SỰ NHÌN, cảm GIÁC về màu sắc và các màu cơ bản

Chuyên đề: SỰ NHÌN, CẢM GIÁC VỀ MÀU SẮC VÀ CÁC MÀU CƠ BẢN
LỜI NÓI ĐẦU
Kiến thức về mắt, sự nhìn, cảm giác về màu sắc và các màu cơ bản được trình bày trong sách giáo khoa
còn mang nhiều hạn chế. Với các nội dung này cần trang bị nhiều hơn cho học sinh giỏi, đặc biệt là các học
sinh trong hệ thống các trường Chuyên. Hưởng ứng đề nghị của giáo viên các trường thuộc hội các trường
ĐBDH Bắc Bộ, chúng tôi, dựa vào kinh nghiệm giảng dạy và các tài liệu sưu tầm có được, viết chuyên đề
"Sự nhìn, cảm giác về màu sắc và các màu cơ bản". Nhằm cung cấp cho học sinh những kiến thức sâu
rộng hơn về vấn đề này.
Chuyên đề chắc còn nhiều thiếu xót, chúng tôi mong nhận được sự góp ý của các đồng nghiệp!
Bắc Ninh, tháng 7 năm 2015
Tổ Vật lý - KTCN trường THPT Chuyên Bắc Ninh
MỤC LỤC
I. Sự nhìn, cảm giác về màu sắc
II. các màu cơ bản
Tài liệu tham khảo

Trang
2
13
17


I. SỰ NHÌN VÀ CẢM GIÁC VỀ MÀU SẮC
Sự nhìn màu sắc nổi của con người là một quá trình rất phức tạp đến nay vẫn chưa được hiểu trọn vẹn,
mặc dù hàng trăm năm nghiên cứu và mô phỏng đã trôi qua. Sự nhìn yêu cầu sự tương tác gần như tức
thời của hai mắt và não thông qua mạng lưới thần kinh, các cơ quan thụ cảm và những tế bào chuyên biệt
khác. Bước thứ nhất trong quá trình cảm giác này là sự kích thích của cơ quan cảm thụ ánh sáng trong mắt,
biến kích thích sáng hoặc hình ảnh thành tín hiệu, và truyền tín hiệu điện chứa thông tin nhìn từ mỗi mắt đến
não thông qua dây thần kinh thị giác. Thông tin này được xử lí tiếp trong vài giai đoạn, sau cùng thì truyền
đến phần vỏ não có liên quan đến thị giác.
Mắt người có các thành phần quang đa

dạng, gồm giác mạc, mống mắt, con ngươi,
thủy dịch và thủy tinh dịch, một thủy tinh
thể có tiêu cự thay đổi, và võng mạc (như
minh họa trong hình 1). Những thành phần
này phối hợp với nhau, tạo nên ảnh của các
vật rơi vào tầm nhìn của mắt. Khi một vật
được quan sát, trước tiên nó hội tụ qua thành
phần giác mạc lồi và thủy tinh thể, hình
thành nên ảnh lộn ngược trên mặt võng mạc,
một màng nhiều lớp chứa hàng triệu tế bào thị
giác. Để đến được võng mạc, các tia sáng bị
hội tụ bởi giác mạc phải lần lượt đi qua thủy
dịch (trong khoang phía trước), thủy tinh
thể, thủy tinh dịch sền sệt, và lớp mạch máu
và dây thần kinh của võng mạc trước khi
chúng đi đến phần nhạy sáng bên ngoài của
các tế bào hình nón và hình que. Những tế bào
thị giác này nhận diện ảnh và biến nó thành tín
hiệu điện truyền lên não.
Hình 1. Cấu tạo của mắt người
Bất chấp một số quan niệm sai lầm do có quá nhiều thuật ngữ dùng để mô tả cấu tạo mắt, nhưng chính
giác mạc, chứ không phải thủy tinh thể, mới chịu trách nhiệm chính cho khả năng khúc xạ toàn bộ của
mắt. Nhẵn bóng và trong suốt như thủy tinh, mềm dẻo và bền như plastic, phần trong suốt, có độ cong cao,
nằm phía ngoài này của thành trước của nhãn cầu cho phép các tia sáng tạo ảnh truyền qua vào phần
trong. Giác mạc cũng bảo vệ mắt bằng cách làm một rào chắn vật lí che chắn phần trong của mắt khỏi vi
sinh vật, bụi bặm, các sợi nhỏ, các chất hóa học và những chất gây hại khác. Mặc dù chiều rộng nhỏ hơn
nhiều so với thủy tinh thể, nhưng giác mạc mang lại khoảng 65% khả năng khúc xạ của mắt. Đa
phần sức mạnh bẻ cong ánh sáng tập trung gần chính giữa của giác mạc, nơi tròn hơn và mỏng hơn
so với các phần ngoại biên của mô.
Như cánh cửa sổ điều khiển ánh sáng đi vào mắt, giác mạc (hình 2) là yếu tố cần thiết cho sự nhìn tốt và

cũng đóng vai trò là bộ lọc ánh sáng tử ngoại. Giác mạc loại trừ một số bước sóng tử ngoại gây phá hủy
nhất có mặt trong ánh sáng Mặt Trời, do đó bảo vệ được võng mạc dễ thương tổn và thủy tinh thể khỏi bị
phá hoại. Nếu giác mạc cong quá nhiều, như trường hợp cận thị, các vật ở xa sẽ xuất hiện dạng ảnh mờ,
do sự khúc xạ ánh sáng chưa hoàn chỉnh tới võng mạc. Trong trường hợp loạn thị, sự không hoàn hảo hay
không đều ở giác mạc gây ra sự khúc xạ không đồng đều, làm cho ảnh chiếu lên võng mạc bị méo dạng.


Hình 2. Cấu tạo của giác mạc
Không giống như đa số các mô của cơ thể người, giác mạc không có các mạch máu nuôi dưỡng
hoặc bảo vệ chống lại sự xâm nhiễm. Cả những mao mạch nhỏ nhất cũng sẽ gây trở ngại cho quá trình khúc
xạ chính xác. Giác mạc nhận nuôi dưỡng từ nước mắt và thủy dịch, chúng chiếm đầy khoang nằm phía sau
cấu trúc này. Lớp biểu mô phía ngoài của giác mạc chứa hàng nghìn đầu mút dây thần kinh nhỏ, khiến cho
giác mạc cực kì nhạy với sự đau đớn khi bị chà xát hoặc cào xước. Chiếm khoảng 10% chiều dày của mô,
lớp ngoài của giác mạc chặn các đối tượng lạ không cho đi vào mắt, đồng thời mang lại bề mặt nhẵn cho sự
hấp thụ oxy và chất dinh dưỡng. Lớp chính giữa của giác mạc, gọi là chất nền, chiếm khoảng 90% mô, và
gồm một mạng sợi protein bão hòa nước mang lại sức bền, sức đàn hồi, và hình dạng chống đỡ cho biểu mô.
Các tế bào cấp dưỡng chiếm phần còn lại của lớp chất nền. Vì chất nền có xu hướng hấp thụ nước, nên nhiệm
vụ chính của mô màng trong là bơm nước dư thừa khỏi chất nền. Không có hoạt động bơm này, chất nền sẽ
đầy ứ nước, trở nên mờ sương, và cuối cùng chuyển thành giác mạc mờ đục, tức là mắt bị mù.
Sự mất trong suốt một phần hoặc toàn bộ
do thủy tinh thể, hoặc lớp bao ngoài của nó,
gây ra một chứng bệnh phổ biến gọi là đục nhãn
mắt. Đục nhãn mắt là nguyên nhân gây mù lòa
hàng đầu trên thế giới, và là nguyên nhân quan
trọng của sự suy giảm thị lực ở nước Mĩ. Sự phát
triển của bệnh đục nhãn mắt ở người trưởng thành
liên quan tới sự lão hóa bình thường, sự phơi sáng
trước ánh sáng Mặt Trời, hút thuốc, thức ăn
nghèo dinh dưỡng, chấn thương mắt, các chứng
bệnh như tiểu đường, tăng nhãn áp, và tác dụng

phụ phiền toái do sử dụng một số dược phẩm, như
steroid. Trong giai đoạn đầu, người bị đục nhãn
mắt sẽ nhận thấy thế giới mờ đi hoặc không sắc
nét nữa. Sự nhìn rõ bị cản trở do sự suy giảm lượng
ánh sáng đi tới võng mạc và sự kéo mây của hình
ảnh (do sự nhiễu xạ và tán xạ ánh sáng) cứ như thể
là người đó nhìn thế giới qua một màn sương mù
(xem hình 3). Để chữa bệnh đục nhãn mắt, người
Hình 3. Bệnh đục nhãn mắt
ta phẫu thuật cắt bỏ phần thủy tinh thể mờ đục,
và thay thế bằng một thủy tinh thể plastic.
Chức năng của võng mạc giống như sự kết hợp của một bộ cảm biến ảnh kĩ thuật số (như dụng cụ tích
điện kép CCD) với một bộ chuyển đổi tương tự sang số, như có mặt trong các hệ camera kĩ thuật số hiện đại.
Cơ quan thụ cảm bắt lấy ảnh của mắt, gọi là các tế bào hình nón và hình que, liên kết với các bó sợi dây
thần kinh thị giác qua một loạt tế bào chuyên biệt phối hợp truyền tín hiệu lên não. Lượng ánh


sáng được phép đi vào mỗi mắt được điều chỉnh bởi mống mắt, một màng chắn tròn mở rộng ở mức ánh
sáng thấp và đóng lại nhằm bảo vệ con ngươi (lỗ) và võng mực ở mức rọi sáng rất cao.
Khi nguồn sáng thay đổi, đường kính của con ngươi (nằm phía trước thủy tinh thể) tự điều chỉnh
kích thước giữa 2 đến 8mm, điều chỉnh lượng ánh sáng đi tới võng mạc. Khi nguồn chiếu sáng rất chói, con
ngươi thu hẹp lại và các phần ngoài của các thành phần khúc xạ bị chặn khỏi đường đi tia sáng. Kết quả là
các tia sáng tạo ảnh bị quang sai ít hơn và ảnh trên võng mạc trở nên sắc nét hơn. Con ngươi rất hẹp (khoảng
2mm) tạo ra sự nhiễu xạ làm trải rộng ảnh của một nguồn điểm lên trên võng mạc.
Trong não, các sợi dây thần kinh thị giác từ mỗi mắt cắt nhau một tại nơi giao thoa quang, nơi đó
thông tin thị giác từ cả hai phần võng mạc truyền song song tương quan nhau, giống như vai trò của máy phát
đồng bộ thời gian dùng trong máy ghi video kĩ thuật số. Từ đó, thông tin thị giác truyền qua ống quang
đến bộ phận cong gập hình đầu gối, ở đó tín hiệu được phân bố qua bức xạ quang tới hai phẩn vỏ não thị giác
nằm trên phần phía sau, ở dưới của mỗi bán cầu não. Trong lớp vỏ não ở dưới, thông tin từ mỗi mắt được
duy trì dưới dạng cột vạch trội thị giác. Khi tín hiệu thị giác được truyền tới lớp trên của vỏ não, thông tin

từ hai mắt hợp nhất với nhau và sự nhìn hai mắt được thiết lập. Trong những trường hợp mắt không bình
thường, như mắt xiên, mắt lác, sự nhìn ảnh nổi bị phá vỡ. Trong trường hợp phẫu thuật mắt không đảm bảo,
thì thấu kính gắn trên kính đeo mắt có thể chữa được một số tật thuộc loại này. Nguyên nhân gây ra sự gián
đoạn đối với sự hợp nhất tín hiệu từ hai mắt có thể do chấn thương, do bệnh cơ thần kinh, hoặc do khuyết
tật bẩm sinh.

Hình 4. Sự phân bố tế bào hình que và hình nón trên võng mạc
Hố mắt giữa nằm trong khu vực gần chính giữa võng mạc, và nằm thẳng dọc theo trục chính của mỗi mắt.
Cũng gọi là “điểm vàng”, hố mắt nhỏ (dưới 1mm 2), nhưng rất chuyên biệt. Những vùng này chứa các tế
bào hình nón chi chít, mật độ cao (trên 200.000 tế bào hình nón/mm 2 đối với mắt người trưởng thành, xem
hình 4). Hố mắt giữa là khu vực nhìn sắc nét nhất, và tạo ra độ phân giải không gian, độ tương phản và màu
sắc rõ nhất. Mỗi mắt có chừng bảy triệu tế bào hình nón, chúng rất mỏng (đường kính 3µm) và thon dài. Mật
độ tế bào hình nón giảm ở bên ngoài hố mắt do tỉ lệ tế bào hình que so với tế bào hình nón tăng dần lên
(hình 4). Tại vùng rìa của võng mạc, tổng số cả hai loại cơ quan thụ cảm thị giác này đều giảm về cơ bản, gây
ra sự mất mát sâu sắc độ nhạy thị giác tại rìa ngoài của võng mạc. Điều này có thể bù lại bởi thực tế thì người
ta nhìn liên tục các vật trong tầm nhìn (do cử động mắt nhanh tự nhiên), nên ảnh nhận được có độ nét đồng
đều. Trong thực tế, khi ảnh bị ngăn cản không cho chuyển động tương đối so với võng mạc (thông qua một
quang cụ nào đó), thì mắt không còn cảm nhận được cảnh sau một vài giây.
Sự sắp xếp của các cơ quan cảm giác trong các phần bên ngoài của võng mạc một phần xác định giới hạn
độ phân giải trong những vùng khác nhau của mắt. Để phân giải ảnh, một hàng cơ quan thụ quang ít bị kích
thích phải nằm giữa hai hàng cơ quan thụ quang bị kích thích cao. Nếu không thì không thể phân biệt được
sự kích thích xuất phát từ hai ảnh nằm rất gần nhau hay từ một ảnh nối đến hai hàng cơ quan thụ cảm. Với


khoảng cách tâm-nối-tâm biến thiên từ 1,5 đến 2 µm đối với các tế bào hình nón trong hố mắt giữa, kích
thích quang có độ phân tách chừng 3 đến 4 µm sẽ tạo ra một bộ phân giải cường độ trên võng mạc. Lấy ví dụ
tham khảo, bán kính của cực tiểu thứ nhất đối với hình ảnh nhiễu xạ hình thành trên võng mạc
khoảng chừng 4,6 µm đối với ánh sáng 550nm và đường kính con ngươi 2mm. Như vậy, sự sắp xếp của các
thành phần cảm giác trong võng mạc sẽ xác định độ phân giải giới hạn của mắt. Một nhân tố khác, gọi là độ
sắc nét thị giác (khả năng của mắt nhận ra những vật nhỏ và phân giải độ phân tách của chúng), thay đổi

theo nhiều thông số, bao gồm định nghĩa của thuật ngữ và phương pháp người ta đo độ sắc nét. Trên võng
mạc, độ sắc nét thị giác nói chung cao nhất ở hố mắt giữa, hố này mở rộng ra tầm nhìn chừng 1,4 độ.
Sự sắp xếp không gian của các tế bào hình que và hình nón cũng với sự liên kết của chúng với các dây
thần kinh trong võng mạc được biểu diễn trong hình 5. Các tế bào hình que, chỉ chứa sắc tố vàng, có độ
nhạy cực đại với ánh sáng xanh dương-xanh lá (bước sóng khoảng 500nm), mặc dù chúng biểu hiện sự
phản ứng rộng đối với toàn phổ khả kiến. Chúng là những tế bào thụ cảm thị giác chủ yếu nhất, với mỗi
mắt chứa khoảng 125-130 triệu tế bào hình que. Độ nhạy sáng của tế bào hình que gấp 1000 lần so với tế bào
hình nón. Tuy nhiên, ảnh phát sinh chỉ bởi sự kích thích tế bào hình que thì tương đối không sắc nét
và có bóng xám phía ngoài, giống như ảnh chụp đen trắng. Sự nhìn hình que thường được gọi là sự nhìn
tối do trong điều kiện ánh sáng yếu, hình dạng và độ sáng của vật có thể phân biệt được, nhưng màu của
chúng thì không. Cơ chế thích nghi tối này cho phép nhận dạng ra con mồi và động vật ăn thịt thông qua
hình dáng và chuyển động ở nhiều loài động vật có xương sống.
Hệ thị giác của con người phản ứng theo hàm mũ, chứ không tuyến tính, cho khả năng nhận một phạm vi
độ sáng khó tin đến trên 10 bậc. Trong ánh sáng ban ngày, người ta có thể nhận dạng các vật dưới ánh sáng
chói chang từ Mặt Trời, còn vào ban đêm, những vật lớn có thể được nhận ra bởi ánh sáng sao khi Mặt Trăng
tối đen. Ở độ nhạy ngưỡng, mắt người có thể phát hiện sự có mặt của khoảng 100-150 photon ánh sáng xanh
dương-xanh lá (500nm) đi vào con ngươi. Đối với bảy bậc độ sáng trên, sự nhìn sáng chiếm ưu thế, và sự
cảm quang chủ yếu do các tế bào hình nón trên võng mạc mang lại. Trái lại, đối với bốn bậc độ sáng thấp,
được gọi là sự nhìn tối, thì các tế bào hình que đóng vai trò chính.

Hình 5. Cấu trúc hiển vi của võng mạc
Sự thích nghi của mắt cho phép sự nhìn thực hiện chức năng dưới những điều kiện độ sáng cực
đoan như thế. Tuy nhiên, trong khoảng thời gian trước khi sự thích nghi xảy ra, mỗi người có thể cảm
nhận một phạm vi độ sáng chỉ trong khoảng ba bậc. Một vài cơ chế là nguyên nhân làm cho mắt thích
nghi với những mức độ sáng cao. Sự thích nghi có thể xảy ra trong vài giây (bằng phản ứng con ngươi
lúc đầu) hoặc có thể mất vài phút (đối với sự nhìn tối), tùy thuộc vào mức thay đổi độ sáng. Độ nhạy của
tế bào hoàn toàn hình nón đạt chừng 5 phút, trong khi đó phải mất khoảng 30 phút để thích nghi từ sự
nhạy sáng vừa phải sang sự nhạy tối hoàn toàn bởi các tế bào hình que.
Khi hoàn toàn thích nghi với ánh sáng, mắt người có phản ứng bước sóng từ khoảng 400 đến 700nm, với
độ nhạy cực đại ở 555nm (trong vùng xanh lá cây của phổ ánh sáng khả kiến). Mắt thích nghi tối phản ứng

với phổ bước sóng thấp hơn, từ 380 đến 650nm, với cực đại tại 507nm. Đối với cả sự nhìn sáng lẫn nhìn tối,
những bước sóng này là không tuyệt đối, mà thay đổi theo cường độ ánh sáng. Sự truyền ánh sáng qua mắt
trở nên thấp hơn dần ở những bước sóng ngắn. Trong vùng xanh dương-xanh lá (500nm), chỉ khoảng 50%
ánh sáng đi vào mắt tới được điểm ảnh trên võng mạc. Ở 400nm, giá trị giảm xuống còn vừa đúng 10%, kể
cả mắt người trẻ tuổi. Sự tán xạ và hấp thụ ánh sáng bởi các thành phần trong thủy tinh thể góp phần
làm giảm thêm độ nhạy ở màu xanh dương nhạt.
Các tế bào hình nón gồm có ba loại, mỗi loại “điều khiển” một phản ứng bước sóng riêng có cực đại
tập trung tại 430, 535, hoặc 590nm. Cơ sở cho từng cực đại là việc sử dụng ba sắc tố quang khác nhau, mỗi
sắc tố có một phổ hấp thụ ánh sáng khả kiến đặc trưng. Các sắc tố thay đổi thể cấu tạo của chúng khi một
photon được phát hiện, cho phép chúng phản ứng với transducin khởi động một đợt sự kiện thị giác.
Transducin là một loại protein có mặt trong võng mạc và có khả năng chuyển hóa hiệu quả năng lượng
ánh sáng thành tín hiệu điện. Số lượng tế bào hình nón nhỏ hơn nhiều so với tế bào hình que, với mỗi mắt
chứa từ 5 tới 7 triệu cơ quan thụ cảm màu sắc thuộc loại này. Sự nhìn màu sắc thực do sự kích thích của các
tế bào hình nón mang lại. Cường độ tương đối và sự phân bố bước sóng ánh sáng đi tới mỗi một trong ba
loại cơ quan thụ cảm hình nón xác định màu sắc nhìn được, theo kiểu tương tự như màn hình video RGB
cộng màu hoặc camera màu CCD. Một chùm sáng chứa chủ yếu là bức xạ xanh dương bước sóng ngắn làm
kích thích các tế bào hình nón phản ứng với ánh sáng 430nm ở quy mô lớn hơn nhiều so với hai loại tế bào
hình nón kia. Chùm này sẽ kích hoạt sắc tố màu xanh dương trong những tế bào hình nón nhất
định, và ánh sáng đó nhận được là màu xanh dương. Ánh sáng có đa số bước sóng tập trung ở khoảng
550nm được nhìn là màu xanh lá cây, và chùm tia chứa hầu hết là bước sóng 600nm hoặc dài hơn được trông
có màu đỏ. Như đã nói ở phần trên, sự nhìn thuần túy bằng tế bào hình nón được gọi là sự nhìn sáng, và nó
chiếm ưu thế ở các mức sáng bình thường, cả trong nhà và ngoài phố. Đa số động vật có vú là loài nhị sắc,
thường có thể chỉ phân biệt được giữa các thành phần màu hơi lam và hơi lục. Trái lại, một số động vật bậc
cao (đáng chú ý nhất là con người) biểu hiện sự nhìn màu tam sắc, phản ứng đáng kể với các kích thích sáng
đỏ, lục, và lam.
Minh họa trong hình 6 là phổ hấp thụ của bốn sắc tố thị giác của con người, biểu hiện cực đại trong vùng
đỏ, lục, và lam của phổ ánh sáng khả kiến như mong đợi. Khi cả ba loại tế bào hình nón được kích thích
như nhau, thì ánh sáng nhận được sẽ không có màu, hoặc màu trắng. Ví dụ, ánh sáng Mặt Trời lúc giữa

trưa có vẻ là ánh sáng trắng đối với con người, do nó chứa các lượng ánh sáng đỏ, lục, và lam hầu như bằng
nhau. Một bằng chứng khác cho phổ màu sắc từ ánh sáng Mặt Trời là sự chặn ánh sáng bằng một lăng
kính thủy tinh, nó làm khúc xạ (hoặc bẻ cong) các bước sóng khác nhau ở mức độ khác nhau, làm trải
ánh sáng thành các màu thành phần của nó. Sự cảm nhận màu sắc của con người phụ thuộc vào tương tác
của tất cả các tế bào thụ cảm với ánh sáng, và sự kết hợp này mang lại sự kích thích gần như tam sắc. Có sự
lệch độ nhạy màu sắc theo sự thay đổi mức độ sáng, nên màu xanh trông tương đối sáng hơn trong ánh sáng
lờ mờ và màu đỏ trông sáng hơn trong ánh sáng chói chang. Hiệu ứng này có thể quan sát bằng cách
trỏ một ngọn đèn flash vào một bản in màu, sẽ thấy ngay là màu đỏ trông sáng hơn nhiều và đậm hơn.
Trong những năm gần đây, sự quan tâm đến độ nhạy màu sắc thị giác của con người đã dẫn đến những
thay đổi trong thực tế lâu nay của việc sơn các xe tình trạng khẩn cấp, như xe chữa cháy và xe cấp cứu, toàn
là màu đỏ. Mặc dù màu này dành cho các xe dễ nhìn thấy và tránh né, nhưng sự phân bố bước sóng không
dễ nhìn thấy ở mức ánh sáng yếu và gần như trông tối đen vào ban đêm. Mắt người
nhạy hơn nhiều với màu vàng-lục hoặc các màu tương tự, đặc biệt vào ban đêm, và ngày nay đa số các xe
tình trạng khẩn cấp ít nhất phải có một phần sơn màu xanh hơi vàng sặc sỡ hoặc màu trắng, hường vẫn giữ
lại một số chỗ nổi bật nhất sơn màu đỏ theo sở thích truyền thống.
Khi chỉ có một hoặc hai loại tế bào hình nón
được kích thích, thì ngưỡng màu sắc nhận được có
giới hạn. Ví dụ, nếu một dải hẹp ánh sáng lục (540550nm) được dùng để kích thích tất cả các tế bào hình
nón, thì chỉ có một loại chứa sắc tố lục sẽ phản ứng
lại, tạo ra cảm giác nhìn thấy màu lục. Sự cảm nhận
của thị giác con nó với các màu trừ chủ yếu, ví dụ như


màu vàng, có thể tăng theo một hoặc hai cách. Nếu tế
bào hình nón đỏ và lục được kích thích đồng thời với
ánh sáng đơn sắc vàng có bước sóng 580nm, thì mỗi
cơ quan thụ cảm tế bào hình nón phản ứng lại hầu
như bằng nhau do sự chồng lần phổ hấp thụ của
chúng xấp xỉ như nhau trong vùng này của phổ ánh
sáng khả kiến. Cảm giác màu tương tự có thể thu được

bằng cách kích thích các tế bào hình nón đỏ và lục
riêng rẽ với hỗn hợp bước sóng đỏ và lục riêng biệt
chọn lọc từ các vùng phổ hấp thụ của cơ quan thụ
cảm không có sự chồng lấn đáng kể. Kết quả, trong cả
hai trường hợp, là sự kích thích đồng thời của các tế
bào hình nón đỏ và lục tạo ra cảm giác màu vàng, mặc
dù kết quả cuối cùng thu được bằng hai cơ chế khác
nhau. Khả năng nhận được các màu sắc khác đòi hỏi
phải kích thích một, hai, hoặc cả ba loại tế bào hình
nón, đến mức độ khác nhau, với bảng màu bước sóng
thích hợp.
Mặc dù hệ thị giác của con người có ba loại tế bào hình nón với các sắc tố màu tương ứng của húng,
cộng với các tế bào hình que cảm thụ ánh sáng cho sự nhìn tối, nhưng não người bù đắp cho những biến đổi
bước sóng ánh sáng và nguồn sáng trong sự cảm nhận màu sắc của nó. Đồng phân dị vị là các cặp phổ ánh
sáng khác nhau được não người nhận ra dưới dạng cùng mộtHình
màu.6.Thật
nhận thức là
Phổthú
hấpvị,
thụcác
củamàu
các có
sắcthể
tố thị
như nhau hoặc tương đương bởi con người đôi khi lại được phân biệt rõgiác
ràng
những
củabởi
con
ngườiđộng vật khác, đáng

chú ý nhất là chim chóc.
Các neuron trung gian chuyên chở thông tin thị giác giữa võng mạc và não không hề liên kết đơn giản
một-nối-một với các tế bào cảm giác. Mỗi tế bào hình nón và hình que trong hố mắt gởi tín hiệu đến ít nhất
là ba tế bào tam cực, trong khi ở những vùng ngoại vi hơn của võng mạc, tín hiệu từ một số lượng lớn tế bào
hình que cùng đổ về một tế bào hạch trung tâm. Độ phân giải không gian ở những phần ngoài của võng mạc
bị tổn hại bởi có một số lượng lớn tế bào hình que nối với một rãnh, nhưng có nhiều tế bào cảm giác tham gia
vào việc bắt lấy tín hiệu yếu làm cải thiện đáng kể độ nhạy ngưỡng của mắt. Đặc điểm này của mắt người
tương tự như sự hoạt động của hệ camera kĩ thuật số CCD quét chậm.
Các tế bào cảm giác, tam cực, và các tế bào hạch trung tâm của võng mạc cũng liên kết với các neuron
khác, tạo nên một mạng đường dẫn ngăn chặn và kích thích phức tạp. Kết quả là tín hiệu từ 5 đến 7 triệu
tế bào hình nón và 125 triệu tế bào hình que trong võng mạc người được xử lí và chuyên chở đến phẩn vỏ
não thị giác bằng chỉ khoảng 1 triệu sợi thần kinh thị giác. Cơ mắt được kích thích và điều khiển bởi tế bào
hạch trung tâm trong phần cong gập hình đầu gối, đóng vai trò như bộ điều khiển phản hồi giữa võng mạc và
vỏ não thị giác.
Mạng đường dẫn kích thích và ngăn cản phức tạp ở võng mạc sắp xếp trong ba lớp tế bào thần kinh phát
sinh từ một vùng đặc biệt của não trong sự phát triển thời kì đầu. Các mạch điện và vòng phản hồi này
mang lại sự kết hợp các hiệu ứng tạo ra sự sắc nét cạnh, tăng cường độ tương phản, lấy tổng không gian,
tính trung bình nhiễu, và các dạng khác của việc xử lí tín hiệu, có lẽ bao gồm cả một số dạng đến nay chưa
khám phá ra. Trong sự nhìn của con người, một mức độ đáng kể của việc xử lí ảnh xảy ra trong não, nhưng
chính võng mạc cũng có liên quan ở quy mô rộng của nhiệm vụ xử lí.
Một khía cạnh khác của sự nhìn của con người được gọi là bất biến màu, giá trị màu của một vật không
thay đổi trên một phạm vi chiếu sáng rộng. Năm 1672, Isaac Newton chứng minh được bất biến màu ở cảm
giác thị giác của con người và mang lại manh mối cho lí thuyết cổ điển về sự cảm nhận màu sắc và hệ thần
kinh. Edwin H.Land, nhà sáng lập tập đoàn Polaroid, đã đề xuất lí thuyết Retinex của sự nhìn màu, dựa trên
những quan sát của ông về bất biến màu. Khi một màu (hoặc một giá trị xám xịt) được quan sát dưới một
ngọn đèn tương xứng, thì mảng màu sẽ không thay đổi màu sắc của nó ngay cả khi độ chói của quang cảnh
thay đổi. Trong trường hợp này, gradient của nguồn chiếu sáng quang cảnh không làm thay đổi màu nhận


được hoặc sắc thái xám xịt của màng quan sát. Nếu mức độ rọi sáng đạt đến ngưỡng đối với sự nhìn tối,

thì cảm giác màu sẽ tan biến. Trong thuật toán của Land, giá trị sáng của các khu vực màu được tính
toán, và năng lượng tại một khu vực đặc biệt trong quang cảnh được đem so sánh với tất cả các khu vực khác
trong quang cảnh đối với dải sóng đó. Tính toán được thực hiện ba lần, một cho mỗi dải sóng (sóng dài, sóng
ngắn, và sóng trung), và bộ ba giá trị sáng thu được xác định một vị trí đối với khu vực đó trong không gian
màu ba chiều được định nghĩa bởi lí thuyết Retinex.
Thuật ngữ mù màu là một từ không chính xác, thường được sử dụng trong trò chuyện hàng ngày, để ám
chỉ bất cứ sự khó khăn nào trong việc phân biệt giữa các màu. Sự mù màu thật sự, hay không có hả năng nhìn
thấy bất cứ màu nào, thì cực kì hiếm, mặc dù có đến 8% nam giới và 0,5% phụ nữ sinh ra có một số dị tật về
sự nhìn màu (xem bảng 1). Sự khiếm khuyết di truyền ở sự nhìn màu thường là kết quả của những khuyết tật
ở các tế bào thụ quang trong võng mạc, một màng thần kinh đóng vai trò màn ảnh nằm ở phía sau của mắt.
Các khuyết tật về sự nhìn màu cũng có thể do bệnh tật, do tác dụng phụ của việc dùng một số loại dược phẩm
nhất định, hoặc do quá trình lão hóa tự nhiên, và những khiếm khuyết này có lẽ ảnh hưởng đến các
bộ phận của mắt chứ không phải các tế bào thụ quang.


Các tế bào hình nón bình thường và độ nhạy sắc tố cho phép một người phân biệt tất cả các màu khác
nhau cũng như các hỗn hợp màu tinh vi. Loại nhìn màu bình thường này được gọi là tam sắc và dựa trên sự
tương tác qua lại từ ngưỡng độ nhạy chồng lấn của ba loại tế bào hình nón thụ quang. Một tật nhìn màu nhẹ
xảy ra khi sắc tố thuộc một trong ba loại tế bào hình nón bị mất, và độ nhạy cực đại của nó bị lệch sang bước
7. màu phổ
sóng khác, tạo ra một sự khiếm khuyết thị giác gọi là tam sắc dị thường, một trong ba loạiHình
tật nhìn
Phépcách
kiểmnghiêm
tra
biến. Nhị sắc, một dạng mù màu nặng hơn, xảy ra khi một trong các sắc tố bị nhầm một
trọng
sựhoàn
mù màu
trong đặc trưng hấp thụ của nó, hoặc khi một sắc tố nhất định không được tạo ra. Sự thiếu

toàn cảm giác
màu, hay tật đơn sắc, cực kì hiếm, còn những người bị mù màu toàn phần chỉ nhìn thấy Ishihara
sự thay đổi mức độ
sáng, và thế giới trước mắt có màu đen, trắng và bóng xám. Tật này chỉ xảy ra với những cá nhân thừa hưởng
một gen rối loạn từ cả bố lẫn mẹ.
Người bị tật nhị sắc có thể phân biệt một số màu, và do đó ít bị ảnh hưởng đến cuộc sống hàng ngày
hơn so với người bị tật đơn sắc, nhưng họ luôn luôn lo lắng rằng họ có vấn đề với sự nhìn màu của
mình. Tật nhị sắc chia nhỏ thành ba loại: mù màu đỏ, mù màu lục, và mù màu lam (xem hình 7). Xấp xỉ
2% nam giới trên thế giới thừa hưởng một trong hai loại đầu, còn loại thứ ba hiếm thấy hơn nhiều.
Mù màu đỏ là chứng thiếu màu đỏ-lục, nguyên nhân do mất cảm giác màu đỏ, gây ra sự thiếu phân biệt
có thể nhận thấy được giữa màu đỏ, cam, vàng, và lục. Ngoài ra, độ sáng của các màu đỏ, cam, và vàng
giảm đột ngột so với mức bình thường. Hiệu ứng cường độ suy giảm có thể làm cho đèn tín hiệu giao thông
màu đỏ trông tối đen (không có ánh sáng), và màu đỏ (nói chung) trông đen nghịt hoặc xám đen. Người bị
mù màu đỏ thường học cách phân biệt chính xác giữa màu đỏ và màu lục, và màu đỏ từ màu vàng, chủ yếu
dựa trên độ sáng biểu kiến của chúng, chứ không dựa trên bất kì sự khác biệt màu sắc có thể nhận thức
được nào. Màu lục nói chung thường trông sáng hơn màu đỏ đối với những người này. Vì ánh sáng đỏ xuất
hiện ở một đầu của phổ khả kiến, nên có một chút chồng lấn trong độ nhạy với hai loại tế bào hình nón kia,
và người mù màu đỏ bị mất cảm giác rõ rệt với ánh sáng ở phía bước sóng dài (màu đỏ) của quang phổ.
Những người có khiếm khuyết về sự nhìn màu này có thể phân biệt giữa màu lam và màu vàng, nhưng nhạt
hơn, màu tím, và màu tía không thể phân biệt từ các bóng khác nhau màu lam, do sự suy giảm thành phần đỏ
trong những màu này. Những người bị mù màu lục, chứng thiếu cảm giác màu lục, có nhiều vấn đề về phân
biệt màu sắc tương tự như người mù màu đỏ, nhưng có mức độ nhạy khá bình thường trong phổ khả kiến.
Do vị trí của ánh sáng lục nằm ở giữa của phổ ánh sáng khả kiến, và đường cong độ nhạy chồng lấn của các
cơ quan thụ cảm hình nón,
nên có một số phản ứng của các cơ quan thụ quang đỏ và lam với các bước sóng lục. Mặc dù mù màu lục
có liên quan với ít nhất là một phản ứng độ sáng với ánh sáng lục (và ít suy giảm cường độ dị thường), nhưng
những cái tên đỏ, cam, vàng, và lục đối với người mù màu lục dường như là quá nhiều thuật ngữ cho những
màu trông y hệt nhau. Tương tự, các màu lam, tím, tía, và những màu nhạt hơn cũng không thể phân
biệt được với những người mắc chứng mù màu này.
Bảng 1. Tỉ lệ mắc phải chứng mù màu và nguyên nhân

Phân loại

Nguyên nhân

Tam sắc dị thường

Tỉ lệ mắc (%)
6.0

Mù màu đỏ

Sắc tố cảm biến màu đỏ bất thường

1.0

Mù màu lục

Sắc tố cảm biến màu lục bất thường

5.0

Mù màu lam

Sắc tố cảm biến màu lam bất thường

0.0001

Nhị sắc

2.1

Mù màu đỏ

Thiếu sắc tố cảm biến màu đỏ

1.0

Mù màu lục

Thiếu sắc tố cảm biến màu lục

1.1

Mù màu lam

Thiếu sắc tố cảm biến màu lam

0.001

Đơn sắc que

Không có tế bào hình nón chức năng

< 0.0001


Mù màu lam là sự thiếu cảm giác màu lam, và tạo ra sự thiếu màu lam-vàng trong sự nhìn màu. Những
người bị khuyết tật này không thể phân biệt màu lam và màu vàng, nhưng thật sự có thể ghi nhận sự
khác biệt giữa màu đỏ và màu lục. Chứng này khá hiếm, và xảy ra ngang ngửa ở cả hai giới. Những người
mù màu lam thường không có nhiều khó khăn trong việc thực hiện những công việc hàng ngày như những

người mắc chứng nhị sắc đỏ-lục. Vì các bước sóng lam chỉ xuất hiện ở một đầu của quang phổ, và có một
chút sự chồng lấn độ nhạy với hai loại tế bào hình nón kia, nên toàn bộ sự mất cảm giác trong vùng phổ đó
có thể khá gay gắt đối với kiểu tật này.
Khi có một sự mất cảm giác màu do một tế bào thụ cảm hình nón, nhưng các tế bào hình nón vẫn hoạt
động, thì sự khiếm khuyết màu sắc nhìn được xem là tam sắc bất thường, và chúng được phân loại
tương tự như loại nhị sắc. Sự lộn xộn thường tăng thêm do các chứng tật này lại được đặt tên tương
tự, nhưng có thêm hậu tố dị thường. Như vậy, sự mù màu đỏ dị thường và mù màu lục dị thường mang lại
các vấn đề ghi nhận màu sắc tương tự như chứng nhị sắc đỏ-lục, mặc dù không rõ rệt lắm. Mù màu đỏ dị
thường được xem là sự nhìn màu “yếu màu đỏ”, với màu đỏ (hoặc bất kì màu nào có thành phần đỏ) trông
nhạt hơn bình thường, và màu sắc lệch về phía màu lục. Người bị mù màu lục biểu hiện “sự yếu màu
lục”, và có những khó khăn tương tự trong việc phân biệt giữa những dao động nhỏ trong màu sắc rơi vào
vùng đỏ, cam, vàng, và lục của phổ khả kiến. Điều này xảy ra do màu sắc trông có vẻ lệch về phía đỏ. Trái
lại, những người mù màu lục không bị mất độ sáng như người mù màu đỏ. Nhiều người có các biến thể tam
sắc dị thường này có chút ít khó khăn trong việc thực hiện công việc đòi hỏi sự nhìn màu bình thường, và
một số thậm chí còn không nhận thức được là sự nhìn màu của họ bị suy yếu. Mù màu lam dị thường, hay sự
yếu màu lam, không được xem là một khiếm khuyết di truyền. Trong một số trường hợp sự khiếm khuyết đó
được ghi nhận, người ta cho rằng nó là do tự có chứ không phải di truyền. Một số bệnh về mắt (như bệnh
tăng nhãn áp, tấn công các tế bào hình nón lam) có thể gây ra chứng mù màu lam. Sự mất tế bào hình
nón màu lam vùng ngoại biên là phổ biến nhất trong số các bệnh này.
Không kể các hạn chế, có một số lợi thế thị giác độc đáo đối với bệnh mù màu, như tăng khả năng phân
biệt các vật ngụy trang. Đường nét, chứ không phải màu sắc, chịu trách nhiệm ghi nhận hình ảnh, và sự cải
thiện tình trạng nhìn đêm có thể do những khiếm khuyết nhìn màu nhất định. Trong quân sự, những người
lính bắn tỉa và chỉ điểm mù màu có giá trị cao vì những lí do này. Hồi đầu những năm 1900, trong một nỗ lực
nhằm đánh giá sự nhìn màu bất thường của con người, kính nhìn Nagel đã được phát triển. Sử dụng thiết bị
này, người quan sát điều chỉnh các nút điều khiển để canh chỉnh hai trường màu cho màu sắc và độ sáng. Một
phương pháp đánh giá khác, phép kiểm tra đĩa Ishihara cho chứng mù màu, đặt theo tên tiến sĩ Shinobu
Ishihara, phân biệt giữa sự nhìn màu sắc bình thường và chứng mù màu đỏ-lục (xem hình 7). Một phép kiểm
tra đưa ra cho sự nhìn màu bình thường có thể phát hiện sự khác biệt màu sắc giữa hình và nền. Với nhà quan
sát bị khiếm khuyết màu đỏ-lục, các đĩa trông cùng một màu, không có sự phân biệt giữa hình và hoa văn
nền.

Là một phần tự nhiên của quá trình lão hóa, mắt người bắt đầu nhận màu sắc khác đi trong những năm về
sau, nhưng không trở nên “mù màu” như ý nghĩa thật sự của thuật ngữ. Sự lão hóa làm vàng và tối thủy tinh
thể cùng giác mạc, hiệu ứng thoái hóa cũng đi cùng với sự co rút kích thước con ngươi. Với sự vàng hóa,
các bước sóng ngắn của ánh sáng khả kiến bị hấp thụ, nên màu lam trông tối đi. Hệ quả là những người già
thường gặp khó khăn trong việc phân biệt giữa các màu sắc khác biệt cơ bản ở thành phần lam của chúng,
như màu lam và xám, hoặc màu đỏ và tía. Ở tuổi 60, khi so với năng lực nhìn ở tuổi 20, chỉ có 33% ánh sáng
tới trên giác mạc đi tới các tế bào thụ quang trong võng mạc. Giá trị này giảm xuống còn khoảng
12,5% khi tuổi giữa 70.
Sự điều tiết của mắt là hoạt động sinh lí điều chỉnh thành phần thủy tinh thể nhằm làm thay đổi hệ số
khúc xạ và mang các vật ở gần mắt vào điểm hội tụ sắc nét. Các tia sáng ban đầu bị khúc xạ tại bề mặt giác
mạc sẽ bị hội tụ thêm sau khi đi qua thủy tinh thể. Trong sự điều tiết, sự co cơ tròn làm thư giãn sức căng trên
thủy tinh thể, mang lại sự thay đổi hình dạng của mô trong suốt và mềm dẻo đó, đồng thời cũng hơi đưa nó
ra trước. Kết quả dây chuyền của sự biến đổi thủy tinh thể là điều chỉnh tiêu cự của mắt để mang ảnh
chính xác vào tiêu điểm trên lớp tế bào nhạy sáng có trên võng mạc. Sự điều tiết cũng làm giãn sức căng
tác dụng lên thủy tinh thể bởi các sợi zoule, và cho phép mặt trước của thủy tinh thể tăng độ cong của nó.
Mức độ tăng khúc xạ, cùng với sự hơi lệch vị trí của thủy tinh thể, mang vật ở gần mắt vào tiêu điểm.


Tiêu điểm trong mắt được điều khiển bởi
sự kết hợp của các thành phần gồm mống
mắt, thủy tinh thể, giác mạc, và mô cơ, có
thể làm thay đổi hình dạng của thủy tinh
thể sao cho mắt có thể hội tụ cả những
vật ở gần lẫn ở xa. Tuy nhiên, trong một số
trường hợp, các cơ này không hoạt động
thích đáng hoặc mắt hơi bị biến đổi hình
dạng, và tiêu điểm không cắt qua võng mạc
(một trạng thái thường gọi là sự nhìn hội
tụ). Khi già, thủy tinh thể trở nên cứng hơn
và không thể làm hội tụ một cách chính xác,

dẫn đến sự nhìn nghèo nàn. Nếu điểm hội tụ
rơi vào phía trước võng mạc, trạng thái
được gọi là cận thị, và những người có tật
này không thể hội tụ các vật ở xa. Trong
trường hợp mà tiêu điểm nằm phía sau
võng mạc, mắt sẽ gặp rắc rối khi hội tụ
những vật ở gần, tạo ra một trạng thái gọi
là viễn thị. Những tật này của mắt luôn có
thể chữa bằng cách đeo kính (hình 8), dùng
Hình 8. Sự điều tiết của mắt người
một thấu kính lõm để chữa cận thị và một
thấu kính lồi để chữa viễn thị.
Sự nhìn hội tụ không phải hoàn toàn do sinh lí và có thể ảnh hưởng bằng cách tập luyện, nếu như
mắt không bị dị tật. Những bài tập lặp đi lặp lại có thể được sử dụng để phát triển sự nhìn hội tụ mạnh. Các
vận động viên, ví dụ vận động viên bóng rỗ, có sự nhìn hội tụ tốt. Tại mỗi thời điểm, hai mắt phải phối hợp
với nhau để duy trì sự nhìn hai mắt, với hệ thống cơ thần kinh phản ứng nhanh và chính xác thường
không biết mệt mỏi, điều khiển tính linh động và sự phối hợp của chúng. Những thay đổi độ tụ của mắt
hoặc chuyển động của đầu được xem xét trong những tính toán thực hiện bởi hệ thị giác phức tạp nhằm
tạo ra thông tin thần kình thích hợp cho cơ mắt. Một chuyển động 10 độ của mắt có thể hoàn thành trong
khoảng 40 mili giây, với những tính toán xảy ra nhanh hơn mắt có thể đạt tới mục tiêu dự định của nó.
Chuyển động nhỏ của mắt được gọi là giật mắt, và chuyển động lớn hơn từ điểm này đến điểm khác được gọi
là xoay mắt.
Hệ thị giác của con người không phải chỉ phát hiện ánh sáng và màu sắc, mà như trong quang hệ, nó phải
có thể phân biệt rõ giữa các vật, hoặc một vật và phông nền của nó. Được gọi là độ tương phản sinh lí, hoặc
sự nhận thức độ tương phản, mối quan hệ giữa độ sáng khả kiến của hai vật nhìn tại cùng một thời điểm
(tương phản đồng thời) hoặc nhìn liên tiếp (tương phản liên tiếp) so với nền, có thể, hoặc không thể giống
nhau. Với hệ thị giác của con người, độ tương phản giảm trong môi trường tối và người ta sẽ chịu sự khiếm
khuyết màu sắc giống như người mù màu đỏ-lục. Độ tương phản phụ thuộc vào sự nhìn hai mắt, độ sắc thị
giác, và việc xử lí ảnh bởi vỏ não thị giác. Một vật có độ tương phản thấp, không thể nào phân biệt được
nó với phông nền trừ khi nó đang chuyển động, được gọi là ngụy trang. Tuy nhiên, những người mù màu

thường có khả năng phát hiện các vật ngụy trang do tăng sự nhìn bởi tế bào hình que và mất khả năng xử lí
các màu sai lạc. Sự tăng độ tương phản có nghĩa là tăng độ khả kiến, và giá trị định lượng cho sự tương
phản thường được biểu diễn bằng phần trăm hoặc tỉ số. Dưới những điều kiện tốt nhất, mắt trần có thể phát
hiện sự có mặt của 2% độ tương phản. Với sự nhìn của con người, sự tăng biểu kiến độ tương phản nhận
được trong một vùng hẹp trên mỗi mặt ranh giới giữa hai khu vực có độ sáng và/hoặc màu sắc khác nhau.
Vào cuối thế kỉ 19, nhà vật lí học người Pháp Michel E. Chevreul đã phát hiện thấy độ tương phản đồng
thời. Là một chức năng đặc biệt của nhận thức thị giác của con người, phần rìa hay đường biên của vật luôn
trông nổi bật, tách vật ra khỏi phông nền của nó và làm dịu đi sự định hướng không gian. Khi đặt trên một
nền sáng chói, vùng rìa của một vật tối trông nhạt hơn phần còn lại của nền (trong thực tế, độ tương phản đã


tăng lên). Với hiện tượng nhận thức này, màu sắc có độ tương phản mạnh nhất, màu bù, được tạo ra (bởi
não) tại vùng rìa. Vì màu sắc và phần bù của nó được nhận thức đồng thời, nên thu được kết quả là sự
tương phản đồng thời. Khung viền và các đường ranh giới khác tách rời khu vực tương phản có xu hướng
làm giảm hiệu ứng (hoặc sự chiếu sáng) bằng việc loại trừ sự tương phản ở mép rìa. Nhiều dạng kính hiển vi
quang học, đáng chú ý nhất là kính hiển vi rọi sáng tương phản pha, đã khai thác đặc điểm này của hệ thị
giác con người. Bằng cách làm tăng độ tương phản vật lí của ảnh mà không phải làm biến đổi vật thông qua
nhuộm màu hoặc những kĩ thuật khác, mẫu vật tương phản pha được bảo vệ khỏi bị phá hủy hoặc chết
(trong trường hợp mẫu vật sống).
Phản ứng tần số không gian của mắt người có thể đánh giá bằng việc xác định khả năng phát hiện
một dãy vạch trong cách tử điều biến sin. Cách tử kiểm tra có các vùng (vạch) xen kẽ sáng và tối, tăng tuyến
tính từ tần số cao đến tần số thấp dọc theo trục ngang, còn độ tương phản giảm theo hàm mũ từ trên
xuống dưới. Ranh giới giữa các vạch chỉ có thể phân biệt bởi những người có sự nhìn bình thường
từ 7 đến 10 chu kì/độ. Đối với sự nhìn không màu, khi tần số không gian rất thấp (khoảng cách giữa các vạch
rộng), yêu cầu phải có độ tương phản cao mới phát hiện được sự biến đổi cường độ theo dạng sin. Khi
tần số không gian tăng, con người có thể phát hiện những chu kì có độ tương phản thấp, đạt tới cực đại
khoảng 8 chu kì/độ trong trường thị giác. Bên ngoài điểm đó, một lần nữa phải yêu cầu có độ tương phản cao
hơn nữa mới có thể phát hiện các vạch sin mảnh hơn.
Việc kiểm tra hàm truyền điều tiết của hệ thị giác con người cho thấy độ tương phản là cần thiết
để phát hiện ra sự biến đổi độ chói ở cách tử dạng sin chuẩn hóa khi tăng lẫn giảm tần số không gian. Về

mặt thì mắt xử sự hơi khác với một dụng cụ tạo ảnh đơn giản (ví dụ như camera phim hoặc bộ cảm biến
CCD). Hàm truyền điều biến của một hệ camera hội tụ, đơn giản đạt cực đại tại tần số không gian bằng
không, với mức độ điều biến giảm xuống 0 tại tần số ngưỡng của camera.
Khi độ chói của quang cảnh dao động tuần hoàn vài lần trong một giây (như xảy ra với màn hình máy tính
và tivi), con người nhận thức được một cảm giác kích thích, mặc dù các cảnh liên tiếp là tách rời nhau. Khi
tần số dao động tăng, sự kích thích cũng tăng và đạt tới cực đại ở khoảng 10 hertz, nhất là khi lóe sáng xen kẽ
với cảnh tối. Ở những tần số cao hơn, các cảnh không còn xuất hiện rời rạc, và các vật bị dời chỗ từ cảnh này
sang cảnh khác bây giờ được nhận thức là đang chuyển động êm ái. Thường được gọi là sự rung hình, cảm
giác dao động sáng kích thích có thể duy trì lên đến 50-60 hertz. Ở ngoài một tần số và độ chói nhất định, gọi
là tần số rung hình tới hạn, sự rung màn ảnh không còn được nhận thấy. Đây là nguyên nhân chủ yếu vì sao
mà việc tăng tốc độ làm tươi màn hình máy tính từ 60 lên 85-100 hertz tạo ra sự hiển thị ổn định, không
rung hình.
Những tiến bộ trong công nghệ chế tạo bán dẫn, đặc biệt là kĩ thuật oxit kim loại bổ chính (CMOS) và
CMOS lưỡng cực (BiCMOS) đã đưa tới một thế hệ mới của các bộ cảm quang mini có phạm vi động học
khác lạ và phản ứng nhanh. Gần đây, dãy chip cảm biến CMOS đã được sắp xếp để mô phỏng hoạt động của
võng mạc con người. Những cái gọi là mắt chip này, bằng cách kết hợp quang học, sự nhìn của con người,
và các bộ vi xử lí, đang phát triển khoa mắt qua lĩnh vực mới quang sinh thái học. Võng mạc bị hỏng do các
chứng bệnh suy nhược thị giác, như viêm màng lưới võng mạc hoặc thoái hóa, cũng như sự lão hóa và các
thương tổn đến võng mạc, cướp đi sự nhìn, đang được chữa bằng cách cấy mắt chip. Mắt chip silicon chứa
khoảng 3500 bộ dò sáng mini gắn trên các điện cực kim loại bắt chước chức năng của các tế bào hình que và
hình nón ở mắt người. Các bộ dò sáng
hấp thụ ánh sáng tới khúc xạ bởi giác mạc và
thủy tinh thể và tạo ra một lượng nhỏ điện tích
kích thích các neuron võng mạc. Có đường
kính 2mm (xem hình 9), võng mạc thay thế
dày phân nửa một mảnh giấy bình thường, và
được cấy vào một lỗ nằm phía dưới võng mạc
bị hỏng.
Là một sự thay thế cho mắt chip, việc thay
ghép võng mạc bằng một bộ xử lí tín hiệu số

và một camera gắn trên một cặp kính, thu lấy
và truyền hình ảnh của vật hoặc quang cảnh.
Không có dây truyền, ảnh được gởi tới một
chip nhận ghép phía sau lớp võng mạc, nơi
các xung thần kinh được truyền lên não.
Tuy nhiên, võng mạc nhân tạo sẽ không trị
được bệnh tăng nhãn áp hoặc các tật nhìn
hỏng các sợi thần kinh dẫn tới dây thần kinh
thị giác. Khi quang sinh thái học phát triển,
người ta có thể hiểu tốt hơn về hệ thị giác phức
tạp của con người.
Hình 9. Mắt chip cảm biến thị giác nhân tạo
II. CÁC MÀU CƠ BẢN
Ánh sáng đến từ Mặt Trời gồm một phổ bức xạ điện từ gần như liên tục, với đa số năng lượng tập trung
trong vùng bước sóng nằm giữa 220 và 3200 nanomét. Khi chúng truyền qua bầu khí quyển của Trái
Đất, đa phần sóng ánh sáng trên 2000nm (các bước sóng hồng ngoại) bị hấp thụ bởi cacbon dioxit,
hơi nước, và ozon cho nên đa số chưa bao giờ đến được mặt đất. Các sóng tử ngoại ngắn hơn cũng bị
hấp thụ bởi lớp ozon. Hiệu ứng lọc lựa này của bầu khí quyển làm giới hạn
phổ ánh sáng đến được mặt đất có bước sóng giữa 320 và 2000nm.

Hình 10. Các bộ cảm thụ quang hình que và hình nón trong mắt người
Mắt người nhạy cảm với một dải hẹp bức xạ điện từ nằm trong vùng bước sóng giữa 400 và 700nm,
thường được gọi là phổ ánh sáng khả kiến, đó là nguồn duy nhất của màu sắc. Khi kết hợp với nhau, tất cả
các bước sóng có mặt trong ánh sáng khả kiến, khoảng một phần ba toàn dải phân bố phổ truyền qua được
bầu khí quyển Trái Đất, hình thành nên ánh sáng trắng không màu có thể bị khúc xạ và tán sắc thành các
màu thành phần của nó bằng cách sử dụng lăng kính. Các màu đỏ, lục, và lam trước nay vốn được xem
là màu cơ bản vì chúng là cơ sở cho sự nhìn của con người.
Mắt người chứa các cơ quan thụ quang tế bào hình nón (xem hình 10) gắn trong một hố nhỏ ở

chính giữa võng mạc được điều chỉnh nhằm phản ứng với các bước sóng nằm trong ba vùng này (đỏ, lục,
và lam) với các protein sắc tố chuyên biệt. Tất cả các màu của phổ ánh sáng khả kiến, từ tím tới đỏ, có
thể được tạo ra bằng cách cộng hoặc trừ những kết hợp khác nhau của ba màu cơ bản này. Ánh
sáng được con người nhận thức là trắng khi cả ba loại tế bào hình nón bị kích thích đồng thời bởi lượng ánh
sáng đỏ, lục, và lam bằng nhau. Vì cộng ba màu này mang lại ánh sáng trắng, nên các màu đỏ, lục, và lam
được gọi là các màu cộng cơ bản.
Khi chỉ có một hoặc hai loại tế bào hình nón bị kích thích, thì vùng màu sắc cảm nhận được bị giới hạn.
Ví dụ, nếu một dải hẹp ánh sáng lục (540 đến 550nm) được dùng để kích thích tất cả các tế bào hình nón, thì


chỉ có tế bào nào có chứa cơ quan thụ quang lục mới phản ứng lại, tạo ra cảm giác nhìn thấy màu lục. Sự
cảm nhận các màu cộng không cơ bản, ví dụ như màu vàng, có thể phát sinh theo một trong hai cách. Nếu
như các tế bào hình nón đỏ và lục bị kích thích đồng thời với ánh sáng vàng đơn sắc có bước sóng 580nm,
thì mỗi cơ quan thụ quang tế bào hình nón phản ứng hầu như ngang nhau vì sự chồng lấn phổ hấp thụ của
chúng xấp xỉ như nhau trong vùng này của phổ ánh sáng khả kiến. Cùng một cảm giác màu như vậy có thể
thu được bằng cách kích thích từng tế bào hình nón đỏ và lục với một hỗn hợp bước sóng đỏ và lục riêng
biệt chọn lựa từ các vùng thuộc phổ hấp thụ của cơ quan thụ quang không có sự chồng lấn đáng kể. Kết
quả, trong cả hai trường hợp, là sự kích thích đồng thời của các tế bào hình nón đỏ và lục, tạo ra cảm
giác màu vàng, mặc dù kết quả cuối cùng thu được bởi hai cơ chế khác nhau. Khả năng cảm nhận những màu
sắc khác yêu cầu kích thích một, hai, hoặc cả ba loại tế bào hình nón đến mức độ khác nhau với bộ bước
sóng thích hợp.
Nếu như các phần bằng nhau của ánh sáng lục và lam được cộng với nhau, thì màu thu được được gọi là
màu lục lam. Tương tự như vậy, các phần bằng nhau của ánh sáng lục và đỏ tạo ra màu vàng, và các phần
bằng nhau của ánh sáng đỏ và lam mang lại màu đỏ tươi. Các màu lục lam, đỏ tươi, và vàng thường được
gọi là màu bù, vì mỗi phần bù thuộc các màu cơ bản trong hỗn hợp ánh sáng trắng. Màu vàng (đỏ cộng với
lục) là phần bù của màu lam vì khi hai màu này cộng với nhau thì ánh sáng trắng được tạo ra. Tương tự,
màu lục lam (lục cộng với lam) là phần bù của màu đỏ, và màu đỏ tươi (đỏ cộng với lam) là phần bù của
ánh sáng lục.
Các màu bù (lục lam, vàng, và đỏ tươi) cũng còn được gọi
là các màu trừ cơ bản vì mỗi màu có thể hình thành bằng cách

trừ đi một trong các màu cộng cơ bản (đỏ, lục, và lam) từ ánh
sáng trắng. Ví dụ, ánh sáng vàng được quan sát thấy khi toàn
bộ ánh sáng lam bị tách khỏi ánh sáng trắng, màu đỏ tươi được
hình thành khi màu lục bị lấy đi, và màu lục lam được tạo ra
khi màu đỏ bị tách mất. Màu sắc quan sát thấy bằng cách trừ đi
một màu cơ bản khỏi ánh sáng trắng thu được vì não cộng gộp
các màu còn lại để tạo ra phần bù hoặc màu trừ tương ứng.
Hình 11 minh họa các vòng màu chồng lấn của cả các màu cơ
bản cộng và trừ. Những vùng chồng lấn cho biết những màu
mới được tạo ra bằng cách cộng hoặc trừ những kết hợp khác
Hình 11. Các màu cơ bản
nhau sử dụng sáu màu cơ bản này, và cũng cho thấy các màu
cộng và trừ bù nhau như thế nào.
Khi bất kì hai màu trừ cơ bản nào được cộng lại, chúng tạo ra một màu cộng cơ bản. Ví dụ, cộng màu đỏ
tươi và màu lục lam với nhau tạo ra màu lam, còn cộng màu vàng và màu đỏ tươi với nhau tạo ra màu đỏ.
Tương tự, cộng màu vàng với màu lục lam tạo ra màu lục (xem hình 11). Khi cả ba màu trừ cơ bản được
cộng lại, ba màu cộng cơ bản sẽ bị lấy khỏi ánh sáng trắng, để lại màu đen (không có bất kì màu nào). Màu
trắng không thể tạo ra bằng bất cứ sự kết hợp nào của các màu trừ cơ bản, đó là lí do chủ yếu vì sao không có
hỗn hợp nước sơn hoặc mực in nào có thể dùng để in màu trắng.
Một ví dụ hay về sự cộng màu và trừ màu là những thay đổi quan sát thấy ở màu sắc ánh sáng Mặt Trời
khi Mặt Trời mọc, truyền trên bầu trời, và khi Mặt Trời lặn. Màu sắc của ánh sáng Mặt Trời thay đổi khi nó
truyền qua bầu khí quyển của Trái Đất vì sự va chạm của các photon với những mật độ khác nhau của các
phân tử không khí làm loại mất một số màu. Khi Mặt Trời ở cao trên bầu trời vào cuối buổi sáng hoặc đầu
buổi chiều, ánh sáng trông có màu vàng. Khi Mặt Trời tiến đến đường chân trời, ánh sáng phải
truyền qua phần không khí nhiều hơn và bắt đầu chuyển sang màu cam và rồi thì màu đỏ. Hiện tượng
này xảy ra vì không khí hấp thụ một lượng tăng dần ánh sáng lam từ Mặt Trời, chỉ để lại những bước sóng
dài hơn trong vùng đỏ của phổ ánh sáng khả kiến.


Hình 12. Sự thay đổi màu theo sự chiếu sáng

Loạt ảnh trong hình 12 là những bức cảnh chụp của một quân bài (con ba cơ), một trái ớt hình quả
chuông màu lục, và một chùm nho màu tía-hơi xanh đặt trên nền tối đen. Trong bức ảnh phía bên trái
(hình 12a), ba vật được rọi bằng ánh sáng trắng và trông giống như chúng ta mong đợi chúng xuất
hiện dưới ánh sáng tự nhiên. Trong bức ảnh thứ hai (hình 12b), các vật được rọi bằng ánh sáng đỏ. Chú ý
là quân bài phản xạ toàn bộ ánh sáng đỏ chạm tới nó, đồng thời chỉ có cuống chùm nho và những chỗ óng
ánh trắng trên chùm nho và quả ớt phản xạ ánh sáng đỏ. Đa phần ánh sáng đỏ đi tới chùm nho và quả ớt đều
bị hấp thụ.
Bức thứ ba của loạt ảnh (hình 12c) biểu diễn các vật dưới sự rọi sáng bằng ánh sáng màu lục. Các kí hiệu
trên quân bài bây giờ trông có màu đen và thân quân bài phản xạ ánh sáng màu lục. Chùm nho phản xạ một
số ánh sáng lục, còn quả ớt trông bình thường (nhưng óng ánh xanh). Bức ảnh thứ tư (hình 12d) minh họa
các vật dưới sự rọi sáng màu lam. Chùm nho trông bình thường với những chỗ nổi bật màu lam, nhưng
cuống thì chuyển sang đen và bây giờ không còn nhìn thấy. Quân bài phản xạ ánh sáng lam có các kí
hiệu màu đen và quả ớt chỉ phản xạ ánh sáng lam ở những chỗ nổi bật. Loạt ảnh này chứng tỏ một vật
trông có màu đỏ (ví dụ, trong ánh sáng trắng) hấp thụ các bước sóng lam và lục, nhưng phản xạ các bước
sóng trong vùng đỏ của quang phổ. Do đó vật trông có màu đỏ.
Mắt người nhạy cảm với những sự chênh lệch rất nhỏ về màu
sắc và có lẽ có khả năng phân biệt giữa 8-12 triệu sắc thái màu
khác nhau. Đa số màu sắc chứa một số phần của toàn bộ bước sóng
trong phổ khả kiến. Cái thực sự thay đổi từ màu này sang màu khác
là sự phân bố bước sóng trong một màu cho trước. Bước sóng
chiếm ưu thế xác định sắc thái cơ bản của màu sắc có thể là, ví dụ,
màu tía, màu mòng két, màu be, màu hồng hoặc màu cam. Tỉ số
của bước sóng ưu thế và những bước sóng khác xác định độ bão
hòa màu của vật và xem nó trông bão hòa nhạt hay đậm.
Cường độ màu và hệ số phản xạ của vật được quan sát xác định độ
sáng của màu (ví dụ, màu lam tối hoặc lam nhạt). Điều này được
minh họa thú vị bên dưới đây bằng Cây màu Munsell, trong đó mỗi
màu được biểu diễn bằng một vị trí riêng ở trên cây (xem hình 13).
Giá trị màu được biểu diễn bằng sự sắp đặt trên đường tròn, và độ
bão hòa được biểu diễn bằng khoảng cách ngang của một màu tính

từ trục ở chính giữa, và độ sáng được biểu diễn bằng vị trí đứng Hình 13. Cây màu Munsell
trên thân cây.
Phần nhiều trong bài này tập trung vào tính chất của ánh sáng trắng liên quan đến sự cộng màu và trừ màu
của ánh sáng khả kiến truyền đi có thể hình dung trên màn hình máy tính hoặc ti vi. Tuy nhiên, đa số cái thực
sự quan sát thấy là ánh sáng phản xạ từ những vật xung quanh chúng ta, như những người khác, nhà cửa, xe
cộ, phong cảnh, vân vân… Những vật này tự chúng không tạo ra ánh sáng, mà phát ra màu bằng một quá
trình gọi là phép trừ màu, trong đó những bước sóng ánh sáng nhất định bị trừ đi (hấp thụ) và những bước
sóng khác thì phản xạ lại (như minh họa trong hình 12). Ví dụ, một chiếc lá màu lục trông có màu này dưới
ánh sáng Mặt Trời tự nhiên vì nó phản xạ các bước sóng lục và hấp thụ tất cả những màu sắc khác. Sắc thái,


độ sáng, và sự bão hòa màu của ánh sáng màu lục phản xạ được xác định bởi phổ bước sóng chính xác bị
phản xạ.
Các sắc tố và thuốc nhuộm chịu trách nhiệm cho đa số màu sắc chúng ta nhìn thấy trong thế giới thực.
Mắt, da, và tóc có chứa các protein sắc tố tự nhiên phản xạ màu sắc hình dung ở những người xung quanh
chúng ta (tính luôn cả sự hỗ trợ của màu sắc trang điểm mặt và nhuộm tóc). Sách vở, báo chí, bảng
hiệu và các bản thông báo in bằng mực màu tạo ra màu sắc thông qua quá trình trừ màu. Tương tự như vậy,
xe cộ, máy bay, nhà cửa và những công trình xây dựng khác được sơn lớp nước sơn chứa nhiều sắc tố đa
dạng. Khái niệm trừ màu, như đã nói ở trên, là nguyên nhân gây ra đa số màu sắc tạo ra bởi các vật vừa
mô tả. Trong nhiều năm trời, những người họa sĩ và thợ in đã tìm kiếm các chất chứa thuốc nhuộm và sắc tố
đặc biệt tốt ở việc trừ những màu nhất định.
Tất cả ảnh màu, và những hình khác được
sơn hoặc chụp, được tạo ra chỉ bằng bốn loại
mực màu – đỏ tươi, lục lam, vàng (các màu cơ
bản trừ) và màu đen (xem hình 14). Mực trộn
có những màu này với tỉ lệ thay đổi có thể tạo
ra màu sắc cần thiết cho việc tái tạo lại hầu như
bất kì hình ảnh hoặc màu sắc nào. Ba màu trừ
cơ bản có thể (về lí thuyết) dùng độc lập,
tuy nhiên các hạn chế của đa số thuốc

nhuộm và sắc tố khiến cần phải thêm màu đen
mới thu được bình mực màu thực sự. Khi một
hình ảnh được chuẩn bị in trong một cuốn sách
hoặc tạp chí, trước tiên nó được tách thành các
thành phần màu trừ cơ bản, hoặc bằng kĩ thuật
nhiếp ảnh hoặc với máy tính như minh họa
trong hình 5. Mỗi thành phần màu độc lập được
đưa vào một phim dùng chuẩn bị bản in cho
màu đó. Ảnh cuối cùng được tạo ra bằng cách
in liên tục từng bản màu, chồng lên nhau,
bằng mực in thích hợp, hình thành nên một
hỗn hợp tái tạo lại diện mạo ban đầu. Việc sơn
cũng tương tự như vậy. Những sắc tố chính
chứa các màu trừ cơ bản trộn lẫn với nhau hình
thành nên những màu khác nhau dùng bình
nước sơn pha chế sau cùng.
Bài này bao quát nhiều khía cạnh khác nhau của sự cộngHình
và trừ
dùng trong kính
14.các
Bốnmàu
bảncơ
in bản.
màu Được
riêng rẽ
hiển vi để quan sát và chụp ảnh màu, khái niệm về các màu cơ bản cộng và trừ rất quan trọng. Nguồn ánh
sáng cho kính hiển vi thường là bóng đèn volfram-halogen có thể phát ra ánh sáng chói có nhiệt độ màu tập
trung khoảng 3200K, hoặc đèn hồ quang cho kính hiển vi huỳnh quang tạo ra nhiệt độ màu trong phạm vi
5500K. Đối với người quan sát, những nguồn này trông như ánh sáng trắng có thể bị hấp thụ, khúc xạ, phản
xạ, phân cực, và/hoặc truyền qua bởi một mẫu vật nằm trên bàn soi hiển vi. Các quy luật màu cơ bản áp

dụng xem mẫu vật tương tác với ánh sáng kính hiển vi như thế nào và xác định màu nào được hiển thị khi
mẫu vật được hình dung qua thị kính. Những quy luật này cũng áp dụng được cho phim dùng trong
máy quay phim truyền thống hoặc dụng cụ ghi ảnh kĩ thuật số gắn trên kính hiển vi, cả hai đều phụ thuộc
vào mối tương quan giữa các màu cơ bản để ghi ảnh.
III. TÀI LIỆU THAM KHẢO
1 – Nguyễn Thế Khôi (chủ biên) - Sách giáo khoa Vật lý lớp 11 - NXBGD 2005
2 – Kenneth R.Spring, Michael Davidson () - Tập bài giảng về quang học


3 – N.I. Kariakin, K.N. Buxtrôv, P.X. Kirêêv – Sách tra cứu tốm tắt Vật lý – NXB MIR Maxcơva