顏色知識，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），和僅僅感應(yīng)明暗的桿體細(xì)胞（暗視覺）。

　　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，同時照進人的眼睛，這三種感色細(xì)胞就會受到相應(yīng)的信號刺激，從而在大腦中產(chǎn)生一種綜合的顏色感覺。

　　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。

　　不要問我為什么RGB加起來就是白色的問題。。。我還想知道為什么呢摔！顏色本來就是人的一種主觀感覺，科學(xué)家至今也沒完全搞清楚大腦識別顏色的原理。對大腦神經(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？因為這幅畫采用的“點彩畫法”，完美的展現(xiàn)了色光的動態(tài)混合原理：

　　人眼的分辨率是有限的，約1’。只要不同的色塊，對人眼形成的視角小于1’，并列色塊的顏色就會在視覺中產(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），每一個像素又分為3個不同顏色（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個不同亮度的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。

　　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子像素，相當(dāng)于一個由電信號控制的小開關(guān)。這個開關(guān)可以控制出光量的大小。如果信號強，就讓通過這個開關(guān)的光多一點；信號弱，就讓光出來少一點。

　　為了控制這些開關(guān)，其實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，還用過下面這種老手機的話，你一定還記得當(dāng)年的屏幕還能用肉眼看到這種黑線。隨著蘋果在市場上引入“視網(wǎng)膜屏幕”的概念，現(xiàn)在的手機屏幕的像素越來越高，你已經(jīng)很少能看到手機屏幕上的黑線了。

　�。ú虏�“視網(wǎng)膜屏幕”的定義是什么？對了，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了這個問題，估計你們也看得膩了，樓主作為一個專業(yè)人員，今天要用全新的角度，重新闡述一下這個問題。

　　來來，祭出色彩學(xué)里的大殺器——CIE色度圖！

長這個樣子：

3. 大殺器——CIE色度圖

　　色度圖有時候我們開玩笑也叫它馬蹄圖，因為長得像個馬蹄印。。。

　　這個東東絕對是顏色科學(xué)里面的巔峰之作、終極武器，實在是居家旅行殺人越貨必備良藥。但其來歷又是十分的曲折，導(dǎo)致好多專業(yè)人士其實都沒有搞明白，樓主打算回頭單開一章講它的來龍去脈。

　　學(xué)會看色度圖，就像修煉內(nèi)功，雖然跟武功招式不怎么沾邊，但絕對是通向武林高手的必經(jīng)之路�，F(xiàn)在就別管它怎么來的，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現(xiàn)的顏色，都可以通過色品圖的坐標(biāo)標(biāo)注出來，不會超過這個范圍。所以在這個馬蹄圖的外圍是一片黑暗，意思是：沒有啦！

　　但是色度圖是一個二維的圖對不對？而色空間是一個三維空間，所以色度圖是不包含明度信息的。實際上，色度圖的坐標(biāo)，標(biāo)注的是RGB三原色之間的比例，也就是相對大小，不是絕對大小。白色和黑色對它來說坐標(biāo)一樣，所有低明度的顏色在色度圖上都沒有，這一點要注意。

　　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。

　　色度圖上任意兩點的色光混合，新生成的色光，其坐標(biāo)一定在兩點之間的連線上。哪一邊的信號強度大，就更靠近那一邊。嗯，大概就是這樣，誰勁兒大誰贏：

　　理解這幾條很重要。有了色度圖的幫助，原來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。反過來說，G和B的連線上所有的顏色，都可以由G和B混合實現(xiàn)。

　　那么，如果再添加一個R光，就會在色度圖上形成一個三角形對不對？這個三角形里的所有的顏色，都可以通過RGB三色的混合而形成。這不就是三原色加法色的原理？

　　這個三角形里的所有顏色，就是這個RGB顯示系統(tǒng)能得到的所有顏色，也就是我們說的色域。這個三角形面積越大，能顯示的顏色也就越多。因此，理論上說，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折中方案。

　　還有一種擴大色域的方案，就是增加一個原色，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。從樓主在實物上看的效果上說，的確很贊，不過當(dāng)然是貴╮(╯_╰)╭

　　另外，可不可以不用RGB做三原色呢？當(dāng)然可以，色度圖上其實可以隨便選出3個不在一條直線上的點，只要能形成一個三角形，而這個三角形還可以把白色區(qū)域包含進去，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，就是因為RGB可以實現(xiàn)色域的最大化。

--色相環(huán)--

　　在色度圖里面畫一個圈兒，是不是就是色相環(huán)了？

　　色相環(huán)可以視為一個簡化版的色度圖。

--補色--

　　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，C和R混合，可以形成白色，所以C和R是互補色。這也就是為什么我們說色相環(huán)上相對180°的顏色是互補色的原因。

　　由于白色其實是一片很大的區(qū)域，而不是一個點，所以互補色其實也不是唯一的，也是一片很大區(qū)域。

PS. 白色其實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！你們平時注意觀察一下，幾乎沒有一模一樣的白！相當(dāng)難搞，調(diào)色師的噩夢！回頭樓主要專門八一下。

--色差--

　　這就說到了色差，大家估計也被這個問題困擾了很久。

　　先說說RGB系統(tǒng)自己的色差來源。RGB三原色并不是唯一的。每一種顏色其實在色度圖上都不是一個點，而是一個面。所以RGB的坐標(biāo)其實有無數(shù)種選法。
　　事實上，由于材料工藝的限制，每一臺顯示器的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，做出來的東西，都不一樣！為什么呢？這個就跟種蘿卜似的，沒有哪兩個蘿卜長出來能一模一樣，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)，辦法無外乎就是，加錢。。。咳咳，其實就是前期控制原料，后期統(tǒng)一校準(zhǔn)什么的。但是這個也只能限于同一個品牌的情況下。不是同一個品牌的？你管的著么？

　　那么有沒有行業(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)常看到的，某某牌子的顯示屏色域達(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，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。

　　所以在以后的很長一段時間里，淘寶店主都會不厭其煩的告訴你，色差問題不退貨！你拿他一點辦法都沒有╮(╯_╰)╭

　　再來說說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，CMY和RGB的三角形，覆蓋的區(qū)域就是不一樣！無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）上看，而且需要用CMYK系統(tǒng)（打印機、印刷廠）出實物的時候，就要特別注意這一點，不要使用超出CMYK色域范圍的顏色。

當(dāng)然，深究起來，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)不一定在兩點之間的連線上，會拐彎的~~拐~~彎~~~

（這事兒比較費口舌，一時半會兒講不明白，先打個廣告，下下一章講CMYK系統(tǒng)~）

--24位色--

　　24位色，就是RGB通過不同比例配置出來的混合色。

　　讓我們先從最簡單的情況說起，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。這樣的混合色也被稱為中間色，因為位置在原色的中間。

　　進一步復(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的連線上有三個中間色。這些新的“點”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╮(╯_╰)╭其實再考慮到明度的因素，這個蜘蛛網(wǎng)本來應(yīng)該是三維的，上圖是三維的蜘蛛網(wǎng)在二維平面的投影。但是樓主怎么也沒找到CIE的三維圖，就算找到了，這個二維圖都畫得要吐血了，三維的圖樓主其實也沒什么信心能畫出來。。。大家將就看了~

　　RGB三原色在開和關(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“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)從一開始的2位色，到4位色，到8位色，不停的向上升級，一直到24位色。

　　這個N位色的N，由RGB三種原色可以控制的狀態(tài)數(shù)（以二進制的位階計數(shù)）的總和來決定。所以24位色，也就是R、G、B這三種顏色，在計算機內(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，指的是每一個像素的顏色信息在計算機內(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)。是同一個東西，只是描述的角度不同。

----24色夠用了嗎？

　　一般而言，人眼對色相的分辨能力在180種左右。對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別能力是不一樣的，紅色能識別約25級，而黃色只能識別4級。按飽和度平均識別10級算，人眼能識別的顏色數(shù)為180×600×10=1080000種。

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

　　但總的來說，16M色對人眼的識別能力來說，足足的夠用了。采用了16M色的顯色系統(tǒng)后，原來的過度色出現(xiàn)“色帶”問題的情況基本絕跡。這說明顯色系統(tǒng)顯示的顏色已經(jīng)足夠精細(xì)，完全可以實現(xiàn)顏色的平滑過度�，F(xiàn)在我們看到的“色帶”問題，幾乎可以肯定的說是圖像本身的問題，而不是顯色系統(tǒng)的問題。

那么問題來了，我們還要32位色來干什么呢？

呼~好多字了~

今天就到這里，我們下次再見~