加法三原式是什么

小嘿 QA 2020-04-25 14:44:02 阅读(...)

所谓“加法三原式”(additive three primaries),是指RGB模式下,RGB是指红绿蓝三原色,任何一种颜色都是这三种原色相加可以得到的。

所谓“加法三原式”(additive three primaries),是指 RGB 模式下,RGB 是指红绿蓝三原色,任何一种颜色都是这三种原色相加可以得到的。

加法三原式是什么

简介

实际上应该叫做“色光三原色”或“发光三原色”。

白光是由色光组成的,各种发光体的的颜色可以由三种基本颜色组成,即“色光三原色”——红、绿、蓝。

透明体的颜色,是由允许投过的光的颜色决定的,如红色玻璃允许通过的色光是红色。

不透明体的颜色是由反射光的颜色决定的。

反射光的颜色也可以由三种基本色光组成,即为“颜料三原色”或“减法三原色”——红、黄、蓝。

加法混合是指色光的混合,两种以上的光混合在一起,光亮度会提高,混合色的光的总亮度等于相混各色光亮度之和。色光混合中,三原色是红、绿、蓝。这三色光是不能用其它别的色光相混而产生的。而:

红光+绿光=黄光

绿光+蓝光=青光

蓝光+红光=紫光

黄光、青光、紫光为间色光。

如果只通过两种色光混合就能产生白色光,那么这两种光就是互为补色。例如:红色光与青色光;绿色光与紫色光;蓝色光与黄色光。

发现

发现著名的力学三定律的十八世纪伟大科学家艾萨克·牛顿(Issac Newton),不但在力学方面功勋卓著,同时也为享受摄影乐趣的后人们留下了宝贵财富,即,光学色彩论。他奠定了近代色彩研究的科学基础。

牛顿发现了光的色彩奥妙,经过系统观察及研究实验,最终确认:当一束白光通过三棱镜时,它将经过两次折射,其结果是白光被分解为有规律的七种彩色光线。这七种色彩依次为:红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫,且顺序是固定不变的。这也就是人人们常说的“七色光”。而这七种光线经过三棱镜的反向折射之后,又会合成一束白光。于是,1666 年牛顿发表学说——“色彩在光线中”。牛顿的三棱镜试验,就是后来为人熟知的著名的“棱镜色散实验”。这一研究成果,也是牛顿身后数十年,德国大文豪歌德长期以来所极力驳斥的“光谱理论”。

推论

发现光的色散奥妙之后,牛顿开始推论:既然白光能被分解及合成,那么这七种色光是否也可以被分解或合成呢?于是,纷繁的实验和不停的计算充斥着他日后的生活。一段时间后,牛顿通过计算,得出了一个结论:七种色光中只有红、绿、蓝三种色光无法被分解,于是也就谈不到合成了。而其他四种色光均可由这三种色光以不同比例相合而成。于是红、绿、蓝则被称为“三原色光”或“色光三原色”(注意,这有别于我们熟知的三原色“红黄蓝”)。牛顿通过计算得出上述结论后,未能完成实验,便与世长辞。牛顿死后的若干时日之后,他的学生们终于完成了他未完成的实验,配以牛顿生前的计算,从而使光学色彩论正式亮相。

实验证明:

1、红、绿、蓝三种色光无法被分解,故称“三原色光”。

2、等量的三原色光相加为白光,也就是说,白光中含有等量的红光、蓝光和绿光。

3、三原色光中任意两种色光等量相加,则成为三原色光中另一种色光的互补色光。即:等量的红光+绿光=黄光,互补于蓝光;等量的红光+蓝光=紫光(比较亮的紫),互补于绿光;等量的绿光+蓝光=青光,互补于红光。如果三原色光中某一种色光与某一种三原色光以外的色光等量相加后形成白光,则称这两种色光为互补色光。互补色光之间,能够形成相互阻挡的效果。于是可知以下三对互补色光:黄光与蓝光、红光与青光、绿光与紫光。

4、减法三原色“黄、品红、青”,称为“三原色素”

定理:

颜料三原色与色光三原色规律不同!

透明体的颜色是由它本身的色光决定,不透明体的颜色由他反射的色光决定

确定

色光三原色的本质是三原色具有独立性,三原色中任何一色都不能用其余两种色彩合成。另外,三原色具有最大的混合色域,其它色彩可由三原色按一定的比例混合出来,并且混合后得到的颜色数目最多。

在色彩感觉形成的过程中,光源色与光源、眼睛和大脑三个要素有关,因此对于色光三原色的选择,涉及到光源的波长及能量、人眼的光谱响应区间等因素。

从能量的观点来看,色光混合是亮度的叠加,混合后的色光必然要亮于混合前的各个色光,只有明亮度低的色光作为原色才能混合出数目比较多的色彩,否则,用明亮度高的色光作为原色,其相加则更亮,这样就永远不能混合出那些明亮度低的色光。同时,三原色应具有独立性,三原色不能集中在可见光光谱的某一段区域内,否则,不仅不能混合出其它区域的色光,而且所选的原色也可能由其它两色混合得到,失去其独立性,而不是真正的原色。

选择红绿蓝的生理原因

三原色的原理不是出于物理原因,而是由于生理原因造成的。人的眼睛内有几种辨别颜色的锥形感光细胞,分别对黄绿色、绿色和蓝紫色(或称紫罗兰色)的光最敏感(波长分别为 564、534 和 420 纳米),如果辨别黄绿色的细胞受到的刺激略大于辨别绿色的细胞,人的感觉是黄色;如果辨别黄绿色的细胞受到的刺激大大高于辨别绿色的细胞,人的感觉是红色。虽然三种细胞并不是分别对红色、绿色和蓝色最敏感,但这三种光可以分别对三种锥形细胞产生刺激。

不同的生物眼中辨别颜色的细胞并不相同,例如鸟类眼中有四种分别对不同波长光线敏感的细胞,而一般哺乳动物只有两种,所以对它们来说只有两种原色光。

既然“三原色的原理不是出于物理原因,而是由于生理原因造成的”,那么前段所说的“用三种原色的光以不同的比例加和到一起,形成各种颜色的光”显然就不大合适。使用三原色并不足以重现所有的色彩,准确地说法应该是“将三原色光以不同的比例复合后,对人的眼睛可以形成与各种频率的可见光等效的色觉。”只有那些在三原色的色度所定义的颜色三角内的颜色,才可以利用三原色的光以非负量相加混合得到。

例如,红光与绿光按某种比例复合,对三种锥状细胞刺激后产生的色觉可与眼睛对单纯的黄光的色觉等效。但决不能认为红光与绿光按某种比例复合后生成黄光,或黄光是由红光和绿光复合而成的。

非线性

由于 gamma 校正,在计算机显示设备上的颜色输出的强度通常不是直接正比于在图象文件中 R, G 和 B 值。就是说,即使值 0.5 非常接近于 0 到 1.0(完全强度)的一半,计算机显示器在显示 (0.5, 0.5, 0.5)时候的光强度通常(在标准 2.2-gamma CRT/LCD 上)是在显示 (1.0, 1.0, 1.0)时候的大约 22%,而不是 50%。

数值表示

一个颜色显示的描述是由三个数值控制的,他分别为 R、G、B。但三个数值位为最大时,显示为白色,当三个数值最小时,显示为黑色。

数值表示可以使用以下几种不同的方式:

从 0 到 1 之间可用的数来表示—-浮点从 0%到 100%—-百分比使用 0 到 255 之间的整数,八位数字表示,通常表示为十进制和十六进制的数值 高端数字图像设备通常会使用更大的整数来表示,比如 0 . . 1023(10 位),0 . . 65535(16 位)或更大 例如红色在不同方式下的表示
方式 RGB 表示浮点(1.0,0.0,0.0)百分比(100%,50%,0%)八位数字(255,0,0)或#FF0000(十六进制)十六位数字(65535,0,0)

几何表示

RGB 颜色模型映射到一个立方体上。水平的 x 轴代表红色,向左增加。y 轴代表蓝色,向右下方向增加。竖直

的 z 轴代表绿色,向上增加。原点代表黑色,遮挡在立方体背面。

颜色通常都是用三种成分来定义的,不仅 RGB 颜色模型是这样,其它比如 CIELAB 和 YUV 也是如此。于是便采用三维空间来进行描述,把三种成分的数值当做欧几里得空间中普通笛卡尔坐标系的坐标值。在 RGB 模型中使用 0 到 1 之间的非负数作为立方体的坐标值,将原点(0,0,0)作为黑色,强度值沿坐标轴方向递增到达位于对角线(1,1,1)处的白色。

一个 RGB 组合(r,g,b)表示代表一个给定颜色的点在立方体内部、表面或者边上的三维坐标。这种表示方法使得在计算两个颜色相近程度时只需简单计算它们之间的距离:距离越短颜色越接近。

计算机显示模式

16 色

在这种模式中有 16 种基本颜色,它们分别是:
RGBCMYKHSV 颜色代码 MS-DOS 对应代号颜色名称(255, 0, 255)(27, 82, 0, 0)(300°, 100%, 100%)#FF00FF13 亮紫色(0, 0, 255)(88, 77, 0, 0)(240°, 100%, 100%)#0000FF9 蓝色(0, 255, 255)(52, 0, 13, 0)(180°, 100%, 100%)#00FFFF11 青色(0, 255, 0)(63, 0, 100, 0)(120°, 100%, 100%)#00FF0010 绿色(255, 255, 0)(6, 0, 97, 0)(60°, 100%, 100%)#FFFF0014 黄色(255, 0, 0)(0, 99, 100, 0)(0°, 100%, 100%)#FF000012 红色(128, 0, 128)(61, 100, 14, 3)(300°, 100%, 50%)#8000805 紫色(0, 0, 128)(100, 98, 14, 17)(240°, 100%, 50%)#0000801 深蓝色(0, 128, 128)(86, 31, 49, 8)(180°, 100%, 50%)#0080803 鸭绿色(0, 128, 0)(87, 24, 100, 13)(120°, 100%, 50%)#0080002 深绿色(128, 128, 0)(51, 36, 100, 13)(60°, 100%, 50%)#8080006 橄榄色(128, 0, 0)(29, 100, 100, 38)(0°, 100%, 50%)#8000004 栗色(0, 0, 0)(75, 68, 67, 90)(0°, 0%, 0%)#0000000 黑色(128, 128, 128)(52, 43, 43, 8)(0°, 0%, 50%)#8080808 灰色(192, 192, 192)(25, 20, 20, 0)(0°, 0%, 75%)#C0C0C07 银色(255, 255, 255)(0, 0, 0, 0)(0°, 0%, 100%)#FFFFFF15 白色

16 比特模式

16 比特模式分配给每种原色各为 5 比特,其中绿色为 6 比特,因为人眼对绿色分辨的色调更精确。但某些情况下每种原色各占 5 比特,余下的 1 比特不使用。

24 比特模式

每像素 24 位(比特 s per pixel,bpp)编码的 RGB 值:使用三个 8 位无符号整数(0 到 255)表示红色、绿色和蓝色的强度。这是当前主流的标准表示方法,用于真彩色和 JPEG 或者 TIFF 等图像文件格式里的通用颜色交换。它可以产生一千六百万种颜色组合,对人眼来说其中很多已经分辨不开。

下图展示了 24 bpp 的 RGB 立方体的三个“完全饱和”面,它们被展开到平面上:

(0, 0, 0)是黑色

(255, 255, 255)是白色

(255, 0, 0)是红色

(0, 255, 0)是绿色

(0, 0, 255)是蓝色

(255, 255, 0)是黄色

(0, 255, 255)是青色

(255, 0, 255)是紫色
黄色  (255,255,0)绿色  (0,255,0)青色  (0,255,255)红色  (255,0,0)蓝色  (0,0,255)
白色

(255,255,255)
红色  (255,0,0)紫色  (255,0,255)
上述定义使用名为“全值域” RGB 的约定。颜色值也经常被认为是取值于 0.0 到 1.0 之间,这可以被映射到其他数字编码。

使用每原色 8-比特的全值域 RGB 可以有 256 级别的白-灰-黑深浅变化,255 个级别的红色、绿色和蓝色(和它们的等量混合)的深浅变化,但是其他色相的深浅变化要少一些。由于 gamma 校正,256 级别不表示同等间隔的强度。

作为典型,数字视频的 RGB 不是全值域的。视频 RGB 是有比例和偏移量的约定,即 (16, 16, 16)是黑色,(235, 235, 235)是白色。例如,这种比例和偏移量用在了 CCIR 601 的数字 RGB 定义中。

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