三原色光模式

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相加色混合的表現。原色光投射到螢幕上,在相互重疊的地方顯示出新的顏色;紅色、綠色和藍色以適當的強度組合可以產生白色。

三原色光模式RGB color model),又稱RGB顏色模型紅綠藍顏色模型,是一種加色模型,將Red)、Green)、Blue)三原色的色光以不同的比例相加,以產生多種多樣的色光。

RGB顏色模型的主要目的是在電子系統中檢測,表示和顯示影像,比如電視和電腦,但是在傳統攝影中也有應用。在電子時代之前,基於人類對顏色的感知,RGB顏色模型已經有了堅實的理論支撐。

RGB是一種依賴於裝置的顏色空間:不同裝置對特定RGB值的檢測和重現都不一樣,因為顏色物質(熒光劑或者染料)和它們對紅、綠和藍的單獨響應水平隨著製造商的不同而不同,甚至是同樣的裝置不同的時間也不同。

相加原色[編輯]

三原色光的相加:
紅光加綠光為黃光
黃光加藍光為白光

光的三原色是紅色綠色藍色,三種光相加會成為白色光。這是由於人類有三種視錐細胞分別對紅、綠和藍光最敏感。

三原色光和繪畫中的「三原色」不同。繪畫時用三種顏色洋紅色黃色青色以不同的比例配合,會產生許多種顏色。如果三種色料相加,理論上會成為黑色,但實際上是深灰色,因此需要獨立的黑色顏料。三色顏料加上黑色(K)便是「CMYK色彩空間」。

選擇紅綠藍的生理原因[編輯]

三原色的原理不是出於物理原因,而是由於生理原因造成的。人的眼睛內有幾種辨別顏色的錐形感光細胞,分別對黃綠色綠色藍紫色(或稱紫羅蘭色)的光最敏感(波長分別為564、534和420奈米),如果辨別黃綠色的細胞受到的刺激略大於辨別綠色的細胞,人的感覺是黃色;如果辨別黃綠色的細胞受到的刺激大大高於辨別綠色的細胞,人的感覺是紅色。雖然三種細胞並不是分別對紅色、綠色和藍色最敏感,但這三種光可以分別對三種錐形細胞產生刺激。

不同的生物眼中辨別顏色的細胞並不相同,例如類眼中有四種分別對不同波長光線敏感的細胞,而一般哺乳動物只有兩種,所以對它們來說只有兩種原色光。

既然「三原色的原理不是出於物理原因,而是由於生理原因造成的」,那麼前段所說的「用三種原色的光以不同的比例加和到一起,形成各種顏色的光」顯然就不大合適。使用三原色並不足以重現所有的色彩,準確地說法應該是「將三原色光以不同的比例複合後,對人的眼睛可以形成與各種頻率的可見光等效的色覺。」只有那些在三原色的色度所定義的顏色三角內的顏色,才可以利用三原色的光以非負量相加混合得到。

例如,紅光與綠光按某種比例複合,對三種錐狀細胞刺激後產生的色覺可與眼睛對單純的黃光的色覺等效。但決不能認為紅光與綠光按某種比例複合後生成黃光,或黃光是由紅光和綠光複合而成的。

RGB顏色模型理論與應用的歷史[編輯]

攝影[編輯]

電視[編輯]

個人電腦[編輯]

RGB裝置[編輯]

三原色光顯示[編輯]

三原色光顯示主要用於電視電腦的顯示器,有陰極射線管顯示、液晶顯示和電漿顯示等方法,將三種原色光在每一象素中組合成從全黑色到全白色之間各種不同的顏色光,目前在電腦硬體中採取每一象素用24bit(位元)表示的方法,所以三種原色光各分到8bit,每一種原色的強度依照8bit的最高值28分為256個值。用這種方法可以組合16777216種顏色,但人眼實際只能分辨出1000萬種顏色。(不同的人分辨能力並不相同,這只是最大值)。

非線性[編輯]

由於gamma校正,在電腦顯示裝置上的顏色輸出的強度通常不是直接正比於在圖象檔案中R, G和B值。就是說,即使值0.5非常接近於0到1.0(完全強度)的一半,電腦顯示器在顯示 (0.5, 0.5, 0.5)時候的光強度通常(在標準2.2-gamma CRT/LCD上)是在顯示 (1.0, 1.0, 1.0)時候的大約22%,而不是50%。[1]

數值表示[編輯]

一個顏色顯示的描述是由三個數值控制的,他分別為RGB。但三個數值位為最大時,顯示為白色,當三個數值最小時,顯示為黑色。

數值表示可以使用以下幾種不同的方式:

從0到1之間可用的數來表示----浮點 從0%到100%----百分比 使用0到255之間的整數,八位數位表示,通常表示為十進制十六進制的數值 進階數位影像裝置通常會使用更大的整數來表示,比如0 . . 1023(10位),0 . . 65535(16位元)或更大 例如紅色在不同方式下的表示

方式 RGB 表示
浮點 (1.0, 0.0, 0.0)
百分比 (100%, 0%, 0%)
八位數位 (255, 0, 0) 或
#FF0000 (十六進制)
十六位數位 (65535, 0, 0)

幾何表示[編輯]

RGB顏色模型對映到一個立方體上。水平的x軸代表紅色,向左增加。y軸代表藍色,向右下方向增加。豎直的z軸代表綠色,向上增加。原點代表黑色,遮擋在立方體背面。

顏色通常都是用三種成分來定義的,不僅RGB顏色模型是這樣,其它比如CIELABYUV也是如此。於是便採用三維空間來進行描述,把三種成分的數值當做歐幾里得空間中普通笛卡爾坐標系的坐標值。在RGB模型中使用0到1之間的非負數作為立方體的坐標值,將原點(0,0,0)作為黑色,強度值沿坐標軸方向遞增到達位於對角線(1,1,1)處的白色。

一個RGB組合(r,g,b)表示代表一個給定顏色的點在立方體內部、表面或者邊上的三維坐標。這種表示方法使得在計算兩個顏色相近程度時只需簡單計算它們之間的距離:距離越短顏色越接近。

電腦顯示模式[編輯]

24bit模式[編輯]

每像素24位元(bits per pixel,bpp)編碼的RGB值:使用三個8位元無符號整數(0到255)表示紅色、綠色和藍色的強度。這是當前主流的標準表示方法,用於真彩色JPEG或者TIFF等圖檔格式里的通用顏色交換。它可以產生一千六百萬種顏色組合,對人眼來說其中很多已經分辨不開。

下圖展示了24 bpp的RGB立方體的三個「完全飽和」面,它們被展開到平面上:

黃色
(255,255,0)
綠色
(0,255,0)
青色
(0,255,255)
紅色
(255,0,0)
RGBR.png 藍色
(0,0,255)
紅色
(255,0,0)
品紅色
(255,0,255)

上述定義使用名為「全值域」 RGB的約定。顏色值也經常被認為是取值於0.0到1.0之間,這可以被對映到其他數位編碼。

使用每原色8-bit的全值域RGB可以有256級別的白-灰-黑深淺變化,255個級別的紅色、綠色和藍色(和它們的等量混合)的深淺變化,但是其他色相的深淺變化要少一些。由於gamma校正,256級別不表示同等間隔的強度。

作為典型,數位視頻的RGB不是全值域的。視頻RGB是有比例和偏移量的約定,即 (16, 16, 16)是黑色,(235, 235, 235)是白色。例如,這種比例和偏移量用在了CCIR 601的數位RGB定義中。

16色[編輯]

在這種模式中有16種基本顏色,它們分別是:

RGB CMYK HSV 顏色代碼 MS-DOS對應代號 顏色名稱
(255, 0, 255) (27, 82, 0, 0) (300°, 100%, 100%) #FF00FF 13 品紅色
(0, 0, 255) (88, 77, 0, 0) (240°, 100%, 100%) #0000FF 9 藍色
(0, 255, 255) (52, 0, 13, 0) (180°, 100%, 100%) #00FFFF 11 青色
(0, 255, 0) (63, 0, 100, 0) (120°, 100%, 100%) #00FF00 10 綠色
(255, 255, 0) (6, 0, 97, 0) (60°, 100%, 100%) #FFFF00 14 黃色
(255, 0, 0) (0, 99, 100, 0) (0°, 100%, 100%) #FF0000 12 紅色
(128, 0, 128) (61, 100, 14, 3) (300°, 100%, 50%) #800080 5 紫色
(0, 0, 128) (100, 98, 14, 17) (240°, 100%, 50%) #000080 1 深藍色
(0, 128, 128) (86, 31, 49, 8) (180°, 100%, 50%) #008080 3 鴨綠色
(0, 128, 0) (87, 24, 100, 13) (120°, 100%, 50%) #008000 2 深綠色
(128, 128, 0) (51, 36, 100, 13) (60°, 100%, 50%) #808000 6 橄欖色
(128, 0, 0) (29, 100, 100, 38) (0°, 100%, 50%) #800000 4 栗色
(0, 0, 0) (75, 68, 67, 90) (0°, 0%, 0%) #000000 0 黑色
(128, 128, 128) (52, 43, 43, 8) (0°, 0%, 50%) #808080 8 灰色
(192, 192, 192) (25, 20, 20, 0) (0°, 0%, 75%) #C0C0C0 7 銀色
(255, 255, 255) (0, 0, 0, 0) (0°, 0%, 100%) #FFFFFF 15 白色

16bit模式[編輯]

16bit模式分配給每種原色各為5bit,其中綠色為6bit,因為人眼對綠色分辨的色調更精確。但某些情況下每種原色各佔5bit,餘下的1bit不使用。

32bit模式[編輯]

實際就是24bit模式,餘下的8bit不分配到象素中,這種模式是為了提高資料輸送的速度(32bit為一個DWORD,DWORD全稱為Double Word,一般而言一個Word為16bit或2個位元組,處理器可直接對其運算而不需額外的轉換)。同樣在一些特殊情況下,如DirectXOpenGL等環境,餘下的8bit用來表示象素的透明度(Alpha)。

48bit模式[編輯]

這種模式分配到每種原色16bit,每種顏色可以有65536個色調,是一種專業用的圖象編輯顯示,如用於Photoshop,可以製作顏色非常精確的圖象。

網站設計顏色[編輯]

網站設計顏色應用的也是三原色光24bit模式,但網景色譜(Netscape Color Cube)將其確定為216種,用6種數碼#00, #33, #66, #99, #CC, #FF組合成216種排列方法表示顏色。一般使用者就不會被1670萬種顏色所迷惑。這種表示顏色的方式被網際網路在HTML 3.2採納為標準方法。此色譜又被稱為安全色板(Safe Palette)。

參照[編輯]

  1. ^ Steve Wright. Digital Compositing for Film and Video. Focal Press. 2006. ISBN 024080760X. 

外部連結[編輯]

參見[編輯]