颜色是可见光进入人眼并经过复杂的物理、神经、心理作用而产生的大脑感知，是光源、物体、观察者三个基本要素作用的结果。

光源

现代科学将可见光解释为电子波谱中的一小部分，通常认为 380nm~780nm波长范围的辐射可引起人眼视觉反应，称为可见光。可见光的波长不同，引起人眼的颜色感觉就不同，单色光的波长由长到短，对应着感觉的颜色由红到紫任何可见光都是由某种特定波长和强度的辐射组成的，辐射功率与对应波长构成的函数可以定量地描述所有光源，称为光谱功率分布（Spectral Power Distribution）。颜色科学中也把可见光称为色刺激，色刺激是一种电磁辐射能量，可以是光源直接发出的光，也可以是被物体表面反射或穿过物体（透射）的光。

物体

光源与物体的交互作用有三种类型：反射、透射和吸收，无论哪种类型，入射光谱辐射都在物体表面发生了改变。对于反射类物体表面，用光谱反射率曲线（Spectral Reflectance Curve）来定量描述其对照明的反射特性。

观察者

颜色感觉事实上就是光辐射进入人眼视觉系统后引起的主观感觉。物体的颜色除取决于物体辐射对人眼产生的物理刺激外，还取决于人眼的视觉特性。从某种程度上来说，人眼的视觉机制与照相机相同。观察者观察物体时，物体反射，或者发射出的光辐射通过角膜进入人眼，在角膜、房水、晶状体、玻璃体的作用下，成像在视网膜上。视细胞接受光刺激转化为神经活动，经视神经进入脑内的视觉中枢，从而产生物体大小、形状、明暗和颜色等视感觉。

  视网膜上有两类光感应细胞：柱状体和锥状体。柱状体细胞的数量大约有1.2亿，能感受亮度信息，对彩色不敏感。锥状体细胞则有7百万左右，可感受红、绿、蓝等彩色信息。锥状体细胞又分三种，分别对长、中、短波长的光敏感，称为 L、M、S型视感细胞。锥状体对光的感应随波长变化的曲线称为光谱敏感度曲线，进入人眼睛的色刺激终将被转化为三种锥状体细胞的响应。假定色刺激C为一个N 维列向量，其元素为可见光谱范围内等波长间隔的采样数据。初是从混色实验和三原色现象中推出的。所谓三原色现象是指对于给定的一个色刺激，可以通过三种色光混合获得相同的锥状体响应，在相同的观察条件下，三色混合结果和该色刺激具有相同的颜色。背景白幕分为上下两部分，下端用待匹配的目标色照亮，上端通过红、绿、蓝三只光源混合照明，这三种光称为原色（Primary Color），任何一种原色无法由其它两种原色混合而成。三种原色尝试不同比例的混合，直到观察者在遮幕形成的2°视角内认为白幕上下两区域的颜色相同。 白幕红蓝绿目标颜色锥状体响应只与光谱数据C到列空间 S 的正交投影有关。因此两个光谱成分并不相同的色刺激，仍有可能对三种锥状体产生能量相同的激励，这时人会获得完全相同的颜色外观，称这样的两个色刺激为同色异谱对（Metameric Pair），称此现象为同色异谱（Metamerism）。同色异谱使得不同介质上光谱不同的色刺激能够获得等同的颜色外观，这是跨介质图像再现系统的理论基础。

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