顏色知識(shí)，RGB顯色系統(tǒng)詳解（上）(4)

　　上一章講完了HSB拾色器詳解，今天繼續(xù)分解RGB模式。

　　同理，RGB拾色器難的并不是軟件界面本身，而是要理解RGB顯色系統(tǒng)本身的原理、特點(diǎn)和局限性，才能心中有數(shù)，游刃有余。

1. RGB色光加法色原理

　　人眼的視網(wǎng)膜有兩種感光細(xì)胞，可以感應(yīng)顏色細(xì)節(jié)的椎體細(xì)胞（明視覺(jué)），和僅僅感應(yīng)明暗的桿體細(xì)胞（暗視覺(jué)）。

　　椎體細(xì)胞又按含有的視錐色素的不同，分為三種：感紅細(xì)胞，感綠細(xì)胞，感藍(lán)細(xì)胞。

　　當(dāng)兩種或兩種以上的色光，同時(shí)照進(jìn)人的眼睛，這三種感色細(xì)胞就會(huì)受到相應(yīng)的信號(hào)刺激，從而在大腦中產(chǎn)生一種綜合的顏色感覺(jué)。

　　這種由色光混合，呈現(xiàn)顏色的辦法，就叫做色光加法色。

　　接下來(lái)的事大家都知道了，（等量的）紅色+綠色=黃色；

　　紅色+藍(lán)色=紫紅色；

　　綠色+藍(lán)色=青色；

　　紅色+綠色+藍(lán)色=白色；

　　而改變他們之間的配比，還可以得到更加豐富的色彩。

　　不要問(wèn)我為什么RGB加起來(lái)就是白色的問(wèn)題。。。我還想知道為什么呢摔！顏色本來(lái)就是人的一種主觀感覺(jué)，科學(xué)家至今也沒(méi)完全搞清楚大腦識(shí)別顏色的原理。對(duì)大腦神經(jīng)元的研究仍然是一門非常非常年輕的學(xué)科�？傊伾茖W(xué)目前還是一門現(xiàn)象學(xué)，只知道“是什么”，還不知道“為什么”，大家不要糾結(jié)了（其實(shí)最糾結(jié)的是樓主）！

2. 典型的RGB顯色系統(tǒng)——液晶顯示器

　　先休息一下，欣賞一下世界名畫，修拉的《大碗島的星期天下午》。

　　為什么要放這幅畫呢？因?yàn)檫@幅畫采用的“點(diǎn)彩畫法”，完美的展現(xiàn)了色光的動(dòng)態(tài)混合原理：

　　人眼的分辨率是有限的，約1’。只要不同的色塊，對(duì)人眼形成的視角小于1’，并列色塊的顏色就會(huì)在視覺(jué)中產(chǎn)生混合，形成新顏色。

　　這就是現(xiàn)代顯色系統(tǒng)——顯示器、印刷品、打印系統(tǒng)——的工作原理。

對(duì)于大家現(xiàn)在最熟悉、最常用的液晶顯示器而言，就是：

　　圖像被分解為按矩陣排列的像素（pixel），每一個(gè)像素又分為3個(gè)不同顏色（RGB）的子像素（sub pixel）。

　　上圖的第一行是照片，但是不是很清楚，原諒樓主的渣手藝。

　　第二行是示意圖：所有的圖像都是由一個(gè)個(gè)不同亮度的RGB小色塊組成的。雖然是示意圖，卻跟樓主在顯微鏡下面看到的一模一樣，不知道為什么樓主就是拍不出來(lái)。

　　看一下別人拍的資料：顯微鏡下的顯示屏像素（不同屏幕）。

-------冷門知識(shí)大放送：這些一根根的黑色的線是怎么回事？

　　液晶顯示器的每一個(gè)子像素，相當(dāng)于一個(gè)由電信號(hào)控制的小開(kāi)關(guān)。這個(gè)開(kāi)關(guān)可以控制出光量的大小。如果信號(hào)強(qiáng)，就讓通過(guò)這個(gè)開(kāi)關(guān)的光多一點(diǎn)；信號(hào)弱，就讓光出來(lái)少一點(diǎn)。

　　為了控制這些開(kāi)關(guān)，其實(shí)液晶面板上布滿了導(dǎo)電的走線。而這些走線容易在光照下被腐蝕，所以給走線涂上黑色的遮蔽層，保護(hù)線路用。這就是我們看到的“黑線”。

　　如果有人跟樓主一樣，還用過(guò)下面這種老手機(jī)的話，你一定還記得當(dāng)年的屏幕還能用肉眼看到這種黑線。隨著蘋果在市場(chǎng)上引入“視網(wǎng)膜屏幕”的概念，現(xiàn)在的手機(jī)屏幕的像素越來(lái)越高，你已經(jīng)很少能看到手機(jī)屏幕上的黑線了。

　�。ú虏�“視網(wǎng)膜屏幕”的定義是什么？對(duì)了，就是像素在人眼中的視角要小于極限分辨率1’。）

　　現(xiàn)在我們用的顯示器都支持24位色，也就是經(jīng)常說(shuō)的16M色。

　　這意味著我們能在顯示器上顯示256×256×256×=16777216種顏色！

How？

　　有很多資料都解釋過(guò)了這個(gè)問(wèn)題，估計(jì)你們也看得膩了，樓主作為一個(gè)專業(yè)人員，今天要用全新的角度，重新闡述一下這個(gè)問(wèn)題。

　　來(lái)來(lái)，祭出色彩學(xué)里的大殺器——CIE色度圖！

長(zhǎng)這個(gè)樣子：

3. 大殺器——CIE色度圖

　　色度圖有時(shí)候我們開(kāi)玩笑也叫它馬蹄圖，因?yàn)殚L(zhǎng)得像個(gè)馬蹄印。。。

　　這個(gè)東東絕對(duì)是顏色科學(xué)里面的巔峰之作、終極武器，實(shí)在是居家旅行殺人越貨必備良藥。但其來(lái)歷又是十分的曲折，導(dǎo)致好多專業(yè)人士其實(shí)都沒(méi)有搞明白，樓主打算回頭單開(kāi)一章講它的來(lái)龍去脈。

　　學(xué)會(huì)看色度圖，就像修煉內(nèi)功，雖然跟武功招式不怎么沾邊，但絕對(duì)是通向武林高手的必經(jīng)之路�，F(xiàn)在就別管它怎么來(lái)的，先搞明白它怎么用！

　　我們已經(jīng)知道，顏色是光形成的。任何一種顏色，只要有光譜數(shù)據(jù)，就能用公式算出其在色度圖上的坐標(biāo)。也就是所有地球上能實(shí)現(xiàn)的顏色，都可以通過(guò)色品圖的坐標(biāo)標(biāo)注出來(lái)，不會(huì)超過(guò)這個(gè)范圍。所以在這個(gè)馬蹄圖的外圍是一片黑暗，意思是：沒(méi)有啦！

　　但是色度圖是一個(gè)二維的圖對(duì)不對(duì)？而色空間是一個(gè)三維空間，所以色度圖是不包含明度信息的。實(shí)際上，色度圖的坐標(biāo)，標(biāo)注的是RGB三原色之間的比例，也就是相對(duì)大小，不是絕對(duì)大小。白色和黑色對(duì)它來(lái)說(shuō)坐標(biāo)一樣，所有低明度的顏色在色度圖上都沒(méi)有，這一點(diǎn)要注意。

　　色度圖中間，是飽和度為0的消色，越靠外的顏色飽和度越高，最后終止到光譜軌跡和紫紅色的譜外光軌跡為止。

　　色度圖上任意兩點(diǎn)的色光混合，新生成的色光，其坐標(biāo)一定在兩點(diǎn)之間的連線上。哪一邊的信號(hào)強(qiáng)度大，就更靠近那一邊。嗯，大概就是這樣，誰(shuí)勁兒大誰(shuí)贏：

　　理解這幾條很重要。有了色度圖的幫助，原來(lái)的很多概念就能得到非常直觀的呈現(xiàn)：

--三原色--

　　我們已經(jīng)知道，G和B的混合色，顏色坐標(biāo)在G和B的連線上。反過(guò)來(lái)說(shuō)，G和B的連線上所有的顏色，都可以由G和B混合實(shí)現(xiàn)。

　　那么，如果再添加一個(gè)R光，就會(huì)在色度圖上形成一個(gè)三角形對(duì)不對(duì)？這個(gè)三角形里的所有的顏色，都可以通過(guò)RGB三色的混合而形成。這不就是三原色加法色的原理？

　　這個(gè)三角形里的所有顏色，就是這個(gè)RGB顯示系統(tǒng)能得到的所有顏色，也就是我們說(shuō)的色域。這個(gè)三角形面積越大，能顯示的顏色也就越多。因此，理論上說(shuō)，RGB的坐標(biāo)就應(yīng)該越靠外越好，也就是RGB三原色的飽和度越高越好。

　　但由于材料物理特性的限制，飽和度提高，亮度就會(huì)相應(yīng)的下降。想要亮度不下降，飽和度還要高，就得——加錢。。。所以顯示器的色域是綜合考慮飽和度亮度成本的一個(gè)折中方案。

　　還有一種擴(kuò)大色域的方案，就是增加一個(gè)原色，從三角形變成四邊形。Sharp就在的他家的電視上推出了“四色技術(shù)”，在RGB的基礎(chǔ)上增加了黃色。從樓主在實(shí)物上看的效果上說(shuō)，的確很贊，不過(guò)當(dāng)然是貴╮(╯_╰)╭

　　另外，可不可以不用RGB做三原色呢？當(dāng)然可以，色度圖上其實(shí)可以隨便選出3個(gè)不在一條直線上的點(diǎn)，只要能形成一個(gè)三角形，而這個(gè)三角形還可以把白色區(qū)域包含進(jìn)去，就可以做三原色，比如CMY。

　　但是呢，你們可以在圖上比劃一下，是不是還是選RGB的覆蓋的面積比較大呢？所以從早期的笨重?zé)o比的CRT電視，到等離子電視，到液晶顯示屏，到彩色電子紙屏幕，所有采用色光加法色的系統(tǒng)，都用RGB做三原色，就是因?yàn)镽GB可以實(shí)現(xiàn)色域的最大化。

--色相環(huán)--

　　在色度圖里面畫一個(gè)圈兒，是不是就是色相環(huán)了？

　　色相環(huán)可以視為一個(gè)簡(jiǎn)化版的色度圖。

--補(bǔ)色--

　　連接顏色R和白色E，畫一條直線，青色正好在這條直線上。那么也可以說(shuō)，C和R混合，可以形成白色，所以C和R是互補(bǔ)色。這也就是為什么我們說(shuō)色相環(huán)上相對(duì)180°的顏色是互補(bǔ)色的原因。

　　由于白色其實(shí)是一片很大的區(qū)域，而不是一個(gè)點(diǎn)，所以互補(bǔ)色其實(shí)也不是唯一的，也是一片很大區(qū)域。

PS. 白色其實(shí)是一種非常非常詭異的顏色，同樣是白色，但色差卻可以很大！你們平時(shí)注意觀察一下，幾乎沒(méi)有一模一樣的白！相當(dāng)難搞，調(diào)色師的噩夢(mèng)！回頭樓主要專門八一下。

--色差--

　　這就說(shuō)到了色差，大家估計(jì)也被這個(gè)問(wèn)題困擾了很久。

　　先說(shuō)說(shuō)RGB系統(tǒng)自己的色差來(lái)源。RGB三原色并不是唯一的。每一種顏色其實(shí)在色度圖上都不是一個(gè)點(diǎn)，而是一個(gè)面。所以RGB的坐標(biāo)其實(shí)有無(wú)數(shù)種選法。
　　事實(shí)上，由于材料工藝的限制，每一臺(tái)顯示器的RGB三原色坐標(biāo)值都不一樣！哪怕同樣的品牌，同樣的工廠，同樣的原料，同樣的產(chǎn)品線，做出來(lái)的東西，都不一樣！為什么呢？這個(gè)就跟種蘿卜似的，沒(méi)有哪兩個(gè)蘿卜長(zhǎng)出來(lái)能一模一樣，就是那么任性。

　　三原色都不一樣，色域也就不一樣了，連帶著配出來(lái)的混合色當(dāng)然也不一樣了。

　　廠家頂多也只能盡量縮小色差，控制色差在可接受的范圍之內(nèi)，辦法無(wú)外乎就是，加錢。。�？瓤�，其實(shí)就是前期控制原料，后期統(tǒng)一校準(zhǔn)什么的。但是這個(gè)也只能限于同一個(gè)品牌的情況下。不是同一個(gè)品牌的？你管的著么？

　　那么有沒(méi)有行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)？有，比如常用的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)NTSC。找到的圖還附贈(zèng)了sRGB的標(biāo)準(zhǔn)~

　　但是！現(xiàn)在的主流技術(shù)，色域范圍一般都比NTSC的標(biāo)準(zhǔn)小。比如你們經(jīng)�？吹降模衬撑谱拥娘@示屏色域達(dá)到85% 啊之類的，就是指它的色域占NTSC標(biāo)準(zhǔn)的比值。只有最近這一兩年，技術(shù)進(jìn)步后，某些品牌的高端顯示器能達(dá)到100%的NTSC色域，甚至更高。不過(guò)，目前大部分顯示器連全面覆蓋NTSC的標(biāo)準(zhǔn)都做不到，更別提控制色差了。

　　所以在以后的很長(zhǎng)一段時(shí)間里，淘寶店主都會(huì)不厭其煩的告訴你，色差問(wèn)題不退貨！你拿他一點(diǎn)辦法都沒(méi)有╮(╯_╰)╭

　　再來(lái)說(shuō)說(shuō)RGB系統(tǒng)和CMYK系統(tǒng)之間的色差。

　　從色度圖上可以直觀的看出來(lái)，CMY和RGB的三角形，覆蓋的區(qū)域就是不一樣！無(wú)論怎么折騰都不可能完全一樣！兩者不重合的部分，從原理上講，就是不可能不帶色差的互換顯示的！

所以，當(dāng)你用PS做的圖，不僅僅是在RGB系統(tǒng)（電腦、手機(jī)）上看，而且需要用CMYK系統(tǒng)（打印機(jī)、印刷廠）出實(shí)物的時(shí)候，就要特別注意這一點(diǎn)，不要使用超出CMYK色域范圍的顏色。

當(dāng)然，深究起來(lái)，CMYK系統(tǒng)和CMY色光混合色還是有區(qū)別的。CMYK系統(tǒng)是減法色，它和加法色最大的區(qū)別，就是減法色兩色混合后的新顏色，坐標(biāo)不一定在兩點(diǎn)之間的連線上，會(huì)拐彎的~~拐~~彎~~~

（這事兒比較費(fèi)口舌，一時(shí)半會(huì)兒講不明白，先打個(gè)廣告，下下一章講CMYK系統(tǒng)~）

--24位色--

　　24位色，就是RGB通過(guò)不同比例配置出來(lái)的混合色。

　　讓我們先從最簡(jiǎn)單的情況說(shuō)起，如果RGB三原色，都只有ON/OFF兩種狀態(tài)，那么生成的就是2×2×2=8種顏色。

　　以R和G的混合色為例�；旌仙挥�1:1 這一種比例，所以R和G的連線上只有一種新顏色。在色度圖上的位置，就是RGB三色和白色的的連線的交點(diǎn)。這樣的混合色也被稱為中間色，因?yàn)槲恢迷谠闹虚g。

　　進(jìn)一步復(fù)雜化，如果RGB有3種狀態(tài)，OFF/LOW/HIGH，那么可以生成3×3×3=27種顏色。

　　R和G的混合色，有3種比例：1:1,1:2,2:1。所以R和G的連線上有三個(gè)中間色。這些新的“點(diǎn)”使得色度圖上生成的網(wǎng)絡(luò)更加密集。

　　是不是像蜘蛛網(wǎng)一樣╮(╯_╰)╭其實(shí)再考慮到明度的因素，這個(gè)蜘蛛網(wǎng)本來(lái)應(yīng)該是三維的，上圖是三維的蜘蛛網(wǎng)在二維平面的投影。但是樓主怎么也沒(méi)找到CIE的三維圖，就算找到了，這個(gè)二維圖都畫得要吐血了，三維的圖樓主其實(shí)也沒(méi)什么信心能畫出來(lái)。。。大家將就看了~

　　RGB三原色在開(kāi)和關(guān)之間能形成的中間狀態(tài)越多，混合色的比例種類就越豐富，這個(gè)“蜘蛛網(wǎng)”也就越密，在色度圖上能形成的新顏色自然就越多了。

所以，為了得到足夠多的中間色，RGB系統(tǒng)從一開(kāi)始的2位色，到4位色，到8位色，不停的向上升級(jí)，一直到24位色。

　　這個(gè)N位色的N，由RGB三種原色可以控制的狀態(tài)數(shù)（以二進(jìn)制的位階計(jì)數(shù)）的總和來(lái)決定。所以24位色，也就是R、G、B這三種顏色，在計(jì)算機(jī)內(nèi)部分別分配了8位數(shù)據(jù)深度，可以有2^8=256種狀態(tài)。

24位，指的是每一個(gè)像素的顏色信息在計(jì)算機(jī)內(nèi)存里占用的數(shù)據(jù)深度。而16M色，則是指它所能形成的顏色的總數(shù)。是同一個(gè)東西，只是描述的角度不同。

----24色夠用了嗎？

　　一般而言，人眼對(duì)色相的分辨能力在180種左右。對(duì)明度的辨別力比較高，能分辨約600種明暗層次。而不同的顏色的飽和度識(shí)別能力是不一樣的，紅色能識(shí)別約25級(jí)，而黃色只能識(shí)別4級(jí)。按飽和度平均識(shí)別10級(jí)算，人眼能識(shí)別的顏色數(shù)為180×600×10=1080000種。

當(dāng)然不排除有些人眼力勁兒特別好的，這個(gè)數(shù)還能往上長(zhǎng)長(zhǎng)。

　　但總的來(lái)說(shuō)，16M色對(duì)人眼的識(shí)別能力來(lái)說(shuō)，足足的夠用了。采用了16M色的顯色系統(tǒng)后，原來(lái)的過(guò)度色出現(xiàn)“色帶”問(wèn)題的情況基本絕跡。這說(shuō)明顯色系統(tǒng)顯示的顏色已經(jīng)足夠精細(xì)，完全可以實(shí)現(xiàn)顏色的平滑過(guò)度。現(xiàn)在我們看到的“色帶”問(wèn)題，幾乎可以肯定的說(shuō)是圖像本身的問(wèn)題，而不是顯色系統(tǒng)的問(wèn)題。

那么問(wèn)題來(lái)了，我們還要32位色來(lái)干什么呢？

呼~(yú)好多字了~

今天就到這里，我們下次再見(jiàn)~