五颜六色的白？色彩的奥秘，从三原色讲起

平日穿的纯白色T恤，在清早的阳光照射下透出温暖的光泽；到了办公室，在LED灯的照射下，却又看着有几分清冷的蓝调。

同样是白色T恤，不同光源下的区别你看出来了吗，图片来源网络

在漆黑的夜里，再绚丽的彩色衣服也只能看到黑色的模糊轮廓。但在不同的光照条件下，黑色却能变得“五彩斑斓”：黑色丝绒长裙灯光之下可能透出一丝棕调，看着格外深邃；而黑色汽车漆面泛着光泽，在车灯照射下又会映出隐约的蓝。

汽车的黑色漆面能映出隐约的蓝，图片来源网络

难道是视觉在“骗”我们？

放心，你的视觉没有任何问题。这一切是因为，“白”、“黑”和不同的颜色并非绝对的物理状态，而是生物视觉系统对光信息的一种主观解读。

这听起来可能有些抽象，为了解开色彩的奥秘，让我们走进眼睛的结构，了解它是如何“看见”颜色的。

01

视觉的三原色与眼中的世界

人类眼球的视网膜结构示意图，图片来源网络

当光进入我们的眼睛，眼睛里的视网膜最终对光会产生感应。视网膜上有两组细胞，其中数量较多的一组叫视杆细胞（Rod）。视杆细胞主要负责感受较弱光线的明暗，却无法分辨颜色。

另一组叫视锥细胞（Cone），专门负责捕捉颜色信号，并且天生分为了三派：

• 红敏视锥（对620-760nm的红光波长最敏感）

• 绿敏视锥（对520-560nm的绿光波长最敏感）

• 蓝敏视锥（对440-480nm的蓝光波长最敏感）

三种视锥细胞的感光能力，图片来源：自己做的，数据来源于公开源

我们看到花瓣的粉、天空的蓝，这些不同的颜色，本质都是不同的光进入人眼后，分别刺激三种视锥细胞所产生的响应。这些细胞以各自不同的强度“发声”，信号传至大脑后被巧妙整合，最终“合成”出我们所感知到的万千色彩。

然而，这些被我们视为理所当然的颜色，在其他生物眼中可能完全不同。

动物的色彩感知能力，取决于其视网膜上的视锥细胞种类与数量，比如鸽子等鸟类拥有4种视锥细胞，除了红、绿、蓝，还能感知人类看不见的紫外线，在它们眼里，花瓣和天空的颜色可能比人类所见丰富得多。

狗等大多数哺乳动物只有2种视锥细胞（对应蓝、黄波长），是“二色视者”。在狗眼里，红色的玫瑰可能是“深黄色”，绿色的草地可能是“浅灰色”，它们的视觉世界如同人类观看加了蓝黄滤镜的黑白电视。

人类和狗狗眼中色彩的差异，图片来源网络

不仅在物种之间，即使在人类内部，色彩的感知也并非统一。所谓“红绿色盲”，通常是由于感应红光或绿光的视锥细胞功能异常或缺失，导致大脑难以有效区分这两种颜色。

没有“通用的颜色”，只有“眼中的颜色”，色彩世界的多样性远超我们的常规认知。

科学家们研究人眼对颜色的感知规律，得出了色彩科学的核心原理——三原色（RGB）原理。

与人类眼睛有三种视锥细胞对应，光的三原色是红、绿、蓝。只需要这三种基础光就能混合出大部分颜色，比如红光+绿光混合出黄光；红光+蓝光混合出品红光；绿光+蓝光混合出青光；当红、绿、蓝以相同强度叠加时，会直接变成白光。

这一原理是现代色彩技术的基础。手机、电脑、电视的屏幕，都是由无数微小的红、绿、蓝子像素构成的。我们的手机屏幕实际上没有白色像素，而是依靠红、绿、蓝像素同时发光，让眼睛误以为看到了白光。

放大后的OLED屏幕，看到红绿蓝三种颜色的像素，图片来源：自己做的

描摹

02

科学的色度图与颜色的坐标

前面说颜色是主观的，那我们怎么准确地描述颜色？

为了解决这个问题，科学家们发明了色度图，它就像一张“颜色地图”，把人类能看到的所有颜色都转化成了清晰的坐标，让主观的色彩有了客观的定位。

我们现在常用的CIE 1931色度图，是20世纪初国际照明委员会（CIE）在三原色的基础上， 通过大量实验对人眼颜色感知进行数学建模后绘制的。

CIE 1931色度图，图片来源网络

这个马蹄形图形的彩色区域，包围了该模型下人类能够感知的所有色度（不包括亮度信息）。顶部的弧线对应着从约400nm到760nm波长的单色光。而在图形内部的每一个点，都代表了混合不同波长的光可以得出来的所有可能色度。

CIE 1931色度图中“正白色”对应于坐标(0.33，0.33)的位置，该点附近的一个区域内，都是人认可的“白色”，但组成成分有细微差别：

• 早晨阳光（含更多长波长光，比如红光、黄光）在中心偏右一点；

• 中午的阳光光谱更均衡，坐标在正中心；

• LED灯的白光（含更多短波长光，比如蓝光）在中心偏左一点。

这就是“五颜六色的白”的含义（不仅因为白光是由不同颜色的光复合而成的，而且白色本身也不止对应一种颜色）。

手机屏幕的色温调节利用的就是这个道理：暖色温（偏黄）相当于将白色的坐标向右移动，冷色温（偏蓝）相当于向左移动。你喜欢的护眼模式，其实就是把白色调得更暖、更靠近早晨阳光的位置。

常见的白光光源光谱，图片来源：自己做的

至于“黑色”，它并不在色度图的可见区域里，因为黑色本质是光的缺乏（亮度为0）。当你在关了灯的封闭卧室，伸手不见五指时，所有东西看起来都是“黑”的。这时候没有光照射到你眼睛里，这就是最接近 “绝对黑”的状态。

但生活中几乎没有“绝对黑”，黑夜中的物体也会反射一点点光，这些光会被我们敏感的视杆细胞捕捉到——此时虽然我们难以辨别物体的颜色，但是也能辨别出不同明暗的黑白轮廓。

亮度逐渐降低，趋近于光线的完全缺失，视觉上感知为“黑”。图片来源：自己做的

需要注意的是，色度图只代表人类视觉能覆盖的颜色范围。像鸟类能看到紫外线，它们对色彩的感知就不能用这张图描述了。

标尺

03

色彩的色准与色彩还原的实践

三原色原理和色度图，回答了“颜色是什么”的理论问题，如同描绘地图，定义了不同颜色的坐标。而“如何让颜色保持一致”，让不同的显示器、不同批次的颜料都能给我们带来一致的色彩体验，则需要色准这个实践工具。色准的本质，就是建立一套超越具体设备的、相对客观的色彩标准体系，确保无论在哪看，颜色都不跑偏。

色准的建立遵循严谨的流程：

• 首先规定一套基准色，如国际通用的Pantone色卡（每个色号对应固定的红、绿、蓝光比例，在色度图上有明确坐标）；

Pantone色卡，图片来源网络

• 其次确定标准光源，如最常用的D65标准光源（模拟正午太阳光），统一颜色对比条件；

• 最后通过仪器测量实际颜色的色度坐标，与标准颜色对比算出差异值（如ΔE值），ΔE越小，色准越好。

我们常说“这台显示器的红色色准好”，其实是指屏幕显示的“红色”色度坐标，与在D65光源下“Pantone标准红”的坐标差异很小，使得人的视觉感知与“标准红”几乎一致。当ΔE<1.0，人眼几乎无法分辨差异，这是专业级显示器追求的目标。

那么，是不是色准好，就能评价这是一台完美显示器了？答案是：远不止如此。

不同型号的电视屏幕有着细微差别，图片来源网络

除了色准，色域（决定色彩范围的丰富度）、均匀性（保证屏幕各区域色彩亮度一致）和对比度（影响明暗细节层次）等参数同样至关重要。与此同时，分辨率决定了画面的清晰度，刷新率与响应时间影响动态画面的流畅度，而调光方式则直接关系到长时间使用的视觉舒适度。

这些因素共同构成了一套复杂的屏幕评价体系。但归根到底，屏幕显示效果的差异，首先源于不同的屏幕技术与显示原理，它划定了画质的起跑线。而科学家如何执着还原画面色彩，新型显示技术又藏着哪些革新亮点？这些内容，我们留到以后慢慢揭秘。

一块令人满意的屏幕，由多种参数共同决定，图片来源：AI生成

回顾全文，从动物眼中千差万别的色彩世界，到人类用三原色、色度图和色准构建的“颜色共识”，我们终于明白：光只有波长，而颜色本身是生物大脑对波长的独特解读，并非光的固有属性。

人类的色彩体系，就像我们约定用“米”丈量距离、“秒”记录时间一样，是一种基于视觉共性的通用语言。它不描述世界的“真实”，却让我们能在同一个频道上看见彼此眼中的世界。

所以，下次当你看到一件暖白的T恤或一辆泛蓝的黑车时，不妨会心一笑——这世界本无颜色，是你的眼睛和大脑，为它涂上了“五颜六色的白”，与“五彩斑斓的黑”。

来源：季华实验室进校园

编辑：张柒柒

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