彩色世界：光的三原色與視覺

解密視覺的奧秘：探索眼睛背後的色彩世界與感知力

視覺，是人類感知外界事物的五感(視、聽、嗅、味、觸)中最靈敏的一種，因為光是目前已知速度最快的傳播方式。視覺不只可以讓我們快速感知外界事物的大小、形狀、距離、色彩等訊息，還可以判斷其變化與移動。積極方面可以趨吉(增加獵食成功率)，增加演化競爭上的優勢，消極方面則可以避凶(逃避掠食者，提高生存率)。

人類的視覺器官叫做眼睛，它有幾個重要的組成。一個是外觀上最容易注意到的眼球，他的功能主要是收集和調節光線強弱，這個部分可以參考本館科學中心地下一樓「達達的魔法樂園」中的「大眼睛」展項；再來是眼球後方的視網膜上面的感光細胞，這部分就像照相機中的感光晶片，正是本文所要介紹的主題。

視網膜上的感光細胞接收到光線會產生電訊號，然後依靠視神經將訊號傳遞到大腦，大腦將這些訊號依照位置和強弱、顏色等進行排列後，就產生了物體的影像。這個部分就像電腦將數位相機傳送的訊號排列成影像一樣，而其實數位相機和電腦產生影像的技術，原本就是人類從自然界的生物視覺學習而模擬出來的產物。

視網膜是位於眼球後方(內側)的一片凹球狀薄細胞層，眼球匯聚的光線剛好在這個地方聚焦成像，光線照射在視網膜的感光細胞上就形成了影像。說起來似乎很簡單，可是視網膜與裡面的感光細胞其實是很複雜的。

人眼的視網膜裡有好幾種感光細胞，主要分成靈敏度高但是無法辨識顏色的視桿細胞(或稱柱狀細胞)以及可以辨識顏色但是靈敏度低的視錐細胞(或稱錐狀細胞)兩大類。而視錐細胞又分成 3 種，分別接收紅(R)、綠(G)、藍(B) 3 種顏色的光線。

視錐細胞和視桿細胞共創神奇的色彩

從上面的介紹應該不難看出，其實視錐細胞靈敏度低於視桿細胞是很自然的事情。因為白光是由紅、綠、藍 3 色組成，視桿細胞可以全部都吸收，但是紅光的視錐細胞不吸收藍和綠這兩個部分，相比之下接收的光線能量就只有約視桿細胞的 1/3 ，靈敏度自然就差了很多。而數位相機也是同樣原理，即使後端使用同樣的晶片，沒有加濾色片的黑白相機會比加了 RGB 濾色片的彩色相機亮很多，所以用於夜間監視的攝影機都喜歡採用沒有顏色的黑白機。

前面提到眼睛裡面的辨色錐狀細胞有 3 種，分別接收紅、綠、藍 3 種顏色的色光，所以這 3 種顏色被稱為「光的三原色」。當這 3 種色光比例均勻的時候，我們看到的顏色叫做白色，如果某種顏色強一點或弱一點，眼睛的感受就會變成其他顏色。例如只有紅、綠完全沒有藍，那就會變成黃色。如果再調整一下紅跟綠的強弱比例，那看到的黃色又會稍微有點不同。靠著調整3種色光的比例，可以混出人眼所看到的各種顏色，因為人眼看到的顏色本來就是由這3種視錐細胞調出來的。(圖四)

人類視覺的奧秘與多樣性：色盲？色弱？

可是，每個人視網膜裡的視錐細胞數量不一定一樣多，也不一定 3 種都一樣多，所以實際看到的影像還是會有些差異。畢竟人不是工廠裡生產規格一致的商品，高矮胖瘦本就各不相同，眼睛構造的細節也各有差異。只要眼睛本身沒有重大問題，經由適當練習過後並不難正確判斷出物體的顏色，而這樣的訓練有時也會造成如下圖那樣的色彩錯覺。

如果有人的某一類感光細胞特別少或者完全缺失，那麼在辨識顏色的時候就會發生錯誤，如果情況不是特別嚴重的稱為「色弱」，很嚴重的就稱為「色盲」了。色盲或色弱通常來自遺傳，雖然通常不至於直接危及生命，但是卻會在生活中造成不少一般人難以體會的困擾。

動物視覺的奇幻多樣世界與適應

大多數動物也有視覺，但是牠們在演化上的視覺需求和人類並不完全一樣，所以演化出來的視覺也會和人類不一樣。例如我們熟悉的貓和狗，牠們在夜間的視力比人類好很多，但是牠們對於顏色的辨識能力卻比人類差。這是因為狗的視桿細胞很發達，所以夜視能力很好；但是牠們的視錐細胞只有藍跟黃兩種(和人類的紅、綠、藍 3 種不一樣)，能看到的顏色範圍比人類還要窄，所以很多顏色(例如紅色跟綠色)牠們是認不出來的。

在生存競爭上，要發展靈敏而模糊或是遲鈍而清晰的視覺其實各有優劣，生物必須針對所處環境尋找對自己最有利的方式，或是針對自己的特性去尋找最適合的環境。在地球上有許多光線很微弱的環境，視覺反而不是很好用的功能。例如蝙蝠選擇了夜間活動就不需要太好的視力，反而運用或演化出聽覺上的優勢而成為悠遊於夜空裡的精靈；又如數百米以下的深海或是某些洞穴之中也是一片漆黑，視覺在這樣的地方毫無用處而退化，反而聽覺跟觸覺會更有用。