为啥物体在灯光下颜色不如日光下鲜艳？

日常生活中我们都有这样的经验：一幅彩色的画，在室外自然光下显得颜色非常鲜艳，饱和度很好，但在室内灯光下看起来色彩就远不如在自然光下面那么鲜艳了。在类似蜡烛这样暗弱的灯光下看固然显得昏暗，但有时即使在很亮的灯光下看，色彩也没有那么艳丽。这是咋回事呢？

先说一下颜色是怎么产生的吧。我们对颜色的感知，实际上来自对光的感知，而光是一种电磁波，不同颜色的光代表不同频率的电磁波。人眼可以看见的光波长度从380纳米到780纳米左右，对应颜色从紫色到暗红色。光里面包含的各种不同频率成分组合叫做光谱。

太阳是自然光的光源，太阳发出的光在整个可见光波段有较为均匀的分布。当太阳光照射到物体上之后，物体会选择性地吸收一部分光，没有被吸收的光则被反射出去。由于物质分子结构的不同，物体表面对各种波长的光反射率并不相同，因此就会出现某些波长的光被反射得较多，而某些波长的光被吸收得较多。被反射得较多波长的光就会使这种物质看起来呈现某种颜色。

大多数金属会均匀地反射整个可见光波段的光，因此看起来呈现银白色。而铜会反色较多的红光，因此看起来发红；而金会反射较多的黄色光，因此看起来呈黄色。同理，叶子发绿是因为叶绿素反射了较多的绿色光，而花发红是因为花瓣反射了较多的红光。

说到这里，很多人会问了：如果光谱里面本来就没有某种颜色的光，那照射到物体上之后会是什么情况呢？这其实很容易推断，所谓巧妇难为无米之炊，如果光源中缺失了某种颜色的光，那物体根本就没有光可以反射，那肯定也没法看到这种颜色的光了。一个极端的例子：用红色的光去照一个绿色的物体却看不到任何绿色的迹象，就是这个道理。如下图所示：

为了表示光源对物体色彩显示准确程度的能力，科学家们发明了一个称为“显色指数”的指标，它表示光源能准确表现物体本来颜色的能力。这个指数的最高值为100，越接近100表明越能准确显示物体颜色。一般将显色指数划分为以下几段：

90-100 1A 优良 需要色彩精确对比的场所

80-89 1B 需要色彩正确判断的场所

60-79 2 普通 需要中等显色性的场所

40-59 3 对显色性的要求较低，色差较小的场所

20-39 4 较差 对显色性无具体要求的场所

一般的灯光里光谱缺失不会像上面例子里那么极端（红灯区除外），不过也许远比你想象的严重。以下面这个LED灯的光谱为例：

从谱线可以看出，该灯光谱中有极强的蓝光成分，而在蓝色到绿色中间以及波长超过600nm的红光波段有很多缺失，最高峰和最低谷相差达七八倍，这导致这盏灯对青色和红色的显色性很差。测量指标也可以看出，该灯显色指数Ra仅为73.7。

这也不奇怪，这个灯的光源为LED，而LED发光原理是利用本来发出的蓝光去激发荧光粉，发出比蓝光波长更长的光，因此LED普遍会有较高的蓝光峰值。而荧光粉也比较难在整个波段有较均匀的光谱，因此LED普遍显色性都比较低。荧光灯、节能灯也是类似发光原理，因此显色指数也都高不到哪里去。

那么，是不是所有的LED显色性都很差呢？当然也不是。通过不断改进荧光粉的成分，LED的光谱也越来越接近自然光，显色指数甚至能达到98%，几乎是满分了。不过这样做的代价就是成本的提高。一些对色彩辨别性能要求极高的场合，例如画家作画画或者修复古籍，以前都需要在自然光下进行，而现在很多类似场合都逐步采用高性能LED来替代。下面就是国家图书馆用来修复古籍的LED光源的光谱曲线：

从光谱来看，这个光谱从430nm到650nm光谱幅值较为均匀，低谷和高峰相差仅为一倍左右，因此光谱几乎没有缺失，显色性非常好，高达97.8%。

从实际视觉效果来看，这两盏灯有什么具体的差异呢？把手机调整成固定的白平衡拍下两张照片，对比如下图所示：

左边为Ra=73.7的灯光下拍摄，右边为Ra=97.8的灯光下拍摄。从色彩来看差别还是很明显的，右边的明显比左边要鲜艳，饱和度更高。而实际眼睛观察时感觉差异更大，显色指数高的灯光下各种物体色彩更加赏心悦目，主观感受更加舒适，而且眼睛不容易疲劳。这其实也就是很多理工科学霸家长在给孩子选台灯的时候把Ra值作为首选参数的原因吧。