一般報導
62
｜
科
學
發
展
2010
年
2
月
，
446期
把
電腦螢幕上的某個圖案放大以後，可以看出這個圖案其實是
由很多小方格組成的，這些小方格稱為「像點」或「畫素」，
每個都有自己的顏色。
電腦的螢幕可以顯示出各種不同的圖案，這些圖案
是怎麼顯示在螢幕上的呢？實際上，現在的電腦系統都
是用許多小小的點組合成螢幕上所有的圖案、文字。
因為這些點都很小，所以不容易看出這些圖案是
用小點組合起來的。如果拿一個大倍率的放大鏡去看螢
幕上的圖案，就會看到這些小點。或者，把電視或電腦
螢幕上的某個圖案放大
5倍以後，通常就可以看出這個
圖案其實是由很多小方格組成的，這些小方格稱為「像
點」或「畫素」（
pixel）。每個像點都有自己的顏色，
這些像點的顏色存放在記憶體中，電腦採用一個二維的
矩陣存放各個像點的顏色值。
以物理的角度來看，光其實是沒有「顏色」的，顏
色純粹是人的眼睛與大腦對光的頻率所產生的感覺。在
人的眼球中，有兩種感光的細胞，一種是錐細胞，另一
種是柱狀細胞。錐細胞又分為
3種，各有不同的頻率響
應。因此，人對顏色的感覺來自這
3種錐細胞。
因為人只有
3種錐細胞，所以用3組數字就可以表示
所有人眼可以看到的顏色。但是，這
3種錐細胞的頻率
響應曲線相當複雜，因此要產生所有人眼可以看到的顏
色是非常困難的。不過，因為這
3種細胞分別對紅光、
綠光和藍光反應特別強，所以可以用這
3種顏色的混合
來產生大部分的顏色。因此，這
3種顏色又稱為「色光
的三原色」。
■ 尚景賢
電腦世界的顏色處理
●
如果把電視或電腦螢幕上的某個圖案
放大
5倍，通常可以看出這個圖案其實
是由很多小方格組成的。
●
利用光的三原色─紅、綠、藍，可以
調配出所有的顏色。這張圖顯示
3種顏
色以等比例混合時的效果。
科學發展
2010年2月，446期｜ 63
RGB
三色論
在
1 8 0 2 年， 英國的楊格
（
Thomas Young）利用3台投影
機，把分別通過紅綠藍三色濾色
鏡的光投射在白色螢幕上，發現
二色相疊處產生青、洋紅、黃三
色，在中間三色重疊的部分則變
成白色。如果進一步調整紅綠藍
的亮度，便會產生千變萬化的色
感。因此，他推論人眼應該具有
3
種感光細胞，但當時並沒有任何
實驗可以證明他的推論。
在
19世紀末，德國的赫爾姆
霍茨（
Helmholtz）由醫學的觀
點，闡揚這個理論，並且用實驗
來證實。在
1861年，英國的馬克
士威爾（
Maxwell）利用上述理
論，製作出第
1張彩色照片。從此
以後，一般人都接受三色視覺神
經論。
色彩空間
色彩屬性和物理學中的光
譜，並不是完全對應的。在可見
光的光譜中，雖然每種顏色都可
以找到對應的光波長，但都有一
個範圍， 而不是單一波長。因
此，藝術家寧願使用色彩屬性模
式，讓人們可以立即知道是哪一
種顏色，色彩有多純，亮度有多
高。而三原色光模式或印刷四分
色模式都是色彩模式的一種，也
是用來表示顏色的一種方式。它
們是由一組抽象的數學模型（
3個
或
4個數字）組成的，組成的色彩
集合就稱作色彩空間。
人類的色彩空間和電視、電
腦螢幕有不同的地方。如果以
x、
y
、z軸表示人的3種錐細胞對最
敏感波長的反應強度，就可以獲
得一個三維的色彩空間。原點代
表黑色，離原點越遠，光的強度
就越強。人類可以感受到的顏色
區域，在圖中是一個底部呈馬蹄
形的錐狀體。此外，可以發現其
實棕色或灰色是不存在的。實際
上，這些顏色只是比周圍顏色較
暗的橙色或白色而已。
關於這一點是很容易證明
的。當我們看到一個投射在白布
上的圖像時，會看到白布上的黑
字。實際上，這些黑字的顏色與
白布在原本還沒有被投影時的顏
色是一樣的，經過投影後，這些
黑字周圍的白布被照亮了，因此
感覺到它比較黑。
另外， 人也無法看到純紅
色、綠色或藍色，因為我們的錐
細胞對其他顏色也會起反應。例
如，在看到純藍色時，紅色和綠
色的錐細胞也會產生信號，就好
像在藍色中還夾雜著紅色和綠色
一樣。
M
L
Blk
S
●
如果以x、y、z軸表示人的3種錐細胞對
最敏感波長的反應強度，便獲得一個三
維的色彩空間。原點代表黑色，離原點
越遠，光的強度越強。人類可以感受到
的顏色區域，在圖中是一個底部呈馬蹄
形的錐狀體。
●
人無法看到純紅色、綠色或藍色，主要
是因為我們的錐細胞對其他顏色也會起
反應。在看到純藍色時，紅色和綠色的
錐細胞也會產生信號，就好像在藍色中
還夾雜著紅色和綠色一樣。
一般報導
64 ｜
科
學
發
展
2010
年
2
月
，
446期
紅
綠藍三色的色彩空間
電視機、電腦螢幕這一
類發光的媒體，大部分都使用
紅綠藍三色空間，每一種顏色
盡可能只刺激到一種錐細胞。
理論上，也可以使用其他顏色
做為原色，但是使用紅綠藍可
以達到人的色彩空間的最大範
圍。遺憾的是，對於紅綠藍三
色，目前還沒有定義出明確統
一的對應波長。因此，不同的
儀器還是可能使用不同的波
長，造成螢光幕上產生稍微不
同的顏色。
當我們在電腦上對顏色
做設定時，常見到有
16色、高
彩、全彩等設定值，它們代表
的是什麼意思呢？
首先， 先來談
1 6 色。由
於早期的
16位元電腦處理色彩
的方式是分配紅色、藍色各
5
位元，綠色是
6位元（因為人
眼對綠色的色調分辨能力比較
強），因此在電腦螢幕上只能
顯示出組合成的
16種顏色。
隨著科技的進步， 電腦
已經邁向
64位元，因而擁有更
多的能力和位元處理顏色的呈
現。常見的設定值是
24位元模
式，即每一個原色以
8位元來
在電腦「
16色」的設定中，各種顏色的數位代碼
顏色
RGB CMYK HSV 顏色代碼
洋紅色
（255, 0, 255） （27, 82, 0, 0） （300°, 100％, 100％） #FF00FF
藍色
（0, 0, 255） （88, 77, 0, 0） （240°, 100％, 100％） #0000FF
青色
（0, 255, 255） （52, 0, 13, 0） （180°, 100％, 100％） #00FFFF
綠色
（0, 255, 0） （63, 0, 100, 0） （120°, 100％, 100％） #00FF00
黃色（
255, 255, 0） （6, 0, 97, 0） （60°, 100％, 100％） #FFFF00
紅色
（255, 0, 0） （0, 99, 100, 0） （0°, 100％, 100％） #FF0000
紫色
（128, 0, 128） （61, 100, 14, 3） （300°, 100％, 50％） #800080
深藍色
（0, 0, 128） （100, 98, 14, 17） （240°, 100％, 50％） #000080
鴨綠色
（0, 128, 128） （86, 31, 49, 8） （180°, 100％, 50％） #008080
深綠色
（0, 128, 0） （87, 24, 100, 13） （120°, 100％, 50％） #008000
橄欖色
（128, 128, 0） （51, 36, 100, 13） （60°, 100％, 50％） #808000
栗色
（128, 0, 0） （29, 100, 100, 38） （0°, 100％, 50％） #800000
黑色
（0, 0, 0） （75, 68, 67, 90） （0°, 0％, 0％） #000000
灰色
（128, 128, 128） （52, 43, 43, 8） （0°, 0％, 50％） #808080
銀色（
192, 192, 192） （25, 20, 20, 0） （0°, 0％, 75％） #C0C0C0
白色（
255, 255, 255） （0, 0, 0, 0） （0°, 0％, 100％） #FFFFFF
科學發展
2010年2月，446期｜ 65
處理。
2 4 位元編碼的RGB值，
是以紅綠藍（通常按這個次序）
強度的
3組8位元（0∼255）來表
示。每一原色的強度依照
8位元
的最高值
28，可以分為256個數
值，用這種方法能組合出
1,670萬
（
256×256×256）種顏色。但
是，人眼實際只能分辨出約
1,000
萬種左右的顏色。
以下是一些顏色的
24位元代
碼：（
0, 0, 0）是黑色、（255,
255, 255
）是白色、（255, 0, 0）
是紅色、（
0, 255, 0）是綠色、
（
0, 0, 255）是藍色、（255, 255,
0
）是黃色、（0, 255, 255）是青
色、（
255, 0, 255）是洋紅色。
上述值是紅綠藍「全值域」
的定義值。每個原色
8位元的全
值域有
256種白－灰－黑的深淺變
化，
255種紅、綠、藍（和它們的
等量混合）的深淺變化。
電視或電腦螢幕畫面呈現
的是一種矩陣式的結構。一般而
言，常見的設定值不外乎是
1024
×
768或是1024×1280，它表示
的是螢幕的解析度。就如文章一
開始所講的，每一個點都是由紅
綠藍
3種顏色組成的，也稱作畫
素。
1024×768就代表總共有1024
×
768=786,432個畫素組成一個畫
面，而一般常說的
600萬、700萬
畫素數位相機，也都是用相同的
表示方式。
四色的色彩空間
印刷四分色模式是彩色印刷
常採用的一種套色模式，它利用
4
種顏色的混合形成各種複雜的
顏色。這
4種標準顏色是青色（C,
Cyan
）、洋紅色（M, Magenta，
又稱為「品紅色」）、黃色（
Y,
Yellow
）及黑色（K, Black，為
了避免與
RGB的藍色（Blue）混
淆，改稱為
K）。
M
加Y會變成紅色；M加C變
成藍色；
C加Y變成綠色。理論
上，用
3種顏色相加可以變成黑
色。但是，實際相加的結果只能
變成深灰色或墨綠色。況且
3層顏
色更不容易乾燥，不利於快速印
刷。同時，
3層印刷也需要非常精
確的套印。用黑色代替
3層顏色，
除了精準快速印刷外，更可節省
成本。因此，在印刷上常採用
4種
顏色的配色方法。
印刷時通常用黑色做為標定
套版位置的顏色，也叫定位套版
隨著科技的進步，電腦因而擁有更多的能力和位元處理顏色的呈現。
常見的設定值是
24位元模式，即每一個原色以8位元來處理，
用這種方法能組合出
1,670萬種顏色。
●
RGB立方體的3個「完全飽和」面 每一原色的強度依照8位元的最高值28，可以有256個數值。用這種方法可以組合出1,670萬種顏
色。不過，人眼實際上只能分辨出約
1,000萬種顏色。
●
電視或電腦螢幕畫面呈現出矩陣式的
畫素結構
一般報導
66
｜
科
學
發
展
2010
年
2
月
，
446期
在
電腦液晶顯示器的規格上常見的名詞
名 稱內 涵
均勻度（
uniformity） 表示螢幕表面或平面發光體表面上的輝度變化程度。
輝度（
luminance）
是指發光表面在某一個方向上，每單位投影面積所發射出的光
度。它的單位是每平方米上的燭光數（
cd／m2），或者以nits
表示。簡單地說，它就是光源或發光點的光亮與刺眼程度。光
度越高的光源產生的輝度也越高，眼睛也會感覺越刺眼。
照度（
illumination）
是指物體或被照面被光源照射時所呈現的光亮程度，它的單位
是每平方米上的流明數（
lumen／m2或cd／sr／m2），簡稱勒
克斯（
lux）或米燭光。被照面的照度越高，人越容易辨識環
境與閱讀。
眩光（
glare）
是指輝度（亮度）較大的光源或物體表面反射出的光，它會讓
人感到不適或視覺能力降低。
色溫（
color temperature）
是以熱力學的凱氏（
Kelvin）溫度，又稱為絕對溫標的符號K
表示。簡單來說，就是把一塊標準黑體，從攝氏零下
273.15度
（絕對零度）開始加熱，當溫度升高到某一個程度時，顏色會
開始由黑→深紅→淺紅→橙→黃→白→藍白→藍逐漸地改變。
由這種光色變化的特性，訂定了光源的色溫度。
對可見光譜而言，紅端的光色習慣上叫作暖色，卻是低色
溫；光譜藍的一端，習慣上叫做冷色，卻是高色溫。色溫的
高低會影響光線偏白（當色溫高約
6,500K）或偏黃（3,000∼4,000K），光線太黃易造成昏睡或太熱，光線太白會造成刺眼
的不舒適感。
演色性（
color rendering）
物體在光源下的感受與在太陽光下的感受真實度的百分比。演
色性高的光源對顏色的表現較逼真，眼睛看到的物體愈接近自
然原色。也就是說，人類使用人工光源來表現色彩的自然程
度，這種逼真的效果稱為演色性。
科學發展
2010年2月，446期｜ 67
顏色。用黑色代替其他顏色的量
不盡相同，這主要取決於不同的
印刷技術、紙張和黑色油墨的質
量。由於印刷和電腦螢幕顯示使
用不同的色彩模式，因此電腦螢
幕上看到的影像色調和印刷出來
的成品會有些許不同。
HSV
色彩屬性模式
HSV
色彩屬性模式是根據色
彩的
3個基本屬性—色相、飽和
度和明度，來確定顏色的一種方
法。色相（
H）是色彩的基本屬
性，也就是顏色名稱，如紅色、
黃色等， 在插圖的色輪上， 取
0
°∼360°的數值。飽和度（S）
是指色彩的純度，越高則色彩越
純，低則逐漸變灰，取
0∼100％
的數值。明度（
V） 也叫「亮
度」，取
0∼100％的數值。
這種色彩屬性模式是由史密
斯（
Smith）在1978年所創，也是
三原色的一種非線性轉換。
常見的名詞
在電腦液晶顯示器的
規格上， 常常見到「輝度
（
l umi n a n c e ） 」和「均勻度
（
uniformity）」這兩個專有名
詞，它們是用來評估、表示背光
板模組品質的好壞。由於液晶顯
示器必須由背光板模組產生光
源，因此背光板模組的品質直接
影響液晶顯示器的良窳。「輝度
比」則是指工作面和周遭物件的
輝度差異情形， 輝度比如果過
大，長期下來會使眼睛疲勞、不
舒服。
其他還有諸如照度、眩光、
色溫、演色性等常見的照明「質」
的表示方法。這些都是在電腦世
界中，對於複雜多變的顏色的處
理與表達方式，在不同的運用處
理上、不同的設備與製造規格
上，所衍生的諸多定義與專有名
詞。歸根究柢，重點仍然是如何
把可見光頻譜以最不失真或擬真
的處理方式，在數位世界和真實
世界之間轉換與傳遞，並以各種
技術手段產生可以刺激人類感光
視覺系統的多媒體物件或光線。
尚景賢
空軍航空技術學院軍事學科部
由於印刷和電腦螢幕顯示使用不同的色彩模式，
因此電腦螢幕上看到的影像色調和印刷出來的成品會有些許不同。
●
在圓錐體的色彩表示方式中，錐體的
圓形底面相當於色輪，飽和度則從圓
心向邊緣增加，明度則從底面向錐頂
遞減。
●
在圓柱體色彩屬性表示方式中，圓柱
體的圓形底面相當於色輪，飽和度則
從圓心向邊緣增加，明度則從圓柱體
的底邊向上邊遞減。
●
色相以色環的0˚∼360˚來表示，三角形
則用來表示飽和度和明度。
No comments:
Post a Comment