科普第1篇——计算机的色彩

这篇文章的主要内容
1、色彩的本质
2、三原色及其原理
3、常见的色彩表示

色彩是什么？
小学都学过，白光可以被分解为彩色的光。色彩本质上就是不同波长的光。如红色波长大约是630～750纳米，蓝色大约是450～480纳米。可见光就是各种不同色彩的光，其中人们最容易识别的是七种：红橙黄绿蓝靛紫（或：红橙黄绿青蓝紫）。
[图1 不同波长的可见光组成一条连续的光谱]
 [附件]
物体的颜色，是由于物体发出或者反射某种或某几种波长的光。
白色并不是一种颜色，就像上面说的，白色是由多种颜色的光复合而成的。而研究表明，最少只要两种色彩的光复合就可以产生白色，这些成对的色彩就叫做互补色。
[图2 不同颜色的可见光波长及其互补色]
 [附件]
学过作图的对互补色一定不陌生，HSV取色用的色轮中，相对的颜色就是互补色。
[图3 色环]
 [附件]
人们对色彩的区别不光是波长，还有亮度也会影响人的视觉感受，这在计算机上被称为灰阶。如灰色系最亮的是白色，最暗的是黑色。

美术课上都学过“三原色”，也就是红黄蓝，这其实是消减型三原色。其原理和颜料的特性有关。因为颜料反射光不是某个波长，而是一个波长范围。当两种颜料混合时，各自主要反射的波长被对方吸收，这时共同反射的波长就变得明显了，从而产生了别的颜色。
其实在印刷上并不用红黄蓝的三原色，而是使用青（Cyan）、品红（Magenta，也有称为洋红）、黄（Yellow）作为三原色，由于三原色混合的黑色不纯，实际上是浊褐色，因此额外加入了黑色。这就是CMYK色彩空间（K代表black）。
[图3 CMYK色彩]
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而计算机显示上常用的色彩空间是RGB，即红（Red）、绿（Green）、蓝（Blue），被称为“叠加型三原色”。这又是什么原理呢？
[图4 RGB色彩]
 [附件]
其实红光和绿光再怎么混合，也不可能产生波长完全不同的黄光。这其实是与人的视觉有关的。
人的视网膜上有三种细胞（视锥细胞），不同波长的光对不同细胞的刺激不同，经过大脑的分析之后产生色彩的感觉。而红光和绿光共同产生的刺激，与黄光单独产生的刺激一样，因此大脑将红光与绿光的混合光识别为黄光。所以，如果人的视觉系统是完全不同另一种，那么三原色也就不是红绿蓝了。
RGB色彩中，红绿混合产生黄色、红蓝是品红、蓝绿是青色，看出什么了？对，就是CMYK的三原色。
说到RGB就不得不提sRGB色彩空间，这是微软和惠普提出的，并得到了广泛的支持。sRGB规定了红色、绿色、蓝色的最亮的灰阶的色彩，这样才能分出其他灰阶，也才能表示色彩。但是sRGB的表示的色彩范围不够大，甚至还没有印刷用的CMYK的能表示颜色多。学过作图的都应该知道另一种色彩空间：Adobe RGB，这是专业领域常用的。

那色彩怎么表示呢？
计算机使用二进制来表示数据的，色彩也不例外。二进制的位数被称为“位”（bit，也有称为“比特”），如101100就是六位数，即6bit。8bit就是1字节（Byte），比如一个32字节数据就是256位二进制数。
现在常见的都是24位色，红绿蓝每种色彩8位，表示从最亮到最暗的256级灰阶。其他颜色就是由不同灰阶的这三种色彩组合而成的。
因为二进制数不便于记忆，于是就用十进制或者十六进制数来表示。
网页标准的制定者W3C规定了一种十六进制的表示方式，如#FF0000，每两位表示一种颜色，红色是FF（最亮），绿色和蓝色都是00（最暗），这种颜色就是红色。#FFFFFF是白色，#000000是黑色。
因为人的色彩辨识能力有限，24位色的16,777,216种色彩已经远远超过人类所能识别的数量了，可以认为24位色就能表示一切色彩了，因此24位色又被称为“真彩色”。
有的地方看到32位色，这又是什么呢？多出来的8位其实是表示透明度的，称为Alpha通道，所以其实表示色彩的还是24位。
还有16位色，这是红蓝两种色彩有5位（32级灰阶），而由于人眼对绿色比较敏感，因此绿色有6位（64级灰阶）总共65,536种颜色，16位色又叫做“增强色”。也有的16位色是15位色（每种色彩5位）加上1位表示透明度的。
还有一种256色，256色图片（如GIF）都有一个“调色板”，其中有256种颜色，用8位二进制数来一一对应。每种颜色都可以是真彩色中的任一种，但是一幅图中最多只能有256种颜色。
除此之外还有4位色（又称为“16色”），2位色（4色），以及单色（黑白），由于不常见而且稍微想想都知道什么意思，所以就不介绍了。