关于色彩的一些思考

2023年7月14日

爸爸生日快乐～～

摘要

前几天搞项目搞得太累了，今天不想写专业内容，刚好前阵子胡思乱想的时候突然悟到了一些关于色彩的东西，干脆就随便记录一下吧。大概是关于光谱和颜色的。

光谱是什么

光谱其实就是不同波长的，人眼能感知到的范围内的电磁波的频谱图，光谱图里面的颜色只是表明了对应波长的电磁波会让人眼感受到什么颜色。

光为什么是三原色

为什么都说光是 RGB 三原色而不是二原色或是四原色？为什么偏偏是这三种颜色就能混合成其他所有颜色？为什么却一个就不行了，多一个又没必要？

这不是巧合，也不是约定俗成的定义，是因为我们的生理构造产生了这一结果。人类的视网膜上感知色彩的细胞有三种，他们各自对 R，G，B 三种颜色对应波长的电磁波的其中一种最为敏感，三种细胞的刺激强度的相对大小带来了不同颜色的感知。所以对于人类来讲，颜色有三原色，且是 RGB，对其他生物来讲不一定。

如果某种生物只有一种视网膜细胞，那对他来说光的刺激只有强和弱的区别，对他来说便不存在颜色，光只有强度也就是亮度的区别，他就只能感知到黑白。如果某种生物有四种感知不同频率的光的细胞，那对他来说就有四根坐标轴来生成颜色的感觉，他的色彩空间就是四维的，也就是必须要用四原色才能完全描述他所能看到的所有颜色。

光谱和颜色的关系

光谱上所有的颜色远少于所有人眼可感知的颜色，具体来讲，只占人眼所有可感知颜色的 0%。这个结论看似非常离奇，其实很正常，因为光谱是个一维的东西，而人眼可见的 RGB 色彩空间是三维的。光谱上的光的颜色是单一频率的电磁波带来的颜色感受，而人眼可以感受可见光范围内任意数量的任意波长的光的组合带来的颜色感受。

类比音乐，光谱上的光就像是单一频率的正弦波震动带来的声音，而人眼能感受到的所有颜色，则是所有能听到的频率的任意组合带来的和弦的音色。

下图展示了可见光光谱随着频率变化在三维 RGB 色彩空间中对应的位置：

可以看到在巨大的三维空间中只占一条直线。左图中三条曲线即为人眼三种细胞对不同频率的光的敏感度。

经过一些我完全看不懂的 *Gamut Mapping* 映射过后，色彩空间可以被映射到一个二维空间去，这个空间一般是 **CIE 1931** 或是更新的 **CIE 1976**，下图展示了 **CIE 1931** 的色彩空间：

其中弯曲的边缘即是不同单一波长的光谱产生的颜色感知在色彩空间上对用的位置。

总结

总结来讲就是三原色之所以是三原色，之所以是 RGB，还是因为这个标准是人定的，要适应人的视觉和生理构造。此外，光谱远不能包含所有看得到的颜色，只是单一频率的光的颜色而已，而人眼能感受各种各样超出光谱的混合频率的光，这些不同的混合比例带来了不同颜色的感受。而颜色其实根本不是光波的属性，而是不同混合模式在人眼上带来不同刺激的属性。