应该被认为是一种颜色,而仅仅是一种蓝色或紫色。 但是,证据表明什么 牛顿 意为“靛蓝”和“蓝色”并不符合这些颜色词的现代含义。 将牛顿对棱镜颜色的观察与可见光谱的彩色图像进行比较表明,“靛蓝”对应于今天称为蓝色的,而“蓝色”对应于青色。

在十八世纪,歌德在他的色彩理论中写了关于光谱的文章。 歌德使用光谱(Spektrum)这个词来指定一个幽灵般的光学残像,就像“视觉与色彩”中的叔本华一样。 歌德认为,连续谱是一个复合现象。 哪里 牛顿 缩小光束以隔离现象,Goethe观察到更宽的光圈不产生光谱,而是产生红黄色和蓝青色边缘,其间具有白色。 光谱只有在这些边缘足够接近以便重叠时才会出现。

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19世纪初,可见光谱的概念变得更加明确,因为可见光范围外的光被William Herschel(红外)和Johann Wilhelm Ritter(紫外线),Thomas Young,Thomas Johann Seebeck等人发现和表征。 1802年,年轻人首先测量不同颜色的光的波长。

Thomas Young和Hermann von Helmholtz在19世纪初探索了可见光谱与色觉之间的联系。 他们的色觉理论正确地提出,眼睛使用三种不同的感受器来感知颜色。

动物色彩视觉
许多物种可以在人类“可见光谱”之外的频率内看到光。 蜜蜂和许多其他昆虫可以检测紫外线,这有助于他们在花中找到花蜜。 取决于昆虫授粉的植物物种可能在紫外光下的生殖成功与它们的外观相比,而不是它们对人类显得多彩。 鸟类也可以看到紫外线(300-400纳米),有些羽毛上只有在紫外线范围内可见的性别依赖性斑纹。 然而,许多能够看到紫外线范围的动物看不到红光或其他任何偏红的波长。 在橙色波长开始之前,蜜蜂的可见光谱在约590nm处结束。 然而,鸟类可以看到一些红色的波长,尽管不如人类那么远。 人们普遍认为常见的金鱼是唯一可以同时看见红外线和紫外线的动物 是不正确的,因为金鱼看不到红外线。 同样,狗通常被认为是色盲,但它们已被证明对颜色敏感,尽管不如人类多。

光谱颜色
可由窄波段(单色光)的可见光产生的颜色称为纯光谱颜色。 图中所示的各种颜色范围是近似值:光谱是连续的,一种颜色与下一种颜色之间没有明显的界限。

光谱
光谱学是基于它们发出,吸收或反射的颜色光谱来研究物体。 光谱学是天文学中一个重要的调查工具,科学家用它来分析远处物体的性质。 通常,天文光谱学使用高色散衍射光栅以非常高的光谱分辨率观察光谱。 通过分析太阳光谱首次检测到氦。 化学元素可以通过发射线和吸收线在天文物体中检测到。

谱线的移动可用于测量远处物体的多普勒频移(红移或蓝移)。

彩色显示光谱
彩色显示器(例如电脑显示器和电视机)不能复制人眼可辨别的所有颜色。 设备色域以外的颜色(如大多数光谱色)只能近似。 为了进行色彩精确再现,可以将光谱投影到统一的灰色区域上。 由此产生的混合颜色可以使其所有的R,G,B坐标非负,因此可以不失真地进行再现。 这准确地模拟了在灰色背景下查看光谱。

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