三色素理论和彩显原理简介

牛顿发现红色和绿色可以合成黄色，绿色和蓝色可以合成青色，而红色和蓝色可以合成彩虹中没有的颜色——品红色或品红色。为了表达上述合成法则，牛顿把六种典型的颜色放在一个圆盘上，形成了牛顿色轮。为什么会产生洋红色在当时是令人困惑的。因为牛顿认为合成的黄光与单色光中的黄光没有任何不同。现在我们知道合成的黄色和人类眼睛中的单色光黄色是一样的，但是物理上不同。当时，人们也想找出单色光中的深红色，但事实上他们找不到。1802年，英国物理学家托马斯·杨(1773—1829)提出了一个大胆的假设，即所有的颜色都可以由红、绿、蓝的混合物产生，当三者的比例不同时，颜色也就不同。这一假设的革命性意义在于肯定一种颜色不是一种颜色光，而是能产生同样主观感觉的多种颜色光。换句话说，可以肯定的是，颜色感知并不反射颜色光，而是反射对人来说相同的各种颜色。杨早年学医，很小的时候就研究眼睛调节的机理。他在21岁时被选为皇家学会成员。他发表的作品涵盖了令人惊讶的广泛主题，包括生理光学、彩虹理论、流体动力学、毛细作用、造船工程、钟摆重力测量、潮汐理论等。它最著名的贡献是光波理论。光的双缝干涉实验称为杨氏双缝干涉实验。这个实验对现代光学和量子力学有很大的影响。

一个世纪以后，德国物理学家和生理心理学家亥姆霍兹(1821-1894)进一步发展了杨的创造性思想。亥姆霍兹假设人类眼睛中有三种受体——根据目前的表达，有三种锥体细胞，它们分别对不同波长的彩色光敏感或吸收不同波长的彩色光。当三种受体以不同的比例被刺激时，颜色感觉是不同的。他还假设了每个接收器的灵敏度特性曲线，并计算了由任何能量分布的彩色光引起的三个接收器的输出信号大小。亥姆霍兹发展并量化了杨的三原色理论，因此这一理论现在被称为杨-亥姆霍兹三原色理论(或三原色理论)。假设物体反射的彩色光的能量分布为s(λ)，三个颜色敏感单元的敏感特性曲线为b(λ)、g(λ)、r(λ)，则三个单元的输出信号大小为三个输入的加权积分。s(λ)和r(λ)越重合，s(λ)越大，R越大。b和g一样。任何颜色都可以用矢量来表示。例如，(B，G，R)=(0，0.5，1)表示B=0，G=0.5，R=1的颜色-橙色。后来我们用s(λ)代表一种颜色的光，用(B，G，R)代表相应的颜色。注:颜色s(λ)不同，颜色(B、G、R)可能相同。这叫做同色异谱。例如，等比例的黄色单色光和混合有红色和绿色单色光的混合色光具有不同的光谱(即能量分布)，但是颜色(B、G、R)是相同的。

三基色理论为彩色电视显示系统的设计奠定了理论基础。在照相机系统中，每个像素上的彩色光si(λ)被转换成彩色矢量(B1，G1，R1)，I = 1，2，...m =屏幕像素数；彩色信号被编码和传输，而电视被解码(B1，G1，R1)，i = 1，2，...彩色显示屏上的每个像素都有蓝色、绿色和红色发光点。当电子被发射到蓝点时，蓝点发出蓝光。电子撞击每个点的强度不同，发光强度也不同。由于人类视觉细胞数量有限，分辨率有限。当人眼到达离屏幕一定距离时，它不能区分每个像素中的三个点，因此相应的像素产生颜色感知。但是当人眼接近屏幕时，他会发现屏幕上的每个点只有一种颜色——蓝色、绿色或红色。

继亥姆霍兹的研究之后，物理学家麦克斯韦(1831-1879，以电磁波的微分方程而闻名)在19世纪60年代研究了三原色理论，发现三原色的选择可以不同，适当的三原色可以增加可以匹配的颜色范围。为了表达某些颜色，例如(b，g，r)，红色成分需要是负的；例如，如果(B，G，R)一面加上适当的颜色(0，0，R)，另一面加上适当的颜色(B，G，0)，则有(B，G，r)=(B，G，-R)。此外，他还提议用色调、饱和度和亮度来代表一种颜色。这三个反射色光的波长、色与白的比率和色光的强度。麦克斯韦的研究对现代比色法做出了巨大贡献。