单色光

石鑫华视觉

单色光物理学上的单色光

在物理学里，单色光（monochrome）一般是指波长为单一值的电磁辐射。严格的说，并没有任何光源，能够制造出纯单色光。虽然有些先进的激光，能够制造出线宽极窄的激光光。这些激光光的波长，也有一定的线宽(称为光谱线宽 (spectral linewidth) )。实际上，经过滤光器过滤的光波，经过衍射光栅分离的光波，与激光的光波都惯常地被称为单色光。假若，一个光源散发出来的光波的线宽，比另一个光源，更为狭窄，则称此光源更具有单色光性。单色光器是一种仪器，可以用来选择特定波长的单色光。
单色光，单一频率（或波长）的光。不能产生色散。由红到紫的七色光中的每种色光并非真正意义上的单色光，它们都有相当宽的频率(或波长)范围，如波长为0.77～0.622微米范围内的光都称红光，而氦氖激光器辐射的光波单色性最好，波长为0.6328微米，可认为是一种单色光。
光是一种电磁波，因为光具有反射、干涉、偏振等波的特性，而且光与物体作用的光吸收现象，它又是一种带有能量的光量子，所以光兼具有波动及量子的物理特性。光的物理特性由光的波长及能量来决定--光的波长决定光的颜色；光的能量决定光的强度。由于电磁波的范围相当大，其包含宇宙射线、紫外线、可见光、红外线、微波等，但是真正能够在人眼的视觉系统上产生色彩感觉的电磁波是可见光波，其波长范围大约在380nm到780nm，在这段可见光谱中，不同波长的电磁波则产生不同的色彩感觉。
一般的光源是由不同波长的单色光所混合而成的复色光，所谓的“单色光”是指白光或太阳光经三菱镜折射所分离出光谱色光--红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫等七个颜色，因为这种被分解的色光，即使再一次通过三菱镜也不会再分解为其他的色光，所以将这种不能再分解的色光叫做单色光；而由“单色光”所混合的光称为“复色光”。自然界中的太阳光及人工制造的日光灯等所发出的光都复色光。

                               
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使用分光棱镜可以从复色光中分离出单色光

生长在单色光环境的婴儿可能无法识别颜色

人类视觉系统是一个结构精细且功能复杂的感觉器官，视网膜所收集的信息占人类通过感觉获得的全部信息的70%，而许多基因的突变会对眼的结构和功能产生影响。人类的视觉是一个复杂的现象，它依赖于3种光感受器视锥，称为红、绿、蓝视锥。根据三原色学说，可见光谱内任何颜色都可由红、绿、蓝三色组成，如有一种原色不能辨认都称二色视，主要为红色盲与绿色盲，红绿色盲则表现为患者不能区分红色和绿色，由于患者从小就没有正常辨色能力，因此不易被发现。

一直有人认为，人眼睛的色觉是与生俱来的。这其中一个最有力的证据就是红绿色盲是一种常见的先天性色觉障碍性疾病。红绿色盲的遗传方式是X连锁隐性遗传，致病基因定位于Xq28。一般认为，红绿色盲决定于X染色体上的两对基因，即红色盲基因和绿色盲基因。由于这两对基因在X染色体上是紧密连锁的，因而常用一个基因符号来表示。男性仅有一条X染色体，因此只需一个色盲基因就表现出色盲；女性有两条X染色体，因此需有一对致病的等位基因，才会表现异常。人类的红绿色盲就是一个X连锁隐性遗传的典型病例，患者不能正确区分红色和绿色，这决定于X染色体上两个紧密相连的隐性红色盲基因和绿色盲基因，一般将它们综合在一起来考虑，总称为红绿色盲基因。在中国人中男性色盲发病率为7%，较女性色盲患者（0.49%）多。

统计资料显示，红绿色盲男性发生率为8%左右，女性为0.5%。红绿色盲的特点表现为：男性患者远远多于女性患者，系谱中的病人几乎都是男性；男性患者的双亲均无病，其致病基因来自携带者母亲；由于交叉遗传，男患者的同胞、舅父、姨表兄弟、外甥中常可见到患者，偶见外祖父发病，在此情况下，男患者的舅父一般正常；由于男患者的子女都是正常的，所以代与代之间可见明显的不连续或称为隔代遗传。红绿色盲一般不会影响人的正常生活和工作，但是由于无法辨认红色和绿色，因此这样的人如果开车上路的话，那将是一件十分危险的事情。

但日本研究人员最新的一项实验却发现，长期在单色光环境中生活的婴儿有可能无法识别颜色。日本一个认知行为科学研究小组用4只出生两周的猴子做实验，让它们置身于只有一种波长的单色光环境中，但每隔一分钟便用另一种单色光照射猴子的所处环境——也就是，让它们接触不同颜色光，但不让它们在同一时刻对任意两种光进行对比，如此持续一年。对比组的猴子则在正常环境下成长。

之后，研究人员让两组猴子根据所出示的红色、蓝色、绿色卡片，从其它卡片中分别挑出颜色一致的卡片。结果，在正常环境下长大的猴子能够成功完成这项任务，而在单色光环境下成长的猴子却挑不出颜色一致的卡片。研究人员认为，上述实验说明，婴儿生活环境中的色彩对婴儿正常色觉的形成至关重要，这也提示人们色彩感觉可能也同时来自于后天。
生活常识的用法

一般的光源是由不同波长的单色光所混合而成的复色光，所谓的“单色光”是指白光或太阳光经三菱镜折射所分离出光谱色光——红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫等七个颜色，因为这种被分解的色光，即使再一次通过三菱镜也不会再分解为其他的色光，所以将这种不能再分解的色光叫做单色光；而由“单色光”所混合的光称为“复色光”。自然界中的太阳光及人工制造的日光灯等所发出的光都复色光。

                               
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单色光

机器视觉常用的单色光源

在机器视觉中，单色光源的应用是相当广泛的，比复色光使用频率要高许多。这是因为单色光可以无色散等像差，可以有效改善镜头的成像质量。因此通常没有特殊要求时，都是使用单色光源。
一般常见的单色光源有红色Red，绿色Green，蓝色Blue，黄色Yellow，红外IR，紫外UV等。当然其它颜色的单色光源，现在的工艺也都可以设计制作，不过使用比较少。

                               
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机器视觉光源