睁开眼外面变白了,然而我却陷入了思考:眼前的白真的是白吗?昨天晚上北京初雪的消息席卷而来,不知道你有没有加入到朋友圈摄影大赛中呢?每年的初雪都带着一些浪漫的气息,给大家带来了冬季的喜悦,然而降温和初雪终究是比暖气来早了一步。看着漫天纯白无暇的初雪,你不知道的是纯白背后隐藏的红橙黄绿蓝靛紫!人眼:我靠混合。
我们都从小学起就都知道,白色光是所有单色光混合叠加的结果,那么人眼是如何识别单色光之间的叠加的呢?要想弄搞清楚颜色的问题,首先让我们一起回顾一下小学知识——颜色是什么?实际上,在我们常见的电磁波谱中,不同波长的光不仅对应着不同的能量,也对应着不同的颜色。在电磁波谱中只有一小部分波长的光可以被人眼识别,被称为可见光波谱,大约在400 nm到780 nm之间。
人眼视网膜中的视锥细胞具备感知色彩的能力,即对不同颜色(波长)光子的感知能力不同。视锥细胞分为3种,分别包含光谱吸收峰在光谱黄、绿、蓝区的视色素,这种对颜色的感知能力由视锥细胞中视蛋白的特异性所决定。我们看到各种各样丰富的颜色其实是红、绿、蓝三种视锥细胞对某种颜色光混色的结果。事实上,我们在生活中接触的单色光是很少的,类似于焰色反应、激光等才会产生单色光。
既然人眼是通过红、绿、蓝三种视锥细胞感光、混色从而产生对众多颜色的感知,那么充斥在我们身边的数码产品是如何进行显色的呢?在了解显色原理之前,让我们先一起来认识一下屏幕像素(Pixel)——一个像素就是一个显像点,横向、纵向各若干像素点排列占据整个屏幕。每个像素点都包含红、绿、蓝三个子像素,三个子像素参与显示的量不同,像素呈现出的颜色就不同。
当不同像素点按照一定的规律呈现不同颜色时,整个屏幕上就出现了五花八门的图像。尽管都是通过三原色原理进行混色,但我们常见的液晶显示器LCD(Liquid Crystal Display)和有机发光半导体OLED(Organic Light-emitting Diode)最小组成单元的发光原理却是不一样的。
液晶显示屏LCD为多层结构,其发光原理是通过在显示面板最下方的一层背光面板发射白光,光线透过显示面板的多层结构,包括下偏光板、薄膜电晶体、彩色滤光片、上偏光板等,背光面板发射的白光照亮整个显示面板实现发光和显色。有机发光半导体OLED的显色与有机材料本身有着密不可分的关系,最重要的就是有机材料的荧光特性。
目前,有机发光半导体OLED的显色方式有三种思路:第一,借助白发光层,添加滤色片,这是显色最方便的一种方法;第二,借助有机发光材料本身的发光特性,设计三层发光层,分别为——红色、绿色和蓝色,实现混色显色;第三,应用蓝色有机发光材料,再通过颜色转换材料,即可显色。投影仪、扫描仪等主要依靠色光直接混合生成色彩,而打印机、印刷机则靠使用颜料混合生成颜色。
这说明对于不同类型的颜色设备,需要使用不同的色彩模式来进行适配。最普遍的RGB模式(R=红色,G=绿色,B=蓝色),与人眼识色和显示屏显色的思路相同,算法同样也是通过混合红、绿、蓝这三种颜色来进行混合,获得全彩。通过对R、G、B这三个分量进行赋值,即可描述出任一颜色。计算机定义颜色时R、G、B三种成分的取值范围是0-255,0表示没有刺激量,255表示刺激量达最大值。
类似于液晶显示屏LCD的混色原理,例如:R=200,G=10,B=13时,大概对应为红色,当RGB均为255时,对应为白色,当RGB均为0时,对应于黑色。不同RGB值混色显色很好理解,但当RGB 3个值均相等时,该如何显色呢?为了更好的理解,我们先来了解一下色彩的三个属性——色相,饱和度,明度。Adobe对色相官方的解释是:反射自物体或投射自物体的颜色。
在 0 到 360°的标准色轮上,按位置度量色相。在通常的使用中,色相由颜色名称标识,如红色、橙色或绿色。简单来说,色相就是指不同的颜色。而饱和度是指颜色的强度或纯度(有时称为色度)。饱和度表示色相中灰色分量所占的比例,它使用从 0%(灰色)至 100%(完全饱和)的百分比来度量。在标准色轮上,饱和度从中心到边缘递增。饱和度也可以理解为色彩的纯度。
最后,亮度是颜色的相对明暗程度,通常使用从 0%(黑色)至 100%(白色)的百分比来度量。当RGB 3个值处于0-255之间且相等时,则不显示任何色相,分别对应于从白色到黑色之间不同的灰度。值得注意的是,RGB模式的媒介是发光物体,也就是适用于我们日常生活中使用的大部分电子产品。那么对于印刷机这一类需要颜料混色获得全彩的设备,采用的是我们熟悉的另一种色彩模式——CMYK。
前文提到的RGB为光的三原色,而油墨也同样具有三种原色,即青、品红、黄(青色,品红,黄色),通过不同的配比产生不同的颜色。原来小时候学美术学到的三原色是红黄蓝,而长大后听到的三原色却是红绿蓝,这两者的区别是颜料的三原色与光的三原色。与RGB不同的是,CMY不是以0-255的数值来划分,而是按油墨的浓度来划分,即0-100%。CMY就是将三种油墨按照不同浓度混合,获得想要的颜色。
不同于显示屏,印刷品的载体是纸张,本身并不会发光,而是通过外界的光反射在纸上,具有一定的吸收和漫反射,而后再回到我们的眼睛里,从而识别出颜色。当晚上周围光线很微弱的时候,我们也就看不清印刷品的颜色了,这是印刷机等设备需要和显示屏区分色彩模式的重要原因。了解了CMY,那么K去哪儿了?
再CMY三种颜色混合想要获得黑色时,也是三种颜色均为100%,但在实际应用中这样混色的效果比较差,所以加入了单独的黑色油墨,也就是缺失的K啦。怎么样,读到这里不仅回味了昨晚的初雪,还把颜色大军搞得明明白白,物理人眼中的初雪,可没有纯白那么简单!