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现代的人们生活在充满明亮人造光源的城镇中 ， 难以想象纯粹的夜空是什么样子 。对宇宙中天体的印象 ， 多半来自各地天文台与太空望远镜所捕捉的绚丽星云、星团、星系 。但这些影像中的颜色是真实的吗？ 如果我们能够用肉眼看到这些天体 ， 它们的颜色真能如影像中如此的五彩缤纷吗？
电磁波跨越各种尺度的波段 ， 有波长远小于1纳米的伽玛射线 ， 也有波长数百公里长的无线电波 。但人类眼睛中的感光细胞仅能感测到波长介于400-700纳米之间的电磁波 ， 也就是仅有这段电磁波能够以红到紫的色彩出现在人类的视野当中 ， 所以我们对外界的认知就受限于这小一段称为可见光（Visible Light）的窗口 。人之所以能够辨识不同的颜色 ， 靠的是人眼中的视锥细胞 。视锥细胞分成 S、M、L 三种 ， 分别代表 short ，medium ，long ， 其感测到的不同波长的光 ， 大致可对应到蓝色、绿色、红色 。
在还没有电子感光元件的时代 ， 纪录影像的方法是透过让底片中的银离子曝光、冲洗后 ， 变成不透光的金属银（负片） ， 但这样只能呈现出黑白影像 。于是 ， 历经长时间的研究与测试 ， 有着三层感光层的彩色底片诞生了 。它的原理是在不同感光层之间加上遮色片 ， 让三层感光片能够分别接收到各自颜色的光线 。 最常使用的遮色片是蓝、绿、红三色 。 进入数字时代 ， 电子感光元件同样遇到了只有明暗黑白、无法分辨色彩的问题 ， 但这次 ， 因为感光元件无法透光 ， 不能像底片一样分层感光 ， 工程师们只好另辟蹊径 。
于是专为相机感光元件量身打造的拜尔滤色镜（Bayer Filter）诞生了 ， 也就是由红色、绿色、蓝色三种方形滤光片相间排列成的马赛克状滤镜 ， 每一格只会让一种颜色通过 ， 如此一来 ， 底下的感光元件就只会接收到一种颜色的光 。接着 ， 再把相邻的像素数值相互内插计算 ， 就可以得到一张彩色影像 。由于人的视锥细胞对绿色特别敏感 ， 因此拜尔滤色镜的设计中 ， 绿色滤光片的数量是其他颜色的两倍 。
这种让各个像素接收不同颜色信息的做法 ， 虽然方便快速 ， 却需要好几个像素才能还原一个区块的颜色 ， 因此会大幅降低影像分辨率 。这对寸分辨率寸金的天文研究来说 ， 非常划不来 ， 毕竟我们既想得知每个像素接收到的原始颜色 ， 又想获得以像素为解析单位的最佳画质 ， 尽可能不要损失任何信息 。
要怎么让每个像素都能独立呈现接收到的光子 ， 而且还能够完整得到颜色的信息呢？ 最好的方法就是在整块感光元件前加上一块单色的滤色镜 ， 然后轮流更换不同的滤色镜 ， 一次只记录一种颜色的强度 。然后 ， 依照滤镜的波段赋予影像颜色 ， 进行叠合 ， 得到一张还原真实颜色的照片 。如此一来 ， 我们就能用较长的拍摄时间 ， 来换取最完整的信息量 。以天文研究来说 ， 这种做法更加划算 。
另外 ， 由于视锥细胞并不是只对单一波长的光敏感 ， 而是能够接收波长范围大约数百奈米宽的光 ， 因此若是要还原真实颜色的影像 ， 人们通常会使用宽频滤镜（Broadband filter） ， 也就是波段跨足数百纳米的滤镜进行拍摄 。
虽然还原天体的真实颜色是个相当直觉的作法 ， 但既然我们有能力分开不同的颜色 ， 当然就有各式各样的应用方法 。当电子从高能阶跃迁回到低能阶 ， 就会释放能量 ， 也就是放出固定波长的电磁波 。若是受到激发的元素不同 ， 电子跃迁时放出的电磁波波长也会随之改变 ， 呈现出不同颜色的光 。
如果我们在拍摄时 ， 可以只捕捉这些特定波长的光 ， 那我们拍出的照片 ， 就代表着该元素在宇宙中的分布位置 。对天文学家来说 ， 这是相当重要的信息 。因此 ， 我们也常使用所谓的窄频滤镜（Narrowband filter） ， 只接收目标波段周围数十甚至数个纳米宽的波长范围 。常见的窄频滤镜有氢（H）、氦（He）、氮（N）、氧（O）、硫（S）等等 。
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