2.5 显示颜色^[3]

在日常生活中，人们习惯把颜色归属于某一物体的本身，把它作为某一物体所具有的属于自身的基本性质，比如人们常讲的那是一块红布，那是一张白纸等。但在实际中，人们在眼中所看到的颜色，除物体本身的光谱反射特性之外，主要和照明条件所造成的现象有关。如果一个物体对于不同波长的可视光波具有相同的反射特性，则称这个物体是白色的。而这个物体是白色的结论是在全部可见光同时照射下得出的。同样是这个物体，如果只用单色光照射，那这个物体的颜色就不再是白色的了。

这些现象说明，在人们眼中所反映出的颜色，不单取决于物体本身的特性，而且还与照明光源的光谱成分有着直接的关系。所以说在人们眼中反映出的颜色是物体本身的自然属性与照明条件的综合效果。我们用色度学来评价这种综合效果。色度学是对颜色刺激进行度量、计算和评价的一门学科，是以光学、视觉生理、视觉心理、心理物理等学科为基础的综合科学。

显示器件对色彩的表现能力就是本节讨论的问题。

2.5.1 显示颜色定义

任何色彩的显示，实际上都是通过色光刺激人们的视觉神经而产生感觉，我们把这种感觉称之为色觉。色别、明度和饱和度是色彩的三个特征，也是色觉的三个属性，通常将色别、明度和饱和度称为色彩三要素。

色彩所具有的最显著特征就是色别，也称色相。它是指各种颜色之间的差别。从表面现象来讲，例如一束平行的白光透过一个三棱镜时，这束白光因折射而被分散成一条彩色的光带，形成这条光带的红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等颜色，就是不同的色别。从物理光学的角度上来讲，各种色别是由射入人眼中光线的光谱成分所决定的，色别的形成取决于该光谱成分的波长。

可见光是电磁波谱中的一小部分，波长范围为380～780nm，在这个范围内各种波长的光呈现出各种不同的色彩。在自然界中所呈现出的各种色彩大都是由不同波长和强度的光波混合在一起而显示出来的，有的则是某个单一波长的固有特性色彩。

总之，色别就是指不同颜色之间质的差别，它们是可见光谱中不同波长的电磁波在视觉上的特有标志。

明度是指色彩的明暗程度。每一种颜色在不同强弱的照明光线下都会产生明暗差别，物体的各种颜色，必须在光线的照射下才能显示出来。这是因为物体所呈现的颜色，取决于物体表面对光线中各种色光的吸收和反射性能。前面提到的红布之所以呈现红色，是由于它只反射红光，吸收了红光之外的其余色光。白色的纸之所以呈现白色，是由于它将照射在它表面上的光的全部被反射出来。如果物体表面将光线中各色光等量地吸收或全部吸收，物体的表现将呈现出灰色或黑色。同一物体由于照射在它表面的光的能量不同，反射出的能量也不相同，因此就产生了同一颜色的物体在不同能量光线的照射下呈现出明暗的差别。

白颜料属于高反射率物质，无论什么颜色掺入白颜料，都可以提高自身的明度。黑颜料属于反射率极低的物质，因此在各种颜色的同一颜色中（黑除外）掺黑越多明度越低。

饱和度是指构成颜色的纯度，它表示颜色中所含彩色成分的比例。色彩比例越大，该色彩的饱和度越高，反之则饱和度越低。从实质上讲，饱和度的程度就是颜色与相同明度有消色的相差程度，所包含消色成分越多，颜色越不饱和。色彩饱和度与被摄物体的表面结构和光线照射情况有着直接的关系。同一颜色的物体，表面光滑的物体比表面粗糙的物体饱和度大，强光下比阴暗的光线下饱和度高。

不同的色别在视觉上也有不同的饱和度，红色的饱和度最高，绿色的饱和度最低，其余的颜色饱和度适中。在照片中，高饱和度的色彩能使人产生强烈、艳丽亲切的感觉，饱和度低的色彩则易使人感到淡雅中包含着丰富。

自然界中各种物体所表现出的不同色彩，都是由蓝色、绿色和红色光线按适当比例混合起来，即按不同的吸收或反射而呈现在人们眼中的。所以，蓝色、绿色和红色就是组成各种色彩的基本成分。因此把这三个感色单元称为三基色。

三基色的光谱波长如下：

波长为400～500nm的属蓝光范围；

波长为500～600nm的属绿光范围；

波长为600～700nm的属红光范围。

三基色的光波在可见光光谱中各占三分之一。三基色中的一个与另外两个或其中一个等量相加，就可得到其他的色彩，其规律可用下式表示（见图2.9）：

红光+绿光=黄光

红光+蓝光=品红光

绿光+蓝光=青光

红光+绿光+蓝光=白光

三基色的构成和叠加可以概括为以下4点：

（1）自然界的色彩是由三基色为基本色构成的，三基色按不同的比例相混合可以合成出自然界中的任何颜色。

（2）蓝、绿、红这三种基色是互相独立的，它们中的任何一种颜色都不能用另外两种颜色混合得到。

（3）三种基色的混合比例决定色别。

（4）混合色光的亮度等于各基色光的亮度和。

电子纸显示彩色的色域范围通常用彩色三角形表示（见图2.10）。图中，三个顶点分别是三基色的波长，由三基色所确定的三角形即是可显示的彩色范围。

2.5.2 显示颜色检测方法

常用的显示颜色检测方法有目视法、光电积分法和分光光度计法。

目视法是最传统的颜色测量方法。具体做法是由标准色度观察者在标准的照明条件下对产品进行目测鉴别，并与CIE（国际照明委员会）标准色度图比较，得出颜色参数。特点：目视法方便易行，但不能准确识别细微的色彩差异，常出现色彩判断失误；目视法测色带有一定的主观色彩；测量结果精度不高。

光电积分法是模拟人眼的三刺激值特性，用光电积分效应，直接测得颜色的三刺激值。特点：光电积分式仪器能准确测出两个色源之间的色差，但不能精确测出色源的三刺激值和色品坐标。

分光光度计法是通过测量光源的光谱功率分布或物体反射光的光谱功率，根据这些光谱测量数据通过计算的方法求得物体在各种标准光源和标准照明体下的三刺激值，进而计算出各种颜色参数。特点：分光光度测色仪不仅能精确测量色差，还能测量色源的三刺激值和色品坐标，应用非常广泛。