视频和图像基础:三原色

黄生 发表于 2022/04/12 11:48:29 2022/04/12
【摘要】 美术老师告诉我们,三原色就是红、黄、蓝。用这三种颜色的颜料,就能调出各种各样不同的颜色。而将这三种颜色同时混合,我们还会得到黑色的颜料。但是计算机老师说是RGB,红、绿、蓝,三者混合是什么颜色?白色。但后来也有人说三原色是青、品红、黄。其实,三原色分两种,一种是美术三原色,另一种则是色光三原色。美术三原色是指青、品红、黄,颜料越混合颜色越深,被称为减消型原色;而色光三原色则为红、绿、蓝,颜色...

美术老师告诉我们,三原色就是红、黄、蓝。用这三种颜色的颜料,就能调出各种各样不同的颜色。而将这三种颜色同时混合,我们还会得到黑色的颜料。

但是计算机老师说是RGB,红、绿、蓝,三者混合是什么颜色?白色。

但后来也有人说三原色是青、品红、黄

其实,三原色分两种,一种是美术三原色,另一种则是色光三原色。美术三原色是指青、品红、黄,颜料越混合颜色越深,被称为减消型原色;而色光三原色则为红、绿、蓝,颜色越混合却会越亮,也叫叠加型原色。(亮到不能再亮,就是白色的了)

美术三原色混合:青色(Cyan)、品红色(Magenta)、黄色(Yellow)


色光三原色混合:红色(Red)、绿色(Green)、蓝色(Blue)

从本质上来说,我们能看到东西是因为看到了光。而光是一种电磁波,人眼能感知的大约只有400nm至700nm范围内的电磁波。这部分电磁波谱也被我们称为可见光谱。
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当可见光入射到我们双眼的视网膜上,视锥细胞就会被激活,并将信息传播给大脑。人类视网膜上共有三类视锥细胞,也被称为三色视觉。而视锥细胞中的视蛋白能通过探测不同波长的电磁波,感知红、绿、蓝三种颜色。按照吸收光谱不同,视锥蛋白可以进一步分为长波敏感视蛋白(红)、中波敏感视蛋白(绿)和短波敏感视蛋白(蓝)。

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鸟类是四色视者,它们眼中的四种视锥细胞。除了红色、绿色、蓝色以外它们还能看到人类看不到的紫外线。

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从左往右:人类看到的、只有紫外线视觉看到的、鸟类看到的。图片来源:Klaus Schmitt, Weinheim, Germany

早在17世纪,23岁的牛顿利用墙上的小孔,把室外的阳光引入室内,并入射在自制的三棱镜上。经过三棱镜的折射,阳光被分解为一道连续的彩色光谱。而这便是著名的色散现象。从那时候起,人类就开始寻找色光中的原色了。而所谓原色,正是指不能透过其他颜色混合调配而得出的“基本色”。

当时,牛顿率先将自然光分成七种单色光。而这也成了约定俗成——彩虹是由赤橙黄绿青蓝紫这七色组成的。但从科学的角度来说,我们并不能说一道彩虹就是七色的,它其实是一道连续的光谱。这也是我们亲眼见到彩虹时,却总是数不对颜色的原因之一。
一开始,牛顿是将这道光谱分成11种颜色的。但他很快就把11改成了7,原因可能7刚好对应着7个音阶,以及炼金术中的7种金属和7个步骤。所以说,这个决定是比较顺手拈来的。其实,只要你能用肉眼能分辨相邻两色之间的差异,这个连续的光谱,分成7种单色或是11种单色,又或是几十种单色都是可行的。
在之后,经过多次实验牛顿还发现了一个重要规律:当混合红、绿、蓝这三种颜色时,就能得到白光。而且,这三种颜色还可以调配出各种颜色,但其他的颜色却无法调配出这三种颜色。这与科学家两百年后探知的人类三种视锥细胞对颜色的敏感度也是一致的。而这也对应着我们所说的光学三原色。

不过,在现实生活中更多的是复合光。与颜料调色类似,我们的视觉系统能综合这些接受到的各频段的波长和比例,最后形成对复杂颜色的感知。

颜料中红、黄、蓝三原色又是怎么来的?
我们所存在的世界,可分为两种物体。一种是自身可以发光的,另一种则自身不能发光的。例如最大的光源便是太阳,另外电脑屏幕、手电筒等通电了也能自行发光。这些光入射到我们眼内,我们便能感知颜色。我们在电视画面中看到的五颜六色,就是由光学三原色混合调配而成的。此外,在电脑里我们也一直用RGB(Red、Green、Blue)这三个数值的大小来标识颜色。
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我们要怎么看到那些自身不发光的物体?这就需要依赖物体对光线的反射了。例如一朵红花之所以为红,正是因为它们吸收绿色和蓝色范围内的光谱,并反射红色的光谱。
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理论上来说,只要吸收掉所有的入射光,人类就无法看到该物体的存在了。2014年时,有科学家就研究出了一种可吸收99.956%入射光线的材料,打造出了目前世界上最黑的材料。
而颜料本身也是不发光的,它们显色的原理也是反射光线。因此,颜料的三原色也必须可以对应吸收红、绿、蓝这三种光学三原色。事实上,美术的三原色与色光三原色就互为补色。

如果用电脑中的RGB值表示,光学阵营中,红色的RGB值应该为(255,0,0)。那么它在美术阵营中对应的原色则为(0,255,255),这颜色正是青色。另外,光学中的绿(0,255,0)和蓝(0,0,255)则对应着美术中的品红(255,0,255)和黄(255,255,0)。
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据此,我们最后也得出了美术的三原色为青色、品红色、黄色。而美术的三原色也被称为消减型原始,混合这三种颜色的颜料会得到更暗的颜色。

我们从小学的颜料三原色不该是红黄蓝吗?到这这里怎么又变成青品黄了?这实际上是一个历史遗留问题,由知识的迭代引起。受牛顿实验的启发,艺术家Jacob Christoph Le Blon根据经验也开发出了属于颜料的三原色,并用于印刷。也即我们所知的红、黄、蓝三色。他发现这三种颜色,可以调配出绝大多数人们想要的颜色。而在这之后,红黄蓝便成了美术三原色被世人所认同,甚至流传至今。
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Le Blon在书中描述的三原色模型
随着技术的发展,科学家才根据人眼的生理特征,也即对红、绿、蓝光线敏感的特性,确定了美术的三原色应该为青色、品红色、黄色,并广泛应用于印刷业。例如,事实已经证明,品红加黄就能调出大红色,但用旧的美术三原色,却无法调出品红色;青加品红可以得到蓝色,但蓝色怎么混合都无法得到纯正的青色等。
那为什么这种过时的美术三原色还能流行这么久?事实上,三原色的选取其实是可以任意的。而不同的三原色选取,也只是能调配出的颜色丰富度的问题。此外,说三原色可以混合创造出任何色彩也是不对的。因为无论如何谨慎地选择三原色,都很难创造出所有的色彩。
或许正是这个原因,旧的美术三原色才得以流传,并难以引起大众的觉察,毕竟用红黄蓝三色颜料能调配出的颜色就已经不少了。
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原贴地址:https://zhuanlan.zhihu.com/p/82225495 谜之三原色:你说的三原色究竟是哪三种颜色?

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