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【科普】顏色的奧秘:為何僅用三個原色無法還原完整的色彩世界?

奈米 | 2023-06-01 02:10:33 | 巴幣 1002 | 人氣 258

我相信這張圖大家應該都不陌生:
這是BT.2020 (Rec. 2020)標準使用的色彩空間,在不使用虛擬顏色的前提下,是常用標準中最涵蓋範圍最大的色彩空間。

他使用紅630nm ,綠532nm,藍467nm,三種純的單色光為原色,進行加法混色得出。

而在三角形外的馬蹄形稱為:CIE 1931色彩空間,是普通人類能看見的所有顏色(放棄吧,你在螢幕上不可能看出綠色的差異的)(就像這段字一樣)



以紅綠藍三種顏色的光,僅僅只能混合出三角形內的顏色
相信各位都聽過這句話:人有三種視錐細胞,它們對三種原色有不同的敏感度,將三種視錐細胞的響應進行線性疊加,重現所有色彩。
這是錯的
忽略了一件很重要的事情 " 視錐細胞對頻率的響應範圍有重疊 "

基於格拉斯曼定律我們可以使用線性代數來解釋這個問題
先看視錐細胞對不同波長的電磁波的響應圖
以420、534、564nm三個波長的光做為原色,是否可以還原波長為500nm的顏色呢?
420nm的電磁波對三種視錐細胞的響應為:[100,35,35],比例為a
534nm是:[0,100,85],比例為b
564nm是:[0,80,100],比例為c
500nm是:[15,80,55],是目標顏色
寫成矩陣形式
      
MV = y ,這是色彩的線性疊加
V=(M^-1)*y
唯一解為:[0.1500,1.0922,-0.4309]
V中的元素出現了負值,代表此顏色無法被該三原色合成

因為各個視錐細胞對頻率的響應範圍有重疊 且 色調強度不能為負值
所以有些顏色對於三個視錐細胞的刺激,是無法被其他顏色"組合"出來的

你也可以自行多試試幾種不同的原色


結論:
只用三種顏色無法合成出能看見的所有顏色

如果要顯示所有顏色的話,必須使用更多種頻率的光進行混合(無限多個原色),或用頻率可連續調整的單色光合成

參考文獻:
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