从牛顿到现代显示：色彩空间的科学之旅

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@小白创作中心

从牛顿到现代显示：色彩空间的科学之旅

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https://www.cnblogs.com/edver/p/18699558

从牛顿的光谱实验到现代显示技术，色彩空间的发展历程见证了人类对光和颜色认知的不断深入。本文将带你走进色彩科学的世界，探索色彩空间的奥秘。

我们为何需要色彩空间？

一方面，光来自太阳或其他辐射源，被介质（水、大气、玻璃）折射，并被表面漫反射或镜面反射。另一方面，在这个世界上，颜色并不像光那样以有形的方式存在。

颜色是我们感知周围世界的一部分。光线进入眼睛，被光感受器（视锥和视杆）处理，然后通过视神经发送到大脑进行进一步处理和解读。光的波长不同，我们的眼睛和大脑将其解读为不同的颜色和强度。所以我们对颜色的感知是由亮度信息和色度信息两部分组成的。

颜色的命名带着人们走出了狭隘的颜色感知领域，进入了更大的文化和语言的解释和分类领域，从而进入了更大的哲学、美学、神学和形而上学的考虑。

颜色科学的黎明

1.1 牛顿的光谱实验（1666）

牛顿首次建立了光的波长与颜色的对应关系，并通过棱镜分解白光揭示了连续光谱。他将光带中的色光按照折射角度的大小划分为红（red）、橙（orange）、黄（yellow）、绿（green）、蓝（blue）、靛（indigo）、紫（violet）七个部分。进一步，牛顿让光带中每一种颜色的光分别通过遮光板上的小孔，在小孔后他使用另一个三棱镜试图对通过的单色光再进行分解，结果却是：通过小孔的单色光无法再被分解。牛顿由此得出猜想：白光不是一种纯色光，而是由各种不同的（无法再被分解的）单色光混合而成的。

为了验证这一想法，牛顿又设计了一种装置（图2），利用凸透镜将分解出的七色光重新混合，结果是又得到了白色光。至此，牛顿通过一系列实验，证明了太阳光（白光）并不是一种纯色光，而是由不同种类的单色光混合而成的。

牛顿这一科学论断和当时已流传上千年的观念是格格不入的。他预料会遭到科学界的反对，于是又做了一个很有说服力的实验。牛顿把这个实验称为“判决性实验”，如图 4 – 14。他拿两块木板，一块 DE 放在窗口 F 紧贴棱镜 ABC 处，光从 S 平行进入 F 后经棱镜折射穿过小孔 G，各种颜色以不同的角度射向另一块木板 de。de 离 DE 约 4 米远，板上也开有小孔 g，在 g 后面也放有一块三棱镜 abc，使穿过的光再折射后抵达墙壁 MN。牛顿手持第一块棱镜 ABC，缓缓绕其轴旋转，这样使第二块木板上的不同颜色的光相继穿 g 到达三棱镜 abc。实验结果是，被第一块棱镜折射得最厉害的紫光，经第二块棱镜也偏折得最多。由此可见，白光确是由折射性能不同的光组成。

1.2 托马斯·杨（1802）

托马斯·杨通过双缝干涉实验确定了光以波的形式传播，不同波长的光呈现不同颜色。他还发现人眼有感知三种不同波段颜色的视锥细胞。

1.3 杨-亥姆霍兹三基色理论（1852）

法国物理学家马略特（Mariotte）可能是最早提出三基色理论的人，他认为：只要按照适当比例混合三种颜色的光就足以制造出所有人眼可见的色光。相应地，这三种用来生成其他颜色的色光就被称为三基色光，简称三基色。托马斯 · 杨和亥姆霍兹对马略特的思想进行了细化和完善，形成了杨-亥姆霍兹理论。杨-亥姆霍兹理论进一步认为，之所以存在三基色，是因为人眼的视网膜上有三种类型的感光细胞，它们分别对红、绿、蓝光敏感。现代生理学证实了这种观点，如今我们称这三种视锥细胞为L-视锥细胞、M-视锥细胞和S-视锥细胞，它们分别对长波、中波和短波敏感。