显示器颜色显示技术原理

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1、人眼是如何看到颜色的

以下介绍如何定义颜色的基本知识。首先人眼是如何看到颜色的。可见光的光谱范围从380纳米到750纳米。在此范围内，可以看到每种可见颜色的相应波长。将讨论如何将可见光谱的波长组合成其他颜色，以及这一过程是如何标准化的。能够准确地再现不同制造商之间一致的颜色是显示技术的重要组成部分。大多数现代显示器将原色混合在一起，形成各种各样的其他颜色。根据显示技术的类型，这些原色源可以通过发射器或特殊滤色器产生。通过添加不同数量的这些主要来源，可以在显示器上产生颜色。然而，在产生这些颜色混合物之前，充分了解人们将如何感知结果是很重要的。

为了理解人类的颜色感知，科学家WD Wright和J Guild在20世纪20年代进行了两项独立的实验。在这些实验中，观察者被要求调整一系列主光源，直到产生的颜色与参考光匹配。原色是单色光源，这意味着它们是由单一波长产生的。三个主光源在一个分开的盒子的一侧，参考光在另一侧。参与者能够通过两度的视野观看灯光。这个角度是为了确保光以高锥密度照射眼睛的一部分，这将允许更好的颜色感知。实验中的每个参与者都被要求控制红光、蓝光和绿光的孔径角，直到结果与参考光匹配。然后用可见光谱上的参考光重复该过程。如果每个光源的光量增加或减少，但三者的比例保持不变，则生成的颜色将保持不变。但它的亮度会有所不同。类似地，白光是用相等数量的三个主光源创建的。

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在某些情况下，无法使用三个主光源重新创建参考光。为了解决这个问题，将第二主光源添加到参考侧。然后，可以将添加的光线与分区另一侧的光线一起调整，直到颜色匹配。例如，要创建明亮的绿色，需要在分区的另一侧使用红光来抵消蓝色和绿色原色。由于这个实验表示将不同比例的原色混合在一起，所以这个相反的光源可以被认为是减法。当参考光的波长扫过可见光谱时，可以为红色、绿色和蓝色原色中的每一个创建函数。添加到参考侧的主要来源表示为负值。当参考光扫过可见光的波长时，对三个主光源中的每一个的功能进行了表征。这些函数说明了沿x轴产生特定波长的光所需的特定数量的红光、绿光和蓝光。这三个函数是按比例缩放的。使得每种原色在每种波长下都同样明亮。

2、颜色空间

国际照明委员会（CIE）于1931年对RGB颜色匹配功能进行了标准化，为颜色空间的创建奠定了基础。CIE建立RGB颜色匹配函数后，对其进行变换以去除负值，并确保每条曲线下的面积相等。大写的X、Y和Z是三刺激值，可以通过计算给定光谱的匹配函数的积分来获得。每个三刺激值可以表示为所有三个值之和的一个比例，该比例必须等于1。由于X加Y加Z等于1，Z的值可以用X和Y表示。现在，可以在xy平面中创建不需要三维绘图的投影。该投影显示了在与光强度无关的坐标系中绘制的单色波长。单色是指仅由单一波长组成的光。这条曲线被称为光谱轨迹。光谱轨迹上的值是人眼在可见波长上的响应，y轴绘制相对亮度。

将光谱轨迹上的不同点组合在一起会产生人眼可以感知的其他非单色颜色。所有这些颜色的投影称为颜色空间。颜色空间创造了一种基于人眼感知方式对波长和强度进行分组的方式，从而实现技术和制造商之间的标准化和可重复的颜色。颜色空间的目标是能够以数字方式指定每种颜色。从而可以在各种应用中准确地再现。光谱轨迹上的波长被称为单色，指的是仅由单个波长组成的光。颜色空间表示如何组合这些波长以创建在颜色空间内部可见的颜色。例如，根据这些选择的单色波长中的每一个的量，可以再现该三角形内的所有颜色。每种颜色都有一个特定的x和y坐标。

然而，电视监视器和其他显示器不能发出纯单色。当源波长不是单色的时，颜色空间会发生什么？由此产生的颜色集要小得多，并且三角形的外点与显示器的LED发射的波长相对应，看起来可能类似于此。这被称为色域，是将角处的颜色混合后产生的颜色子集。在颜色空间中拾取两个点将创建一条线，沿线的所有颜色都由不同数量的两种端点颜色组成。在本视频的早些时候，有人提到，在可见光谱内，颜色的相等组合将产生白光。根据每个波长的数量，白光的外观将变冷或变暖。这被称为色温，以开尔文为单位测量。

由更多黄色和橙色波长组成的白光在2700开尔文左右的色温下更温暖。冷白色具有更多的蓝色波长，通常为5000开尔文或更高。拥有一种标准的色温分类方法对许多应用都很重要，无论制造商如何，它都能确保稳定的照明条件。色温对于摄影、照明和胶片等应用非常有用。需要根据周围环境调整光线或校准相机的任何情况都需要准确的色温信息。色温可以在被称为普朗克轨迹的颜色空间内表示。普朗克辐射器是吸收所有光线而不反射任何东西的理想物体。普朗克辐射的光谱可以在这里看到，随着温度的升高。普朗克辐射器与给定光源最匹配的颜色称为该光源的相关色温（CCT）。普朗克辐射的温度依赖性可以在普朗克轨迹的曲线上看到。这里所示的图是CIE 1960颜色空间的投影。这些垂直线称为等温线。它们代表的色温等于轨迹上的每个点。对于颜色空间中的每个点，都有一个由最接近给定坐标的等温线确定的相应色温。这是因为现实生活中的光源不会具有直接位于普朗克轨迹上的CCT值。并且必须进行近似。Wright Guild的实验探索了人类看待颜色和强度的方式，这为建立颜色空间和其他数学表示奠定了基础。可以从普朗克辐射器的发射光谱中提取色温的进一步微分，从而提高了除颜色之外的光CCT的标准化。