量化颜色

量化颜色 全球有数十亿台显示器可以根据指示再现完全相同的颜色。这本身就是一个工程奇迹，但它掩盖了这样一个事实：只有首先有颜色的标准定义，这才有可能实现。早些时候，颜色是使用一组有限的单词来松散定义的——大多数语言最多有 12 个单词来描述颜色。这些宽松的定义在大多数情况下都很好，但对于描述准确颜色再现所需的相似外观颜色之间的微小差异来说还不够精确。相同的名称，不同的颜色 上面的彩色矩形显示了上图中出现的一些颜色。尽管颜色不同，但所有颜色都可以用同一个标签来描述——绿色。有人可能会说，它们可以被标记为石灰绿、橄榄绿、浅绿、深绿等，以产生一些区别。但这个命名系统仍然笨重且效率极低。为了准确地显示上面的图像，需要有一种方法来唯一地描述所有不同的绿色深浅，而不需要求助于不断增长的标签列表。图片来自Pixabay，CC0 下。与其将颜色映射到可能数百万个标签，不如使用编号单位要简单得多——然后只需使用更多或更少的数字即可实现所需的精度。将颜色映射到数字的想法可能看起来很奇怪，但并不是太牵强。大多数可测量的物理现象已经被量化（例如距离、温度等）。因此，如果颜色可以物理测量，理论上应该很容易将它们映射到数字。使用数字定义颜色也会引发有趣的问题：颜色的加法或乘法是什么样子的？量化颜色的过程还将揭示为什么颜色十六进制代码即使有 16,777,216 个值也无法显示足够的颜色，以及裙子如何成为互联网上的争论，以及为什么存在色盲。光谱功率分布 目标是将颜色作为某种物理实体进行测量。不幸的是，颜色是一种主观现象。然而，大多数人都能对某物的颜色达成一致这一事实表明，它至少必须有一些客观和物理的东西。确实有。颜色只有在有光的情况下才可见，这为了解颜色是什么提供了巨大的线索。光很复杂，但它可以被认为是一堆波状粒子，称为光子，每个粒子都携带一定量的能量。这些粒子的能量由它们的波长或频率决定。波长 光子表示 以上是对光子的解释，不一定准确。光子的确切形状很难描述，因为光子同时表现出粒子和波状行为。尝试将光子同时视为粒子和波可能会很快变得非常棘手。电磁频谱 存在具有不同能量（或波长）的光子。不同波长的光子共同形成电磁波谱。它只是全范围光子能量，按波长或频率排序。上述波长并非按比例绘制。光子携带的能量可以进行物理测量，因此量化光变得很简单。然而，为了简化不同类型光之间的比较，能量测量值被标准化为每单位时间的功率，然后标准化为每单位面积的强度——其中面积是辐射光子/光的身体的总面积。因此，可以使用单一强度值来量化光源。然而，出于稍后将变得更加明显的原因，光实际上是使用多个强度值来表示的——通过分别测量不同波长的光子的强度。每波长强度分布称为光谱功率分布。 450nm 光子 500nm 光子 550nm 光子 600nm 光子 650nm 光子 光谱功率分布 以上是光谱功率分布的示例。每个波长的强度取决于该波长的光子数量和该波长的光子能量。光子的能量与其波长成反比，因此上面显示的波长较短的光子对于相同数量的光子具有较高的强度。光谱功率分布提供了一种量化光的方法。但这一切都是无关紧要的，除非有一种定量的方法来定义颜色和光谱功率分布（光）之间的关系。感光细胞 发现这种关系的最大线索是相当明显的——没有光就不可能有颜色感知，但没有眼睛也是不可能的。眼睛对光很敏感，但更重要的是，它们对不同波长的光有不同的反应。了解眼睛如何区分不同波长