James Clerk Maxwell
Sự nghiệp khoa học > Thị giác màu sắc

Như các nhà vật lý thời đó, Maxwell rất quan tâm tới tâm lý học. Ông đặc biệt chú ý tới, theo các hướng của Isaac Newton và Thomas Young, nghiên cứu thị giác màu sắc (colour vision). Từ 1855 đến 1872, ông công bố một loạt đều đặn các bài báo khảo cứu về cảm nhận màu sắc, rối loạn sắc giác, và lý thuyết màu sắc, và được trao Huy chương Rumford về bài báo On the Theory of Colour Vision.
Isaac Newton đã chứng minh, sử dụng lăng kính, rằng ánh sáng trắng, như ánh nắng Mặt Trời, là tổ hợp của một số ánh sáng đơn sắc mà có thể kết hợp thành ánh sáng trắng. Newton cũng chỉ ra rằng một màu sơn vàng cam làm từ màu đỏ và vàng nhìn y hệt như ánh sáng đơn sắc vàng cam, mặc dù là tổ hợp của hai ánh sáng đơn sắc đỏ và vàng. Từ đây xuất hiện nghịch lý thách thức các nhà vật lý thời đó: hai ánh sáng phức hợp (là tổ hợp của hai hay nhiều ánh sáng đơn sắc) có thể nhìn giống nhau nhưng khác nhau về mặt vật lý, gọi là hiện tượng phân dị (metamerism). Thomas Young về sau đề xuất cách lý giải nghịch lý này bởi cảm nhận màu sắc thông qua một số giới hạn các kênh trong mắt, mà ông đề xuất lý thuyết ba màu đơn sắc, hay lý thuyết Young–Helmholtz. Maxwell sử dụng công cụ đại số tuyến tính phát triển gần đây để chứng minh lý thuyết Young. Bất kỳ ánh sáng đơn sắc nào kích thích ba thụ thể có thể được kích thích bằng nhau bởi ba ánh sáng đơn sắc khác nhau (thực tế, bởi bất kỳ ba ánh sáng khác nhau). Ông chứng minh đó là trường hợp, phát minh ra thí nghiệm làm phù hợp màu và so khớp màu (colorimetry).
Maxwell cũng thích thú áp dụng lý thuyết của ông đến cảm nhận màu sắc, hay chụp ảnh màu. Xuất phát trực tiếp từ nghiên cứu tâm lý học của ông về cảm nhận màu sắc: nếu tổng của bất lỳ ba ánh sáng màu nào có thể tái tạo bất kỳ màu được cảm nhận nào, thì có thể tạo ra các bức ảnh màu thông qua bộ lọc ba màu sắc. Trong nội dung bài báo năm 1855, Maxwell đề xuất là, nếu ba bức ảnh màu đen trắng về một cảnh được chụp thông qua bộ lọc ba màu đỏ, lục và lam và các phim trong suốt của các bức ảnh này được chiếu lên một màn sử dụng ba máy chiếu trang bị các bộ lọc tương tự, thì khi ghép chồng trên màn ảnh sẽ cho cảm nhận của mắt người như một bức ảnh đầy đủ về màu sắc.
Trong một bài giảng về màu sắc tại Viện Hoàng gia vào năm 1861 về lý thuyết màu sắc, Maxwell trình bày bức ảnh màu đầu tiên trên thế giới dựa theo nguyên lý phân tích và tổng hợp ba màu này. Nhiếp ảnh gia Thomas Sutton, người sáng chế ra máy ảnh phản xạ ống kính đơn, đã chụp bức ảnh này. Ông chụp một dải ruy băng ba lần, thông qua các bộ lọc đỏ, lục và lam, đồng thời chụp một bức ảnh thứ tư thông qua bộ lọc vàng, mặc dù theo như Maxwell, đã không được sử dụng trong bức ảnh tổng hợp. Bởi vì tấm kính ảnh (photographic plate) của Sutton không đủ nhạy với màu đỏ và chỉ hơi nhạy với màu lục, bức ảnh tổng hợp tiên phong này còn khá xa so với mục đích mong muốn. Trong bài giảng ông viết rằng "nếu ảnh màu đỏ và lục được chụp đầy đủ như ảnh màu lục," nó "sẽ trở thành một bức ảnh ruy bông màu thực sự. Bằng cách tìm các vật liệu chụp ảnh có độ nhạy hơn với các tia ít khúc xạ hơn, độ biểu diễn màu sắc của vật thể có thể được nâng cao nhiều lên." Các nhà nghiên cứu vào năm 1961 kết luận rằng chất lượng ảnh thấp do ảnh hưởng tự bộ lọc màu đo là vì ánh sáng tử ngoại, nó bị phản xạ mạnh bởi một số thuốc nhuộm màu đỏ, và không hoàn toàn bị chặn bởi bộ lọc màu đỏ này, và trong phạm vi nhạy của quá trình nhúng ướt mà Sutton đã áp dụng.