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現(xiàn)實(shí)的世界是豐富多彩的办素，然而我們又是怎么將這種色彩呈現(xiàn)到我們的顯示器上的呢战秋？

人眼如何感知色彩

眾所周知，光是一種電磁波蛇耀，可見(jiàn)光是人眼所能處理的一個(gè)電磁波頻率區(qū)間子集结闸，人眼看到事物是通過(guò)光來(lái)感知的，顏色的本質(zhì)就是電磁波的頻率酒朵，不同頻率的光即我們語(yǔ)言中所定義的不同種類(lèi)的顏色桦锄。本質(zhì)上我們的眼睛和雷達(dá)并沒(méi)有任何區(qū)別，只是大腦的解碼渲染能力強(qiáng)一點(diǎn)罷了蔫耽。

電磁波譜

人的眼睛中有視錐細(xì)胞和視桿細(xì)胞结耀，視桿細(xì)胞負(fù)責(zé)感受光的強(qiáng)度，而視錐細(xì)胞則負(fù)責(zé)感受光的色彩匙铡。

視錐細(xì)胞

人類(lèi)眼睛中有三種對(duì)不同電磁波頻率敏感的視錐細(xì)胞图甜，分別是 Small Mediam Long，所有的顏色就是對(duì)這三種細(xì)胞不同強(qiáng)度刺激的組合結(jié)果鳖眼，比如：

• 黃色就是同時(shí)刺激 M 細(xì)胞和 L 細(xì)胞的結(jié)果
• 同時(shí)刺激三種細(xì)胞時(shí)黑毅，我們就會(huì)得到白色
• 如果都沒(méi)有刺激，那就是黑色

這三種基本的光就是我們通常意義上所說(shuō)的三原色钦讳，通過(guò)這三種原色矿瘦，基于同時(shí)用540nm 和 570 nm 波長(zhǎng)的光刺激錐狀細(xì)胞在人類(lèi)大腦看來(lái)大約等價(jià)于用 560nm光刺激的原理我們可以模擬出任意顏色的效果。不過(guò)這種等價(jià)只基于人類(lèi)成立愿卒，雞只有兩種視錐細(xì)胞缚去，而皮皮蝦則有足足十六對(duì)，人類(lèi)眼中相同的顏色在其他生物眼中可能差異非常大琼开，不過(guò)這并不重要易结，只要能騙過(guò)我們的大腦就行，這種原理就是我們現(xiàn)代彩色顯示器的理論基礎(chǔ)柜候。

視錐細(xì)胞敏感頻率

M 細(xì)胞和 L 細(xì)胞依賴(lài)的光敏色素蛋白基因編碼于 X 染色體上搞动，這會(huì)導(dǎo)致這兩種細(xì)胞無(wú)法正常運(yùn)轉(zhuǎn)，即我們通常意義上說(shuō)的紅綠色盲癥改橘，另外它還是一種隱性遺傳病滋尉，所以患這種病的男性會(huì)比較多。

紅綠色盲世界模擬

還有一種全色色盲癥飞主，即三種視錐細(xì)胞全無(wú)法正常工作狮惜，此時(shí)依靠視桿細(xì)胞維持視覺(jué)運(yùn)行高诺，只能看到黑白的世界。

色彩表示方式

RGB

利用按一定強(qiáng)度刺激人眼三種錐細(xì)胞即可等效模擬出顏色效果的原理碾篡，當(dāng)前幾乎所有的彩色顯示器全部是使用的 RGB 顏色模型來(lái)渲染色彩虱而。

RGB Example

具體傳輸時(shí)我們一般是用三個(gè)數(shù)字表示一個(gè)彩色像素點(diǎn)，對(duì)應(yīng)其：Red Green Blue 的比例开泽，例如：

• 0 0 0 代表黑色牡拇，沒(méi)有光
• 1 1 1 代表白色，三種光混合
• 0 0 255 純藍(lán)色
• 255 255 0 黃色

RGBW

考慮到白光是一種非常常見(jiàn)的顏色穆律，而在 RGB 模型下顯示白光時(shí)需要三種光全力運(yùn)作惠呼，少數(shù)顯示器出于省電考慮加入了 White：白色燈，在需要顯示白色時(shí)只需亮起白燈一個(gè)即可峦耘，達(dá)到省電的效果剔蹋。所以這也是說(shuō)為什么黑色的背景可以省電的原理，黑色時(shí)一個(gè)燈都不需要亮辅髓，不過(guò)只有 OLED （Organic Light Emitting Display）這種每個(gè)像素點(diǎn)單獨(dú)發(fā)光的顯示技術(shù)才可以泣崩，對(duì)于像 LCD （Liquid Crystal Display）這種使用一塊背光板通過(guò)遮罩來(lái)調(diào)整光大小的技術(shù)來(lái)說(shuō)什么顏色耗電量都是一樣的。

YUV

YUV色彩模型使用 Y 亮度洛口，U 色度矫付，V 濃度來(lái)表示顏色。

YUV亮度模型

同樣的 UV 分量第焰，Y 不同時(shí)效果如下：

這種格式不同于 RGB 的地方在于买优，在缺失了 UV 只有 Y 值時(shí)，也能進(jìn)行顯示樟遣，不過(guò)看到的圖像就是黑白圖像而叼，所以這種格式剛開(kāi)始被提出用于黑白電視到彩色電視的過(guò)渡。

另外人類(lèi)眼中的視桿細(xì)胞比視錐細(xì)胞多很多豹悬，所以相對(duì)于色彩的變化葵陵，人眼要對(duì)亮度的變化更加敏感，利用這種特性瞻佛，可以讓多個(gè) UV 分量共用一個(gè) Y 分量脱篙，在基本保持色彩還原度的前提下盡可能的壓縮空間，根據(jù)不同的采樣率伤柄，常見(jiàn)的 YUV 格式有這幾種：

• 4:4:4 完全采樣绊困，Y:UV = 1:1
• 4:2:2 2:1的水平取樣，垂直完全采樣适刀，Y:UV = 2:1
• 4:2:0 垂直與水平均為 2:1 采樣秤朗，Y:UV =4:1

在 RGB 格式下，四個(gè)像素點(diǎn)存儲(chǔ)需要的空間為：4 * 3 = 12B笔喉，而使用 YUV420P 格式則只需要 4 * 1 + 1 + 1 = 8B取视，可以節(jié)約三分之一的空間硝皂，這是一個(gè)非常可觀(guān)的數(shù)字作谭，所以 YUV 格式基本也是網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)氖走x顏色編碼格式稽物。
不過(guò)基于現(xiàn)代顯示器的工作原理，YUV 格式很明顯是無(wú)法直接被顯示器渲染的折欠，需要轉(zhuǎn)化成 RGB 格式才可以贝或，以 YUV444 格式為例，可以通過(guò) NTSC 給出的如下公式在這兩種格式之間進(jìn)行換算：

Y = ( (  66 * R + 129 * G +  25 * B + 128) >> 8) +  16
U = ( ( -38 * R -  74 * G + 112 * B + 128) >> 8) + 128
V = ( ( 112 * R -  94 * G -  18 * B + 128) >> 8) + 128

公式看的頭大也不要緊锐秦，只需要知道咪奖，RGB 和 YUV 以及下方的 CMYK 都是可以互相換算的就可以。

CMYK

不同于 RGB 這一套基于光源自身發(fā)光的顏色編碼體系酱床，我們現(xiàn)實(shí)世界中看到的很多東西其實(shí)是并不能發(fā)光的赡艰，然而我們又有自由組合色彩的需求，比如：彩印斤葱。利用色料的三原色混色原理，加上黑色油墨揖闸，共計(jì)四種顏色混合疊加揍堕，形成所謂“全彩印刷”，這種顏色編碼方式就是 CMYK：

• C：Cyan ＝ 青色
• M：Magenta ＝ 洋紅
• Y：Yellow ＝ 黃色
• K：blacK ＝ 黑色

CMYK 和 RGB 之間也是可以互相轉(zhuǎn)換的汤纸，在我們打印 RGB 圖片的時(shí)候就會(huì)發(fā)生這個(gè)轉(zhuǎn)換過(guò)程：

HSL(HSV)

RGB 編碼方式雖然可以很好的完成自然顏色到顯示器展示的映射衩茸，然而這種模式是基于光源的角度出發(fā)的，對(duì)于人類(lèi)來(lái)說(shuō)并不友好贮泞。HSL 模型在1978年由埃爾維·雷·史密斯提出楞慈，它是一種 RGB 的非線(xiàn)性映射：

• H: Hue，色調(diào)
• S: Saturation, 飽和度

• L: Lightness啃擦，亮度

  
  

這個(gè)模型以人類(lèi)更加熟悉的方式封裝了顏色的特性：什么顏色囊蓝？深淺如何？明暗如何令蛉？
所以這也是在顏色調(diào)整的人機(jī)交互界面上所使用的最為廣泛的模型聚霜，例如：Photoshop，顯示器色彩調(diào)整珠叔，Windows顏色選擇器等蝎宇。

參考鏈接：
https://www.ixueshu.com/document/6f6ebb7bc153a6a89a4103ed4acdcdd2318947a18e7f9386.html
https://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%BD%A9%E8%89%B2%E8%A7%86%E8%A7%89
https://zh.wikipedia.org/zh-sg/%E8%A7%86%E6%9D%86%E7%BB%86%E8%83%9E
https://www.fourcc.org/yuv.php
https://www.lg.com/us/experience-tvs/oled-tv/oled-vs-lcd