颜色是什么,我们是如何观察颜色的?

你有没有想过,颜色是如何被感知的?显示器和书籍上的颜色到底有什么不同?

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电磁波的波长范围

上图横坐标代表的是电磁波是波长,而从左到右,电磁波分别表现为:Gamma射线、X射线、紫外线、可见光、红外线、雷达信号、电视信号、广播信号。请注意,以上全部都是电磁波,唯一不同的是波长。

我们感受到颜色的原理和被针扎一下感到疼的原理是相同的,它们都是我们对外界刺激的反应。我们眼部的视神经形成的锥状结构对三种主要的电磁波波长最为敏感,形成我们认为的三原色,它们分别是红色(Red)、绿色(Green)和蓝色(Blue)。而其他的可见光波长会被我们转化为三原色不同比例的混合,通过这种形式我们才得以欣赏多姿多彩的世界。

部分动物可作为视觉感受的电磁波波长和人类的可见光波长类似,但大多数情况下则不同,有些动物甚至可以看到红外线(可以用于夜视)。如果这些动物成为了智慧生命,那么三原色可能就是IGB了。

另外,为什么是三原色,而不是二原色或四原色呢?实际上,在物理学上没有任何理由规定可见光的基本组成就得是3个,我们会认为有3个只是因为我们的视觉系统被进化成了这个样子。因此,你可以认为你所知道的RGB颜色系统只属于人类。

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可见光的波长范围

上图标明了可见光的主要颜色范围和对应的波长。

对于发光的电子设备(如扫描仪、电视机、显示器)来说,如果采用青色(Cyan)、黄色(Yellow)和红外线(Infrared)作为基本颜色会怎样呢,会产生重大影响吗?其实要说起来也不会,只不过用途更有限而已:如果用这样的颜色组合,那么显示蓝色(Blue)是不可能的,因为无法组合产生老师呢。为了尽可能还原我们可见的各种光色,电子设备选择用更纯的颜色:红色(Red)代替红外线,用蓝色(Blue)代替青色,组成RGB显色系统。

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RGB和CMY的对应关系

上图揭示了三原色和三基色的转化关系。

有一种误解在于,扫描仪是使用CMYK作为原色的。其实其中青色(Cyan)和黄色(Yellow)其实是有资格作为三原色的;虽然它们不符合人眼的主要敏感颜色,但他们有对应的波长。而对于洋红(Magenta)来说就并非如此了,洋红色是红色和蓝色的混合,并没有独立波长,因此在说扫描件的时候,与其说是CMYK,比如说是CRBYK。你可能注意到,在我们提到原色的时候加入了K,K代表黑色,但众所周知没有“黑光”。这里的黑色其实指的是没有光线,扫描仪并不处理黑色(而是选择忽略黑色)。但实际上,我们是在为CMYK扫描这种说法辩护而已,扫描仪实际的工作模式是RGB,只不过在完成扫描后,扫描仪的软件系统会自动将图像转化为CMYK模式。在转换过程中,K是从CMY三个数值中分离出来的。

尽管我们将红色、绿色和蓝色作为三原色,但我们对这三种颜色的敏感度却并不相同。也许由于地球环境的蓝光量太大,因此我们进化出了对蓝色不那么敏感的双眼。从结果而言,我们对红色、绿色、蓝色三种颜色的敏感度比例大约是40%:40%:20%。对蓝色的不敏感,导致我们会认为相同亮度的蓝色是三种颜色中最暗的。这种进化必然是对生存有益的,但随着印刷术的出现,它也造成了问题:我们没有能力生产出能和红色、绿色造成相同视觉效果的颜料。另外,由于某种原因我们对绿色的感应(而非敏感度)会更强烈,因此在RGB系统中,我们会认为绿色最亮,其次是红色,而蓝色是最暗的。

三原色通过两两混合可以产生二次色,他们分别是青色(Cyan)、洋红(Magenta)和黄色(Yellow),可以组成CMY颜色系统(加色系统意义上的)。洋红色是红色光和蓝色光的组合,由于使用了更多波长的光,导致我们眼球中的更多椎体被激活,结果而言我们会觉得洋红色比红色和蓝色都凉。同样道理,青色是绿色和蓝色的混合,而黄色是红色和绿色的混合。CMY三种颜色混合后,也将和RGB混合后一样呈现白色。

How We See Colour

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卡米雷特

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