色彩中的加减法:探索三原色的奥秘

作者: 井上菌

来源: 中科院物理所

发布日期: 2019-10-29

本文探讨了色彩中的加减法,解释了绘画和光学中的三原色差异,以及加色和减色混合的原理。文章还介绍了牛顿的棱镜实验和麦克斯韦的彩色摄影演示,以及CMYK颜色模型在彩色打印中的应用。

我们在幼儿园上美术课就被告知,绘画的三原色是红、黄、蓝。可是后来由于《光学》课上没睡觉,才得知,光学的三原色是红、绿、蓝。于是小编就开始怀疑起了幼儿园的美术老师,说好的三原色是红、黄、蓝呢?说到底,什么是三原色呢?后来才发现,哪种三原色都是对的,而这完全取决于你在做什么。换句话说,如果你正在谈论绘画,那么红色,黄色和蓝色是你的三原色。但是,如果您在谈论物理中的光,则红色,绿色和蓝色是原色。

其实,我们看到东西是因为光进入了我们的眼睛,而光通常以两种方式进入我们的眼睛:从光源发出的光直接进入眼睛以及从物体反射回来的光进入眼睛。这导致两种类型的颜色混合:加色和减色系统。这两个系统都完成了一项任务。那就是为了调节我们眼中三种类型的视锥细胞感光器对光的响应。它们对红,绿和蓝光敏感,这就是三基色原理。我们先来看看加色混合。

艾萨克·牛顿在他23岁那年,做出了一个革命性的发现:通过使用棱镜和镜子,他将太阳光分解出了彩虹的七色光,然后又将七种颜色组合成了白光,也就是著名的棱镜实验。后来有人用了七种颜色中的红色、绿色和蓝色区域组合起来也产生了白光,大家认为这三种颜色就是“原色”,因为它们是可以产生清晰白光所需的基本成分。加色混合受到三基色理论的启发,在1850年左右被亥姆霍兹提出。

然而,说出来你可能不信,由于一些实验性的工作,麦克斯韦竟然有时会被称为是加色之父。其在1861年的一次演讲中,通过三色分析与合成原理,介绍了世界上第一个彩色摄影演示。简单来说,加色混合就是诸如电视机或者智能手机屏幕发光的设备。在大多数设备中,发出三种不同颜色的光(红绿蓝为三原色),并且在使用时把它们加在一起合成其他不同的颜色和不同的亮度,而这也就是大家常常听说到的RGB。

减色混合是指每种颜料或者染料都具有反射或透射一定色光的能力,而某些颜料在混合中,其波长的光线会被吸收而造成一定的颜色混合,从而出现其他颜色。比如当我们将油墨混合在一起的时候,就会产生减色混合。它与我们看到的非发光性物体的本身颜色有关,例如油墨、油漆、塑料和纺织品等。我们之所以能看到这些材料,是因为它们反射了照射在它们上的光,而这时的三原色就是红、黄和蓝色。

与RGB一样,减色混合的三原色是红、黄、蓝,简称RYB,构成了标准画家色轮中的三原色。在18世纪,RYB原色成为色彩视觉理论的基础。这些理论在18世纪通过对各种纯粹的心理色彩效果的研究得到了加强。在彩色打印中,通常的原色是青色、洋红色和黄色,也就是CMY,青色是红色的补充,这意味着青色充当吸收红色的滤镜,理想情况下,青色对绿色和蓝色光线完全透明,并且对光谱部分也没有影响。

洋红色是绿色的补充,黄色是蓝色的补充,三种量的不同组合可以产生各种色彩,且饱和度良好。在喷墨彩色打印中,包含了黑色墨水的成分(key),从而形成了CMYK颜色模型,黑色墨水用于覆盖印刷图像暗区中不需要的色调。往往由于三种颜色元素的不正确配比会降低图像的清晰度,而使用了CMYK颜色模型就可以很好的改善图像清晰度。

如果你发现周围人或者约会对象都把蓝色作为他们最喜欢的颜色,不是因为别的什么,而是因为有关调查表明,蓝色是大家最喜欢的颜色。黄色可能会让你头晕恶心,同时黄色会对眼睛造成很强的刺激。颜色也会影响口味,最近的研究表明,颜色会影响我们品尝食物的方式,例如:橙色或奶油色的杯子会让巧克力的味道比其他任何不同颜色的杯子更好。

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