为什么你的屏幕看起来总是很「廉价」？

从电视、手机、相机，再到随处可见的信息显示屏，没有人的生活能离开屏幕。

但是，为什么有的屏幕看起来总是很廉价，而有些屏幕让人看一眼就疯狂爱上？

卷到飞起的屏幕厂商们，每年更新换代都是为了啥？

「未读·探索家」新书《色彩的科学》里，记录了这背后漫长的探索历程，其实都是为了达到肉眼可见的最和谐的色彩。

[英] 亚当·罗杰斯｜著

罗妍莉｜译

未读·探索家｜出品

01

当电视上第一次出现彩色画面

人们喜欢欣赏色块的移动和变化。不信的话，想想你观赏烟花时发出的“哦”“啊”的惊叹，其实这种艺术形式已经有千百年历史了。

到了19世纪晚期，人们开始从电影中寻找类似的刺激。电影先驱乔治·梅里爱会为自己的电影手绘画面；1917年，《海湾之恋》（The Gulf Between）使用了早期的特艺七彩技术（Technicolor），这种技术让人想起彩色印刷厂和摄影师开创的三色印染法。

20世纪30年代后期，由于《白雪公主和七个小矮人》动画电影的问世，特艺七彩技术处于风口浪尖之上。在“轻浮”的色彩与“严肃”的形式之间存在着历史悠久的哲学鸿沟，这就意味着以成人为受众的主题严肃的电影都是黑白的，这种情况一直持续到20世纪60年代。

1936年的动画短片《快乐和弦》采用了特艺七彩技术播放

因为电视并非通过胶片来投射光线，而是通过广播信号将画面传输到屏幕上，所以将电视节目转变成彩色的具有更大的挑战性。

1940年，刚成立不久的哥伦比亚广播公司通过采用旋转滤波器法，将黑白信号大致转换成彩色画面。

在接下来的10年里，围绕着如何完全在信号和硬件允许的范围内用电子的方式实现这一转换，美国广播公司和发明家费罗·法恩斯沃斯、弗拉基米尔·兹沃里金展开了长时间的论战。当时争论的焦点在于，如何在传输质量足够高的彩色信号的同时，传输当时的标准黑白信号，这样一来，人们就不必再购买一台新电视了。

白与黑，即有光和无光

最终，他们找到了一种方法，可以在亮度水平线之间传输彩色信号。尽管这种方法迫使美国电视一直保持着较低的分辨率（因为带宽没有改变，而且黑白和彩色的电子信号基本上同时传播），但也确保了信号能够向上兼容。1953年，它成为美国标准的电视制式。

02

彩色屏幕技术，只覆盖世界的一半色彩

当你发现动画片《孤胆奇侠》（The Lone Ranger）的主人公一直穿着蓝色的衬衫时，你必定会深深体会到，早期的彩色电视有颜色饱和度低、颜色混乱、色彩空间受限的问题。

俗话说得好，电视中的并不是真实的人生。相机能捕捉到的颜色本来就比人眼能感知到的颜色少得多，能被传播并在电视上显示出来的颜色就更少了。屏幕根本无法呈现世界上的颜色范围，更不用说人眼所能感知到的颜色了。

20世纪70年代，一位名叫迈克尔·普安特尔的色彩科学家开始研究这种差异到底有多大。首先，为了便于比较，他需要了解真实世界的颜色——要有一个包含世界上各种颜色的数据库。他从孟塞尔色卡开始，添加了众多油漆和颜料公司出售的颜色数据。他还加入了皇家园艺学会的比色图表，因为众所周知，花朵的颜色饱和度很高。

除了白金龟外，闪蝶、孔雀的羽毛和肥皂泡显现的颜色都是结构色

然后，普安特尔对色度计进行了白平衡调整，让光源保持稳定，并花费了两天时间来测量他的模型。

他将得出的结果制成了一张分布图，上面显示的不是所有可能存在的颜色，而是所有实际存在的颜色——真实世界的颜色，今天的科学家称其为“普安特尔色域”（色域，指色彩空间）。

1980年，普安特尔将这幅分布图覆盖到摄影和视频技术所能实现的颜色范围上，发现情况并不乐观。彩色屏幕技术只覆盖了人们在真实世界中看到的一半色彩。当时的电视机既无法呈现蓝绿色域中的大部分颜色，也无法呈现红紫色域中靠近可见光谱两端的颜色。

普安特尔发现的颜色范围差距在视频技术人员当中引发了一场技术革新的竞赛。国际电信联盟色度学研究小组委员会主席安迪·奎斯特德说道：“我们必须将彩色信号压缩成黑白的，这样我们就不会注意到呈现不出来的颜色了，但显示屏越来越好。进入数字时代后，带宽增加了，信号的压缩性也获得了提升。”

03

终于赶超人眼和大脑的色彩技术

然后，一项发明打破了技术发展瓶颈。1992年，日本工程师发明了蓝色的LED。当时，红色和绿色的LED已经面世了，由于蓝色光波长最短，要想让LED发出蓝色光相当不易。这一发明使它的三位发明者获得了2014年的诺贝尔物理学奖。

国际克莱茵兰蓝

波长较短的激光大大提高了光盘的容量和质量（光盘是通过光学方式来读写数据的），并且使现代液晶电视的问世成为可能。液晶电视的像素能发出三种色光。电视成像终于可以与彩色印刷和彩色胶片的效果相媲美了。最近的电视还添加了白色的像素点，或者采用了白色的背光源，从而使屏幕达到足够的亮度，哪怕是在光线充足的客厅里，也能让人看得清。

在电视制造商努力改进数字屏幕时，要想使画面更清晰，解决问题的一个方法就是，添加更多更小的像素点。情况一直在朝好的方向发展：较新的超高清4K屏幕的水平分辨率能够达到3840像素，垂直分辨率达到了2160像素。

不过，比像素和分辨率更重要的是另外两个度量单位。第一个是信号中颜色的数量，也就是色彩空间，它可以反映LED的颜色微调能力。

液晶显示器上不同亮度的像素点

第二个度量单位我们一直有所提及。它涵盖了最白的白色、最黑的黑色，以及从极亮到极暗连续变化的平滑度。这个度量单位叫作“动态范围”。

屏幕制造面临的难题与托马斯·杨曾经想要解决的问题其实是一回事，即混合色的饱和度会降低。当你增加电视上的白光，以获取更高的亮度时，就会损失颜色。而且，由于整个屏幕在不断地发光，所以，要想获得高质量的黑色是几乎不可能的事。

梵塔黑

最新的色彩标准，也就是国际标准协会所采用的标准，以及电视制造商目前生产时遵循的标准，实际上涵盖了完整的普安特尔色域，再加上一些别的颜色，如一小部分红色和紫色，以及自然界中看不到的一部分绿色。这些颜色现在都可以在电视上显示出来。

所有这一切，都意味着色彩技术终于赶超了人眼和大脑。实际上，新的屏幕技术让电影制作者创造出了不可能存在的、在现实世界中见所未见的颜色。只要拥有这种新的色彩魔法，就能称得上电影视觉效果专家。

色彩的科学，从史前岩画到液晶屏幕，穿越300万年，横跨人类文明的整个发展脉络。

为什么天空是蓝色、草是绿色？

为什么有些颜色让我们感到温暖，有些颜色则代表冷静？

在《色彩的科学》里，畅销书作家亚当·罗杰斯将带我们深入这场从洞穴到屏幕的绚烂之旅，探索色彩如何塑造现代世界！