投影仪怎么合成「不存在」的颜色

作者: Cloudiiink

来源: 中科院物理所

发布日期: 2019-10-06

本文探讨了投影仪如何合成自然界中不存在的颜色,介绍了色彩理论和投影技术的发展,以及如何通过混合不同颜色的光来实现这一目标。

投影仪怎么合成「不存在」的颜色

每隔一段时间,就会有那种「呀科学家制造了一种不存在的颜色?」「紫色其实并不存在?」之类的话题传播。为了方便讨论这里面的原因,我们众筹了一台投影仪,探索色彩的秘密。

如果你是好好学习天天向上的社会主义好学生,那么每天上课的时候免不了要举起手机对着老师的幻灯片拍拍拍,生怕错过了什么重要细节。得益于现在手机相机优秀的放大性能,手机很多时候也能给抢不到前排的同学带来福音。明明想要好好学习,却发现讲义被彩色条纹盖了个严严实实……实际上,这里面就藏着我们人眼能看到,但是自然界中却「不存在」的颜色的秘密。

在个人电脑普及开来以后,就再也见不到上面这种最有「古典范」的幻灯片和投影仪了,取而代之的是演示文稿、办公软件和数码投影仪。虽然大家现在叫得多,但这个名字的诞生,却是在洗澡的时候想出来的。产品负责人 Bob Gaskin 为了避免和市面上的其它产品重名,才取名为 PowerPoint,却没想到成就了一个全球通用的名词。

在开始解答我们的标题这个问题之前,我们需要先来唠唠投影仪的发展史——这真的是一部活脱脱的人类「视觉动物」进化史。虽然现在视觉动物听上去是一个……不是很友好的词,但人类在追求视觉和色彩的道路上那是真的狂奔不止。

牛顿在光学方面贡献颇多,最为人所知的,其实还是用三棱柱进行分光实验。

当然我们现在可以测出来神经信号传播的速度大约为 90m/s,通过产生视觉的时间差,我们可以判断大脑在合成视觉信号的过程中起到了一定的作用,更何况三原色理论早已久经考验。因为人眼中存在着三种不同的波段敏感的细胞,就有人巧妙地设计了「色彩匹配实验」。基本原理在于人眼不擅长直接定量,但很擅长比较。如果只用两种色光混合,始终会有颜色合成不出来,但是一旦使用三种颜色,人们就能混合出光谱里面的任意颜色。

摸清楚了这一点,人类真的算是在成为「视觉动物」的历史上迈出了一大步。

混合的思路我们可以有两种,一种是在时间上混合,一种则是在空间上混合。前者靠脑补,后者……还是靠脑补。当然脑补的方式还是有点点区别的,前者生成颜色需要靠前面牛爵爷探索得到的延迟效应,再让大脑脑补,后者是让大脑直接脑补。

在「单枪投影仪」里面,按照混合不同颜色色光的思路的不同,大概分为 LCD 和 DLP 两个流派。需要说明一下,这两个流派其实现在发展了很多分支,不过太过专业的东西今天我们就不涉及了。

色彩亮度这个概念可能大家是第一次听说,但在我们的生活中其实有很多应用。比如一张照片,电脑上看起来还好好的,但投影投出来却是灰蒙蒙的,这就是因为输出的彩色光不够亮,看起来就和加了个滤镜似的。

为了给大家真的感受投影仪里面发生了什么,小编厚着脸皮整来了另一个使用不同原理来生成色光的投影仪。因为是借的,怕拆了以后组装不回去(小编太菜了),特地准备了偏振片,来不破坏地展示不同色彩的合成原理。

有了前面那么久的铺垫,我们终于可以解答标题里面的问题……为了解答这个概念,我们需要把上面对于色彩的描述定量化,也就需要使用色彩空间。CIE RGB 色彩空间是一种很常用的色彩空间。其 x,y 横纵两个坐标分别表示标准化以后的三原色中红色和绿色的成分,1-x-y 代表蓝色。由此构成了人类所感知到的所有颜色。

这就是投影仪合成「不存在」的颜色全部的真相了。经过这么一番折腾,我们终于知道啥样的内容更适合我们决定重新挑选投影仪。然而,现实是钱包限制了我们的购买力,甚至连两台借来的投影仪都买不起。

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