颜色视觉趣谈
人类的颜色视觉
人类亮视觉主要依靠集中在黄斑区域的视锥细胞, 按其感受波长的长度分为L/M/S型, 其敏感波长和数量占比是: 参考
| 视锥细胞类型 | 敏感波长 | 敏感色 | 数量占比 |
|---|---|---|---|
| S型 | 437nm | 蓝色 | 2% |
| M型 | 533nm | 绿色32% | |
| L型 | 564nm | 黄绿色 | 64% |
哈哈, 想不到吧, L型看到的564nm其实是黄绿色!可是大多数文章都将L型视锥细胞敏感波长说成是红色! 如下图, 正好处在黄色和绿色的边界.
从波长上看, M和L只差了31nm, 其实是距离很近的. 而S型和和M型相差96nm. 从生物演化角度, M型也是从L型演化出来的.
色盲最多的也是红绿色盲, 也就是红绿无法分辨. 我猜测是L和M细胞缺少分化这一步导致的.
还有就是, S型细胞出奇的少, 不知这和蓝光容易损害黄斑区是否有一定关系,也就是不清楚对蓝光敏感的细胞容易受损还是不敏感的容易受损.
显示器颜色
显示器颜色的红绿蓝, 我测试了一下我的手机屏幕, 峰值分别为458/522/620nm. 其中蓝色和绿色间隔64nm, 绿色和红色间隔98nm.
这个奇怪的是和视锥细胞敏感色并不一致.
| LED | 波长 | 与视杆细胞敏感波长距离 |
|---|---|---|
| 蓝 | 458nm | +21nm |
| 绿 | 522nm | -11nm |
| 红 | 620nm | +56nm |
三原色
参考: https://www.kxting.com/article/20221114/949298.html
由国际照明委员会（EIC）定义，选择红色（波长λ=700.00nm），绿色（波长λ=546.1nm），蓝色（波长λ=438.8nm）三种单色光作为表色系统的三基色。其中R（red）、G（Green）、B（Blue）分别是红绿蓝的英文首字母。
三原色|波长|与视杆细胞敏感波长距离
--|--|
B | 439nm |+2nm
G | 546nm |+13nm
R | 700nm |+136nm
可见也是有很大差异.
这个标准三原色, 经过人的视锥细胞, 是否能看到所有的色彩(380~780nm)呢? 这就和色度图联系起来了, 参考https://www.jianshu.com/p/213e4500dbea
色度图只有x,y两个坐标, 怎么对应RGB三个值? 那当然就是相当于把亮度取消了. 怎么取消? 把RGB值归一化处理, 让R+G+B=1就可以了,也即是只表示一个颜色中RGB分别所占的比例, 而不考虑其强度.
要让RGB对应可见光380~780nm的所有颜色, 数学上可能,实际上不可能, 为什么? 因为需要R是负值, 用r/g的平面图表示如下:
为了在图上再次归一化, 也就是x,y坐标取值在0~1之间, CIE发明了x/y/z和RGB的换算关系, 这样就把上面的马蹄挤到了1x1的方框里,就得到了经典的马蹄图CIE1931
马蹄的上沿一圈就是光谱的波长, 当然不是均衡分布的. RGB三个波长组成的三角, 就是显示器能显示的范围了. 嗯, 这个图要在显示器上显示, 我想一定是失真的了.
至于为什么用视锥细胞的敏感波长反而不能组合出完整的色彩感受, 还需要进一步的研究.