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今天我们不搞科研,来搞颜色

2020-11-30  lindan9997

中科院物理所

中科院物理所官方账号。爱上物理,改变世界。昨天 21:13

  可能不少朋友都遭受过这样的灵魂拷问,Dior 999 和 M·A·C RUBY WOO 哪个颜色更像正红色?本着一颗探索真理的初心,小编打开了某D官网对口红色号进行调研。

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  看完这个色卡我相信很多小伙伴都快不认识红色了…

  大家可能会发现,即使在已知颜色的情况下也很难在相近的颜色中精准找到相应的颜色,这是因为人眼辨别色彩人脑记忆色彩的能力都是有限的,这给我们分辨不出口红色号提供了实验依据

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  。大家可以做一个色彩辨识度测试(戳链接)看看自己的眼睛色差辨识度到底是什么水平。在小编的多次努力下,终于获得了:

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  人眼究竟是怎么识别颜色的呢?其实这与人类眼球视网膜(Retina)上的视锥细胞(Photoreceptor cell)有关。视锥细胞是视细胞的一种,因树突为锥形而得名(如下图所示)。每只眼球上大约有600-700万个视锥细胞,它们主要负责颜色识别,并且在相对较亮的光照下更能发挥作用。

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  视锥细胞分布示意图 | 来源:aao.org

  人眼中通常有三种类型辨别颜色的视锥细胞,它们对于不同波长的光响应强度是不同的。下图是三种视锥细胞对不同波长光的响应强度曲线,L型视锥细胞长波长的光响应最大,峰值波长约为 560 nm(对应黄绿色);M型视锥细胞中波长的光响应最大,在~530 nm(对应绿色)处达到峰值;S型视锥细胞短波长的光响应最大,在~420 nm(对应蓝紫色)处达到峰值。

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  不同视锥细胞对不同波长光的响应强度 | 来源:wiki

  不过人类视锥细胞的峰值响应因人而异,即使在具有正常彩色视觉的个体之间也是如此,范围一般分别在 564–580 nm,534–545 nm和 420–440 nm附近,因此这三个波峰对应的光并不完全与特定的颜色对应,人体对颜色的感知是由大脑根据激活的视锥细胞的强度、数量以及比例计算出得到的,视觉信号复合后为人呈现了色彩缤纷的世界。简单说来,颜色是大脑想让你看到的,或者说是你脑补出来的,你看到的正红色和我看到的正红色也不一定是一样的,这也不能怪我们识别不出口红色号了。

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  基于三种视锥细胞对不同波长的光有着不同的响应强度,科学家们分别取S型视锥细胞的最大感光波长435.8 nm的光(B),M型视锥细胞的最大感光波长546.1 nm的光(G),和仅能激活L型视锥细胞的波长700 nm的光(R)作为色光三原色,尽管这三种视锥细胞的最大感光波长的颜色并不直接对应着红色、绿色、蓝色,但它们经常被简单描述为红色感受器、绿色感受器和蓝色感受器。

  蓝色、绿色和红色光的强度、数量按一定比例混合可以呈现各种光色,这便是混色原理。混色原理不是出于物理原因,而是由于生理原因造成的。视锥细胞被混合波长的光刺激时,视锥细胞的响应强度可以通过对单个波长的在视锥细胞上的刺激强度叠加得到。混色原理是利用大脑强制视觉生理模糊化(失焦),将红绿蓝三原色子像素合成为一色彩像素,产生感知色彩,但其实这个颜色并非加色法所产生的合成色彩,因为三原色光从来没有重叠在一起,只是人类为了“想”看到色彩,大脑强制眼睛失焦而形成。简而言之,是你的大脑根据红绿蓝三个色光不同比例混合后脑补了五颜六色。

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  加法混色原理 | 来源:wiki

  由于人眼对于颜色的响应机制,才使得绿这三种颜色脱颖而出,称为原色。通过调节三原色的比例,基本能拟合出与各种频率的可见光等效的色觉,因此彩色显示屏可以应用加法混色原理,以RGB 三原色作为子像素,每三个颜色一组构成一个像素,由多个像素构成整个彩色画面,这大大减少了其所需的LED灯种类。

  一般常用的LED灯发射的波长为:红光 615~620 nm绿光 530~540 nm蓝光 460~470 nm。现在有些新的显示器模式,加入了黄光LED,约为 580 nm,使得暖色区的颜色区分更加明显,看起来更加鲜艳。这种RGB设置虽然会一定程度上导致视锥细胞串色,但是却能更大程度上地激活视锥细胞,从而降低显示器所需的光强度,因此RGB色彩模型仅仅是用以表达颜色的一个方便的方式,而不是直接基于人眼中的视锥细胞类型。

  显微镜下的手机屏

  显示器大都是采用了RGB颜色标准,在RGB色彩模式中,红、绿、蓝三个颜色通道每种色各分为256级亮度,在0时“灯”最弱,电源是关掉的;而在255时“灯”最亮。当三色灰度数值相同时,产生不同灰度值的灰色调,三色灰度都为0时,是最暗的黑色调;三色灰度都为255时,是最亮的白色调。按照计算,256级的RGB色彩总共能组合出256×256×256=16777216种色彩。有人可能想通过这种方式简单计算出口红到底有多少种颜色,小编私底下认为还是太天真了…

  下次再遇到口红什么色号好看这种人生难题,你只需要知道

  答案

  她说得都对

  参考资料:

  [1] 视锥细胞 | 维基百科[2] 手机屏幕放在显微镜下会看到什么?| 知乎 

  [3] 红绿蓝三原色在光谱中是特殊值吗?| 知乎

  [4] 三原色光模式 | 维基百科

  [5] 以上色块颜色均取色于其官网或logo

  [6] 绝对色感の挑战 2.0:来 搞 颜 色

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