每隔一段時(shí)間，就會(huì)有那種

「呀科學(xué)家制造了一種不存在的顏色？」

「紫色其實(shí)并不存在？」

之類的話題傳播

為了方便討論這里面的原因?進(jìn)行電影放映計(jì)劃，我們眾籌了一臺(tái)投影儀，探索色彩的秘密。

本來我們應(yīng)該興高采烈開始互相交流?觀影?經(jīng)驗(yàn)了，但是卻遇到很尷尬的事情……

Part 1

如果你是 / 曾經(jīng)是 / 將要是一個(gè)好好學(xué)習(xí)天天向上?(good good study，day day up)?的社會(huì)主義好學(xué)生，那么每天上課的時(shí)候免不了要舉起手機(jī)對(duì)著老師的幻燈片拍拍拍，生怕錯(cuò)過了什么重要細(xì)節(jié)。得益于現(xiàn)在手機(jī)相機(jī)優(yōu)秀的放大性能，手機(jī)很多時(shí)候也能給搶不到前排的同學(xué)帶來福音。

明明想要好好學(xué)習(xí)，卻發(fā)現(xiàn)講義被彩色條紋蓋了個(gè)嚴(yán)嚴(yán)實(shí)實(shí)…… 實(shí)際上，這里面就藏著我們?nèi)搜勰芸吹?，但是自然界中卻「不存在」的顏色的秘密。

老師們的幻燈片在以前，還不是這樣子。

那時(shí)候的幻燈片，是現(xiàn)實(shí)中真的一張一張透明的彩色的片。這個(gè)話題說起來真的是「暴露年齡」。老師們把幻燈片放到載盤上，在載盤下方燈泡發(fā)出的光線穿過幻燈片，調(diào)節(jié)透鏡和平面鏡的位置，通過折射和反射，讓光線聚焦在和地面垂直的投影幕布上，成一個(gè)放大的像。因?yàn)闊襞莸墓β屎艽?，所以通常在燈泡邊上還會(huì)有一個(gè)幫助其冷卻降溫的風(fēng)扇。一開機(jī)，這個(gè)風(fēng)扇也會(huì)呼呼呼地吹起來。

長(zhǎng)江后浪推前浪，前浪死在沙灘上……在個(gè)人電腦普及開來以后，就再也見不到上面這種最有「古典范」的幻燈片和投影儀了，取而代之的是演示文稿、辦公軟件和數(shù)碼投影儀?；脽羝@個(gè)名字也漸漸地出現(xiàn)的次數(shù)也少了，屁屁踢反而變多。雖然大家現(xiàn)在叫得多，但這個(gè)名字的誕生，卻是在洗澡的時(shí)候想出來的。產(chǎn)品負(fù)責(zé)人 Bob Gaskin 為了避免和市面上的其它產(chǎn)品重名，才取名為?PowerPoint，卻沒想到成就了一個(gè)全球通用的名詞。

Part 2

在開始解答我們的標(biāo)題這個(gè)問題之前，我們需要先來嘮嘮投影儀的發(fā)展史——這真的是一部活脫脫的人類「視覺動(dòng)物」進(jìn)化史。雖然現(xiàn)在視覺動(dòng)物聽上去是一個(gè)……不是很友好的詞，但人類在追求視覺和色彩的道路上那是真的狂奔不止。

科學(xué)史上對(duì)光和顏色之間的討論始于亞里士多德，但是真的要說出點(diǎn)門道來，還得等到我們的牛頓牛爵爺出面。不得不說牛頓真的是狠人——對(duì)自己狠的那種，為了研究不考慮任何后果。比如長(zhǎng)時(shí)間用一只眼睛看太陽，直到把眼睛把所有白色的物體全都看成紅色。此時(shí)再閉上眼睛，反復(fù)之后，他發(fā)現(xiàn)眼前，會(huì)出現(xiàn)和太陽一樣的斑點(diǎn)，雖然他現(xiàn)在并沒有看著太陽。由此他得出結(jié)論，他的幻覺也能像太陽一樣充分激勵(lì)神經(jīng)。

當(dāng)然我們現(xiàn)在可以測(cè)出來神經(jīng)信號(hào)傳播的速度大約為 90m/s，通過產(chǎn)生視覺的時(shí)間差，我們可以判斷大腦在合成視覺信號(hào)的過程中起到了一定的作用，更何況三原色理論早已久經(jīng)考驗(yàn)。因?yàn)槿搜壑写嬖谥N不同的波段敏感的細(xì)胞，就有人巧妙地設(shè)計(jì)了「色彩匹配實(shí)驗(yàn)」?；驹碓谟谌搜鄄簧瞄L(zhǎng)直接定量，但很擅長(zhǎng)比較。如果只用兩種色光混合，始終會(huì)有顏色合成不出來，但是一旦使用三種顏色，人們就能混合出光譜里面的任意顏色。摸清楚了這一點(diǎn)，人類真的算是在成為「視覺動(dòng)物」的歷史上邁出了一大步。

正是在前輩們的探索下，我們終于找到了人類顏色感知的「基底」。因?yàn)槿搜鄣臉?gòu)造，想要得到各種顏色，我們并不需要產(chǎn)生特定波長(zhǎng)的光線，只需要讓紅綠藍(lán)三種顏色以適當(dāng)?shù)谋壤旌显谝黄?，進(jìn)入到人眼里，萬能的大腦就能把它們合成起來。雖然這里是輕描淡寫混合兩個(gè)字，但在人類的歷史上為了得到彩色，真的不是一件容易的事情。

Part 3

混合的思路我們可以有兩種，一種是在時(shí)間上混合，一種則是在空間上混合。前者靠腦補(bǔ)，后者……還是靠腦補(bǔ)。當(dāng)然腦補(bǔ)的方式還是有點(diǎn)點(diǎn)區(qū)別的，前者生成顏色需要靠前面牛爵爺探索得到的延遲效應(yīng)，再讓大腦腦補(bǔ)，后者是讓大腦直接腦補(bǔ)。

早期的投影儀思路非常地簡(jiǎn)單粗暴，想要放映彩色內(nèi)容的話，需要使用三種光源和三個(gè)透鏡，叫做「三槍投影儀」，分別投射出紅、綠、藍(lán)三種顏色，而我們想要的影像，就通過這三種顏色的明淡來進(jìn)行混合。因?yàn)榉庞尺^程中需要使用的燈泡功率都很高，把三組燈泡和透鏡系統(tǒng)組合起來，需要復(fù)雜的電纜。而且還有一點(diǎn)很要命，這個(gè)光學(xué)系統(tǒng)太過復(fù)雜，需要把三個(gè)畫面都要投到屏幕上的同一位置，對(duì)焦十分不方便。所以在最開始的時(shí)候發(fā)展非常受限。

那么我們能不能夠把三種光源合成成一個(gè)呢？在「三槍投影儀」問世后，人們發(fā)展了被稱為「單槍投影儀」。在投影儀這個(gè)領(lǐng)域里面，「炮塔」，也就是光源越多，似乎并沒有什么用，反而憑空增加了系統(tǒng)的大小和調(diào)節(jié)的復(fù)雜度。

在「單槍投影儀」里面，按照混合不同顏色色光的思路的不同，大概分為 LCD 和 DLP 兩個(gè)流派。需要說明一下，這兩個(gè)流派其實(shí)現(xiàn)在發(fā)展了很多分支，不過太過專業(yè)的東西今天我們就不涉及了。

LCD?(Liquid Crystal Display)?以液晶顯示技術(shù)作為彩色來源基礎(chǔ)。液晶顯示面板我們每天都能夠看到，人如其名，彩色的來源正是液晶。液晶在 1888 年由植物生理學(xué)家弗里德里?！とR尼澤發(fā)現(xiàn)。關(guān)于液晶最神奇的效應(yīng)，就是它對(duì)光線的振動(dòng)方向有選擇性。液晶分子的形狀像一個(gè)搟面杖，通過改變電壓，讓這個(gè)搟面杖轉(zhuǎn)起來，就能控制通過的光的強(qiáng)弱。誕生于 1989 年的愛普生 VJP-2000，便是全球第一臺(tái) LCD 投影機(jī)，到今年已經(jīng)有整整三十年的歷史。

再后來的技術(shù)演進(jìn)中，出現(xiàn)了 DLP 這個(gè)流派，采用另外一種不同的方法。單片 DLP 投影儀通過色輪來產(chǎn)生顏色，從燈泡上發(fā)出的光經(jīng)過色輪上不同的透光片，變成了三原色的光，再通過數(shù)字信號(hào)控制的反射板，把光線反射形成屏幕上對(duì)應(yīng)的圖樣。色輪上通常被分為四個(gè)區(qū)域：紅區(qū)、綠區(qū)、藍(lán)區(qū)和用來增加亮度的透明區(qū)域，為什么不使用只有三種三原色紅綠藍(lán)的色輪呢？原因很簡(jiǎn)單，DLP 投影儀里面只使用了常用汞燈光源 1/3 左右的有效部分，亮度其實(shí)大打折扣，最后看到的圖片顏色與真實(shí)色值存在一定色差。

我們?cè)谠u(píng)價(jià)投影儀的時(shí)候，投影儀的亮度其實(shí)是一個(gè)非常重要的參數(shù)，投影儀越亮，意味著投出來的屏幕更清晰，在白天都能看得見?？吹酵队皟x看不清了，第一反應(yīng)是去換一個(gè)燈泡，但是殊不知在這里面還存在色彩亮度和白光亮度這個(gè)區(qū)別。不同的投影技術(shù)下，同樣的白光亮度其實(shí)并不意味著相同的色彩亮度，比如 DLP 的效率就不如 LCD。

色彩亮度這個(gè)概念可能大家是第一次聽說，但在我們的生活中其實(shí)有很多應(yīng)用。比如一張照片，電腦上看起來還好好的，但投影投出來卻是灰蒙蒙的，這就是因?yàn)檩敵龅牟噬獠粔蛄粒雌饋砭秃图恿藗€(gè)濾鏡似的。

Part 4

為了給大家真的感受投影儀里面發(fā)生了什么，小編厚著臉皮整來了另一個(gè)使用不同原理來生成色光的投影儀。因?yàn)槭墙璧?，怕拆了以后組裝不回去（小編太菜了），特地準(zhǔn)備了偏振片，來不破壞地展示不同色彩的合成原理?正經(jīng)玩專欄失業(yè)警告?。

我們架設(shè)好兩臺(tái)投影儀機(jī)器以后，讓它們都在相同的距離往墻上投影。舉起手機(jī)，然后，就是我們見證奇跡的時(shí)刻。

可以看到，在拍出來的照片里面，上方的電腦桌面還保持了比較真實(shí)的顏色，下方投影儀畫面用照片效果已經(jīng)完全偏離了真實(shí)的顏色了。在手機(jī)拍照的時(shí)候，DLP 投影儀還來不及在每個(gè)位置都撒上紅綠藍(lán)三種顏色，所以就看到這三種顏色分開，而不是彩色的情況。因?yàn)?DLP 的投影儀里面的色輪并不是只有紅綠藍(lán)三種顏色，而是還留了一塊透明的部分，發(fā)出白光，所以還有一部分是黑白的。

在換用另一臺(tái)拍照的設(shè)備以后，可以看到，兩種投影儀的差別并不是那么的大。

但是這兩者之前仔細(xì)一點(diǎn)看的話，區(qū)別還是有的，因?yàn)槲覀冞x用的投影儀的型號(hào)的關(guān)系，DLP 型號(hào)的白光亮度更高，所以下面的圖片白色部分比起上面而言會(huì)更亮一些。但是彩色部分亮度表現(xiàn)卻不如 LCD 原理的投影儀。

因?yàn)?LCD 使用液晶控制亮度，所以最后鏡頭出來的光是偏振光，幾個(gè)偏振光疊加在一起，構(gòu)成了最后的彩色。正好我們手頭有現(xiàn)成的偏振片，可以一探究竟。我們已經(jīng)知道 LCD 投影儀中的色輪是三原色，紅綠藍(lán)，而且可能具有不同的偏振方向。

我們把偏振片放在投影區(qū)域中的白色部分，并緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)偏振片?？梢钥吹浇?jīng)過偏振片以后，光線的顏色會(huì)緩緩從綠色變成洋紅色。在其他不同顏色，也會(huì)相應(yīng)地有不同的偏振方向。

但是如果我們把偏振片移動(dòng)到 DLP 投影儀投出來的圖像上，顏色并不會(huì)有變化。

前面提到，如果拍照的時(shí)間太短，那么 DLP 投影儀還來不及在每個(gè)位置都撒上紅綠藍(lán)三種顏色。因?yàn)?span id="s0sssss00s" class="color-blue-02">運(yùn)動(dòng)是相對(duì)的，如果我們目光掃過屏幕的速度足夠快，那么在人眼看來，屏幕就是相對(duì)人眼處于高速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，DLP 投影儀就會(huì)出現(xiàn)色光分離，也就是彩虹效應(yīng)。

Part 5

有了前面那么久的鋪墊，我們終于可以解答標(biāo)題里面的問題……

為了解答這個(gè)概念，我們需要把上面對(duì)于色彩的描述定量化，也就需要使用色彩空間。CIE RGB 色彩空間是一種很常用的色彩空間。其x，y 橫縱兩個(gè)坐標(biāo)分別表示標(biāo)準(zhǔn)化以后的三原色中紅色和綠色的成分，1-x-y 代表藍(lán)色。由此構(gòu)成了人類所感知到的所有顏色。

圖上上邊緣的那條曲線，是指波長(zhǎng)從 435.8nm 連續(xù)變化到 700nm 的可見光，在色彩空間上的軌跡。因?yàn)槿搜蹖?duì)色彩的感知幾乎是線性的，如果我們隨便從色彩空間中選兩種顏色 C1 和 C2，那么這兩點(diǎn)連成的線段上每一點(diǎn)的顏色都可以用 C1 和 C2 組合而成。選定三種顏色，就可以畫一個(gè)所有可顯示顏色的三角形。因?yàn)槲覀儾豢赡軗碛谐俗匀坏目梢姽獠ǘ纹渌墓庠?，所以三個(gè)角落各有一些空白。

在投影儀中，常用的是汞燈，來得到不同的三原色。理想很豐滿，現(xiàn)實(shí)很骨感，這句話我們說了很多遍了，投影儀里面也是一樣。我們實(shí)際得到的顏色肯定沒有上面那個(gè)三角形那么大。

對(duì)于 CIE RGB 色彩空間中下半部分，人眼可以將藍(lán)色和紅色混合成洋紅色（就是今天封面圖的顏色），但是實(shí)際上并不存在特定波長(zhǎng)的光，在人眼看來是真正的洋紅色。

這就是投影儀合成「不存在」的顏色全部的真相了。

后記

經(jīng)過這么一番折騰，

我們終于知道啥樣的內(nèi)容更適合

我們決定重新挑選投影儀

然而，現(xiàn)實(shí)是

錢包限制了我們的購(gòu)買力

甚至連兩臺(tái)借來的投影儀都買不起

參考內(nèi)容

1. 幻燈片投影儀 - 維基百科

2. Microsoft PowerPoint，wikipedia

3. 現(xiàn)代科學(xué)先驅(qū)牛頓 By 王金鋒

4.?Young-Helmholtz_theory,?Dichroic_filter,?Screen-door_effect（https://en.wikipedia.org/wiki/Dichroic_filter）

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