显示的传奇密码：RGB交响曲

显示通俗演义系列之四

今天要跟大家介绍显示的传奇密码，人人耳熟能详的“RGB”。

显示从头到尾都绕着色彩打转，所以好好了解色彩是非常重要的功课，这一切的一切呢，必须从理解魔法三原色开始。所谓的三原色，就是R(Red-红色)、G(Green-绿色)、B(Blue-蓝色)三色，只要这三把钥匙合在一起，就能打开奇幻的全彩金库，让无穷无尽的色彩翩然起舞，从人造的框框里奔出，日日夜夜眷顾我们的眼睛。

这次我不会放美女图了(吧)。

掌握RGB三个密码就能实现全彩，这真的是非常便宜人类的一件事，所以视觉成了五感(视、听、嗅、味、触)之中，第一个能被科技模拟的感知机制，而且模拟的完成度非常高，高到足以欺骗大脑，足以带领人类走入虚拟实境的新纪元。毕竟搞定RGB就好了嘛，好单纯的，只需控制三个变量这件事，实现“视觉数位化”本来就不难想像。

可是，为什么只用RGB三个颜色，就能模拟出大千世界的缤纷色彩？我们先转移注意力，聊聊历史悠久的一个乐器 --- 小喇叭。

不可以笑，史诺不是要开黄腔，是真的要讲小喇叭(trumpet)，小喇叭比较正式的说法是“小号”，小号上面只有三个键，却能吹出三个八度音，以及全音中间准确的半音，这真是太神奇了！对比乐器之王钢琴那么多的黑键白键，小号节省的好粗暴，只给你不多不少的三个按键，却仍然能演绎出许多丰富的歌曲，这怎么可能？

史诺第一次拿到小号时也觉得很疑惑，但因为今天重点不在小号，所以我们很粗糙的解释一下，管乐的原理就是“利用气流通道的长度来调整音频的高低”，其实小号已拥有千年以上的历史，早期只是一条长长的管子，刚开始能吹的音很单调，直到十九世纪出现三个按键的小号，小号才成为一个能独立演奏的成熟乐器，每个按键的作用呢，也很简单，就是“延长气流通道的长度”。

图：小喇叭活塞开关的气流通道长度改变

三个活塞延长的通道长度不同，第一活塞使音调降低一个全音，第二活塞使音调降低一个半音，第三活塞则约降低三个半音，此时再搭配熟练乐手吹气的力道与强度，就能实现各音阶的再现，小号指法如下：

低音G(So)：○○○

低音A(La)：●●○

低音B(Si)：○●○

C(Do)：○○○

D(Re)：●○●

E(Mi)：●●○

F(Fa)：●○○

G(So)：○○○

A(La)：●●○

B(Si)：○●○

高音C(Do)：○○○

高音D(Re)：●○○

高音E(Mi)：○○○

高音F(Fa)：●○○

高音G(So)：○○○

由指法可以看出，Do、So、高音Do…等数个音阶的按法是完全一样的，差别在于乐手控制进气的强度，由于指法能实现一法对多音，小号便能在只依靠三个按键有限的排列组合下(小号实际运用只有七种指法)，就吹出丰富而准确的旋律。

好，让我们慢慢地把焦点从耳朵移回眼睛。

图：视网膜的椎状细胞(Cone)与杆状细胞(Rod)

视网膜工厂里负责视觉处理的员工有两班，一个是上夜班的杆状细胞(Rod)，一个是上日班的锥状细胞(Cone)，这就是制造业有名的两班制，只是上夜班的杆弟不负责色彩制程，所以我们不谈他，谈谈日班的椎哥。

日班有三个小组，分别是R组、G组和B组，每个组负责一个色彩的process，R组处理红色，G组处理绿色，B组处理蓝色，处理后的RGB资料汇整后交给日班经理，经理上传给厂长并转移至下个制程，最后加工完的全彩画面再送回总部(大脑)。

所以RGB魔法秘密的答案，就在于视网膜工厂的分工机制，视网膜有三种椎状细胞，分别能接受R、G、B三色波长的刺激，只要按不同强度的刺激比例混合，就可以显现出我们理解的彩色世界。也因为辩色机制单纯，所以显示很好逆工程，客户只要跟业务指定好产品颜色(CIE色点)下订单，工程师就会接手解析出RGB的recipe(参数)，再交给工厂做加工处理，TA-DA！鲜艳的色彩们争先恐后地涌出了！好澎湃啊！好浪漫啊！只要照顾好三个小组的椎哥，自然界中的所有色彩讯息，理论上都可以数位化还原了。

色彩还原跟管乐一样，Key Input只有三个，但要怎么把世界的色彩，化成简单的比例参数呢？答案是“CIE”。1931年的CIE座标图，就是色彩拳法的九阴真经，只要从事显示领域相关工作，或是吃饱闲闲会调戏色彩的市民们，基本上一定看过下面这个好眼熟的钟形色彩空间：

图：CIE 1931的xy色度图

所有可见光波长在CIE座标中，都可以化成RGB三色强度的比例，这是经历了视效函数、格拉斯曼定律、一堆色彩测试实验，再运用数学的积分、除法、内插等等痛苦的过程搅拌之后的结果，有兴趣的朋友可以去阅读色度学，史诺晚上睡不着有时会翻翻，对于睡眠品质提升偶有奇效。

姑且挑两个重要的公式放放，代表我认真：

图：速效安眠药

在这里我们只要简单理解一件事，CIE的x和y座标都是范围在0~1之间的数字，分别代表R跟G的刺激强度百分比，因为RGB三色加起来是100%，所以蓝色可以直接省略，不需要显示z座标(z=1-x-y)。这代表什么呢？当我们看到CIE座标时，x的数字越大代表越红，y的数字越大代表越绿，两个数字都很小时代表越蓝(z越大)，当三原色的刺激强度相等时(各占三分之一)，可以理解为标准白色。

➢ CIE 1931三原色座标

红色座标：R(0.64,0.33)

绿色座标：G(0.3,0.6)

蓝色座标：B(0.15,0.06)

白色座标(D65)：W(0.3127,0.3291)

色彩模拟工作的第一步是定义出RGB三原色(Primary Color)，然后用线性运算的方式，计算RGB比例混合出“三角形内的所有颜色”，这也是为何我们观察钟型的色彩空间图时，常常会发现里面有神秘的百慕达三角洲。

CIE座标开启了色彩模拟的大时代，有了这些对应的色彩座标，等于得到所有彩色料理的食谱，往后代表色差的麦克亚当椭圆(MacAdam Ellipse)、LED的Color Binning、代表色域的三角形Coverage、代表不同白色的色温(Color Temperature)…等等奇术，全部，都跟CIE脱不了关系。

图：Cree的Binning Table料理盘

图：CIE剖腹生产后缝合的肚子(孩子后来取名叫色温)

图：得怪病起疹子的CIE，病名MacAdam Ellipse

图：色域三角洲，三个顶点代表定义的三原色(primary color)座标

对于色彩世界有粗鲁的认知后，我们再拿起刚刚放在桌上的小喇叭，心里应该会涌现奇妙的涟漪，飘飘然，仿佛本人置身于国家音乐厅，浸濡在显示三原色的美丽乐章之中。

图：国家级乐手“LCD”和“自发光”

(此时掌声响起)

谢谢，今天的演奏到此结束，有机会再为各位吹喇叭。

*注：本文由行家说APP与作家专栏作者囧史诺联合出品。谢绝任何未经许可的转载。授权转载或加入显示微信群，请联系微信号：hangjia199 ，暗号：囧。

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