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在讨论人眼可以感知的颜色数量时,我倾向于参考CIE 1931 XYZ颜色空间中的240万种颜色。这是一个相当可靠的,有科学依据的数字,尽管我承认它可能受上下文限制。我认为人眼对色度和光度都可能对10亿至1 亿种不同的“颜色”敏感。
我将基于CIE所做的工作来回答问题,该工作始于1930年代,并于1960年代再次发展,在过去的几十年中对公式进行了一些算法和准确性的改进。当涉及到艺术,包括摄影和印刷时,我认为CIE所做的工作特别相关,因为它是色彩校正,现代数学色彩模型和色彩空间转换的基础。
CIE,即国际照明委员会,于1931年建立了“ CIE 1931 XYZ颜色空间“。此颜色空间是全纯色的图,从700nm(近红外红色)到380nm(近紫外)映射,并在“可见”光的所有波长范围内进行。该颜色空间基于人类的视觉,这是由我们眼中的三种视锥产生的三刺激:短,中和长波长视锥,分别映射到420-440nm,530-540nm和560-580nm波长,这些波长分别对应于蓝色,绿色以及黄红色(或橙红色)的原色。(红色视锥细胞有些独特,因为它们的灵敏度有两个峰,一个在560-580nm范围内,另一个在410-580nm范围内。在440nm范围内,这种双峰值灵敏度表明,就实际灵敏度而言,我们的“红色”视锥实际上可能是“品红色”视锥。)三刺激反应曲线是从中央凹的2°视场得出的,在该区域中我们的视锥细胞最集中,在中等至高光照强度下我们的色觉最大。
实际的CIE 1931颜色空间是根据XYZ三刺激值映射的,该值是根据红色,绿色和蓝色的实际值(加法模型)从红色,绿色和蓝色的导数生成的。 “标准光源”,通常是6500K的阳光平衡白色(尽管为三个标准光源A 2856K,B 4874K和C 6774K创建了原始CIE 1931色彩空间),并根据“标准观察者”进行了加权(基于在2°中心凹视场上。)标准CIE 1931 XYZ彩色图形为马蹄形,并填充有纯“颜色”的“色度”图,覆盖从700nm到380nm的色相范围,饱和度从0开始%以白点为中心,沿外围为100%。这是一个 ”在适度的高强度照明下,人眼可以检测到238万种颜色,这些颜色大约与日光的色温和亮度相同(不是日光,后者接近5000k,而日光+蓝天光约为6500k)。
那么,人眼只能检测到240万种颜色吗?根据CIE在1930年代所做的工作,在相当于日光强度和色温的特定光源下,当仅考虑集中在我们眼睛中央凹中的2°视锥细胞时,看来我们确实可以看到240万种颜色
但是,CIE规范的范围受到限制。它们并不能说明照明水平的变化,强度或色温不同的光源,也没有考虑到我们的视锥至少分布在视网膜中央凹周围至少10°区域的更多视锥。他们也没有考虑到外围视锥细胞似乎比集中于中央凹的视锥细胞(主要是红色和绿色视锥细胞)对蓝色更敏感。
在60年代和1976年再次对CIE色度图进行了改进,改进了“标准观察者”,在我们的视网膜中包括了一个完整的10°色敏点。对CIE标准的这些改进从未得到广泛使用,并且与CIE的工作相关的广泛的色彩敏感度研究在很大程度上仅限于原始的CIE 1931 XYZ色彩空间和色度图。
考虑到色彩敏感度仅限于中央凹的2°点,我们很可能会看到超过240万种颜色,尤其是蓝色和紫色。1960年代对CIE颜色空间的改进证实了这一点。
色调,也许标记得更好的亮度(颜色的亮度或强度),是我们视觉的另一个方面。一些模型将色度和亮度混合在一起,而另一些模型则将两者分开。人眼包含一个由视锥细胞,“颜色”敏感设备以及视杆组成的视网膜,视杆体颜色无关,但对光度的变化敏感。人眼的视杆(9400万)是视锥(450万)的20倍。棒对光的敏感度也是视锥的100倍,能够检测单个光子。棒似乎对光的蓝绿色波长(约500nm)最敏感,而对带红色和近紫外波长的灵敏度较低。需要注意的是,一根杆的灵敏度是累积的,因此观察静态场景的时间越长,大脑会清楚地看到该场景中的亮度水平。场景中的快速变化或平移动作会降低区分精细色调等级的能力。
考虑到光杆对光的敏感度要高得多,因此可以得出这样的结论:与人观察静态场景一段时间相比,人对色度和饱和度变化的灵敏度更高,并且对光强度的变化更敏感。确切地说,这是如何影响我们对颜色的感知,以及它如何影响我们可以看到的颜色数量,我无法确切地说。就像太阳下山一样,可以在晴朗的夜晚进行简单的音调敏感度测试。蓝天的范围可以从近白蓝色到深暗的午夜蓝色。虽然这样的天空的色调范围很小,但音调等级却非常好。观察这样的天空,可以看到从明亮的白蓝色到天蓝色到深夜的蓝色的无限平滑的变化。
与CIE工作无关的研究表明,人眼可以感知到各种各样的“最大颜色”。有些具有100万种颜色的上限,而另一些具有1000万种颜色的上限。最近的研究表明,某些女性具有独特的第四种圆锥体,即“橙色”圆锥体,其敏感性可能扩展到1亿,但是该研究在计算“颜色”时同时考虑了色度和光度。
这最终引出了一个问题,在确定“颜色”时我们可以将色度与亮度分开吗?我们是否更愿意定义“颜色”一词来表示我们所感知的光的色相,饱和度和发光度?还是将两者分开,使色度与亮度区分开来更好?眼睛真正能看到多少强度水平,以及色度有多少明显差异?我不确定这些问题是否已经以科学的方式得到了解答。
颜色感知的另一方面涉及对比度。当它们彼此形成很好的对比时,很容易察觉到两者之间的差异。当试图从视觉上确定当看着不同的红色阴影时可以看到多少种“颜色”时,很难分辨两个相似的阴影是否不同。但是,将红色阴影与绿色阴影进行比较,区别非常明显。依次将绿色阴影与每个红色阴影进行比较,眼睛可以更轻松地识别出红色阴影之间在外围关系以及与绿色之间的差异。这些因素都是我们大脑视觉的各个方面,与眼睛本身相比,这是一种主观得多的设备(这使得很难科学地评估超出眼睛本身范围的颜色感知。与没有任何对比的环境相比。
150:眼睛在光谱中可以辨别的色相数量。
1,000,000:在最佳实验室条件下,眼睛可以辨别的颜色数量(色相,饱和度和亮度的组合)。
但是,这似乎是一个有争议的主题。
有两点。
一百万种可辨别的颜色,即使是真实的,最多也适用于理想的实验室条件。在现实世界中,这个数字无疑会小得多。您可以放心地忽略所有有关数百万种颜色的讨论。
在摄影中,动态范围只是场景动态范围的一小部分,因此无论如何您都无法产生很多颜色。所有技术都大幅列出了色彩产生的范围。特别是版画。
所需的位数不仅仅取决于颜色的数目。颜色空间不是线性的(请参阅韦伯定律,费希纳定律,麦克亚当椭圆等),因此您不能根据位数将颜色空间简单地分成一系列相等大小的步长。您将总是需要比颜色数量建议更多的位数。24位可产生1600万种颜色,但仍不能产生良好的图像。每种颜色至少需要10或12位才能创建不带条纹的平滑渐变。
给您一个想法:大多数显示器声称能够显示大约1600万种颜色。便宜的面板实际上只有6位/通道,并使用抖动来混合1600万个。这实际上很明显!(有些使用动画抖动,您可能会觉得它有轻微的闪烁效果)在我看来,真正的24位(8 /通道)对于平滑平滑的色彩过渡确实是必需的。
“这又引发了一个问题:使用48位,每通道16位的格式实际上比所需的格式大吗?”