這是有點長的專題，一開始我只是想建議繪師或是攝影師該選購哪類的螢幕，以及對sRGB跟廣色域的迷思，但不把原理講清楚的話很難說服人我的理論，於是決定當專題來寫。我希望可以先從色彩的本質開始說起到最後解釋螢幕呈現的”結果”代表什麼意義。

前言

對於數位作畫的人士來說，無論插圖或是動畫美術到廣告設計、攝影師，這大概是最常遇到的問題了。這問題很好，但也不是一時間或是短短幾句話就能給出答案，而這背後包含的科學知識是非常龐大的！
講完大概要三天三夜吧…如果問我說是否該不該買廣色域螢幕又不想從原理去了解的話，我給出的答案會放在最下方，想看結論的人直接拉到底就好了，當然腦袋就會多出一堆為什麼出來。

先從什麼是顏色開始說起吧

從科學的角度來說，顏色就是電磁波譜當中可以被人眼感知的一個區域，波長從740奈米至380左右的這個區段，波長高於700奈米的是紅外線，如遙控器前方的那一個燈，可以透過紅外線攝影機觀察到，而波長低於400奈米的稱為紫外線，也就是UV，在太陽光當中很常見，鳥類也大多可以觀察到紫外線，因此鳥類看到的色彩世界會比人類更為豐富。

這光譜正好跟天空剛下完雨後空氣色散出來的彩虹顏色順序一致，也就是說在太陽光當中可以透過色散原理分類出正好是人眼可見的光譜。

先來解釋一下太陽到底包含了那些光譜，下圖可以看到除了人眼可見的彩虹光之外，還有部分的紅外線，以及UVA、UVB、UVC等紫外線，而色散實驗可以將太陽光給分類出這些顏色，其中人類只能看到Visible的那一段，其他動物如鳥類因為有四種錐狀細胞，比人類多了一個紫外光，就可以看到更多UV部分的光譜，但看不見紅外線，因此意義上來說不管人還是鳥都無法看到太陽完整的光譜，或許有什麼動物能夠看到吧?

PS:UV當中又可分為UVA、UVB、UVC，照射太陽光大多為UVA居多，可穿透玻璃，少量的是UVB會引起曬傷，而UVC在臭氧層就已經被阻擋掉不會照射到地表，此波段紫外光多用於殺菌用

那麼接下來這張圖只是要是做過美編的一定見過，沒錯就是色相環(HUE)

有沒有發現一件奇怪的事情?不是說光譜是一道彩虹般從紅色經過橙、黃、綠、藍、靛到紫色的光譜波長過渡嗎?那為什麼從波長最短的紫色又能回到波長最長的紅色??如果說光譜是一個從大波長到小波長的連續變化，那麼當我要把紫色接回紅色的時候應該會是再經歷一次的從小波長到大波長的過程，即紅橙黃綠藍靛紫靛藍綠黃橙紅，但如色相環這樣硬是接起來豈不是階梯悖論嗎?我們又是如何解釋親眼看見的悖論而解釋其中的原因呢?

潘洛斯階梯 (Penrose stairs)

是一個有名的幾何學悖論，指的是一個始終向上或向下但卻無限循環的階梯，可以被視為潘洛斯三角形的一個變體，在此階梯上永遠無法找到最高的一點或者最低的一點。

如果說這階梯看似在往下但其實斜率是零，也就是說階梯的平檯跟垂直的斷差其實與重力方向的垂直角不相等，那或許就能把這階梯當作是一個斜率零但是卻可以存在於現實中的東西，只是我們被自己所定義的“樓梯”給侷限住了。

沒錯!色相環也是一樣的道理，為何人眼可以把長短不同的波長產生的顏色給無縫接起來，要從人類如何認知顏色開始說起…

我們都一直以為可見光就是組成人類所能看到顏色的一切，然後從該顏色透過強弱分辨出明度、飽和度等等的，也或許會以為黃色兩邊的紅色與綠色是混和出黃色這樣一個道理，但是藍色跟紅色卻無法混合出綠色，同樣都是光譜兩邊同樣波長差，理當應該與紅+綠混合出黃色同一個原理，但事實上卻不是這樣。

這是一張人類眼球構造圖，光線透過瞳孔進入後透過水晶體的折射，成像到視網膜上，而視網膜上有密密麻麻的錐狀細胞，感知色彩後從視神經傳送訊號至大腦，處理成為所認知的彩色世界。

而剛好錐狀細胞就是由感知紅、綠、藍這三個波長的獨立個體合力完成，這意味著人類感知這世界其實並不需要如太陽光波長那樣每一個奈米波長都來一個錐狀細胞，這樣視網膜上大概要300種，並且塞進這小小的眼球，即便真的辦到了那成像在視網膜上的像素也低的可怕，那麼人類如何光靠三種顏色感知拼湊出整個光譜呢?

這就要提到同色異譜(Metamerism)現象了，不同光譜的發光體，進入人類眼睛後被分類為紅綠藍三種參數，傳達到腦中，而無論這個發光體的光譜有多寬，人眼看到的依然就是透過紅綠藍這三種鋒值擷取，再經過腦袋合成感知到的顏色，並不代表眼睛看到的該發光體就是它真正發出的光譜，用數學的邏輯來講的話，就是我們得到一個5的數字，它可以是1+4也可以是2+3，甚至小數點，涉及無限種可能，但人眼只能感知其中一種，我們並無法從結果逆推出源頭的光譜，因為眼球構造能力是有限的。

舉個例子，太陽光就是一個連續的光譜，但是人眼看到太陽光並不是看到每一個波段的光，僅僅是紅綠藍三種，而這三種在同樣的強度下進入錐狀細胞，再經由視神經傳至大腦，大腦混合出太陽光看到就是白色的，這跟色彩學當中的“相加混色”是一樣的道理。

CMYK是顏料定義，顏料只會越疊顏色越黑(相減)，但是RGB屬於光，交疊會越來越亮(相加)

現在我們知道人眼並不是看到所有光譜而是透過其中三個鋒值的相對強度訊號經大腦混色而成，這也很好解釋了為何會有色盲的出現，對於色盲人士就是視網膜中錐狀細胞出現問題，對於紅綠藍色彩感知出了部分問題，如果紅綠藍全喪失就是全色盲，看到的世界就是黑白的。這意味人類所定義的顏色必須同時由紅綠藍這三個感知細胞運作才能體現，只要其中一個出現問題，就會產生色盲，但如果是三者都運作正常但是都有相當程度的弱化，可辨識顏色只是沒有正常人的精準，通常來說會稱作色弱。

可能有人會疑惑為何人類會偏偏是這紅綠藍這三種顏色的感知細胞而不是別的，人類演化至今就剛好是這三種，且也不是有什麼數學上的原因，因為人類對於這三種的敏感程度居然還不一樣！大多數哺乳動物並沒有跟人類一樣有三種感知細胞，甚至只有兩個光譜鋒值，由這兩個混合出牠們的彩色世界。

狗只能看見褐色、黃色，淺藍到靛色，在人類的角度來說一隻正常不過的狗也是色盲，反之在鳥類的色彩世界當中人類對牠們來說也是色盲，有興趣的人可以去爬文各種動物看到的色彩世界。

人腦將紅綠藍這三種錐狀細胞得出的神經信號量化後，會得到三個數值(即RGB)，從生物術語來說是三色刺激值LMS，這關係到色彩空間定義CIE 1931，這我之後會論述。

LMS刺激值

人類眼睛有對於短（S, 420-440nm）、中（M, 530-540nm）和長（L, 560-580nm）波長的光感受器（稱為視錐細胞，需要注意的是，人類尚有一單色的夜視光感測器—視桿細胞—其最敏感的感知頻譜範圍約在490-495nm）。因此，根據三種視錐細胞的刺激比例，便能描述任一種顏色的感覺，此稱為LMS空間。

當三個刺激值個別收到不同強度搭配的時候，大腦會認定這是某一種顏色，也因此為何只要針對這三個值進行演算法的模擬，大腦就會得到相同的結果，不管中間的光譜缺了什麼，同色異譜就是這樣來的。

注意！這種作法僅在正常人眼結構當中，對於色盲、不同動物的眼中，這種作法看到的顏色會不一樣。

從上述的原理當中，螢幕顯示器就是這麼而來的，從本質上來說顯示器只是透過發出人類感知的三種光線鋒值去刺激人眼，得到一樣的結果後，人類就會被大腦所“催眠”，給出混和過後的顏色，所以說每種動物的錐狀細胞在光譜中的鋒值都不同，且大腦對於訊號的混和原理也不盡相同，因此當你家寵物看到某某你看似很平常的東西而抓狂的時候，或許你該想一下，在牠眼裡或許是個對比極高或是色彩極為鮮艷的另一種圖案也說不定。

現在再回到剛剛我們提的色相環，便可以很好的解釋為什麼上述提的悖論並不成立，實際上色相環跟光譜並不是同一個東西，有沒有發現色相環正剛好是由正三角形當中的紅綠藍三個顏色配出來的嗎?

沒錯，色相環是以這為基礎發展出來的，而當中紅-紫剛好是光譜中相似的部分，而其實我們認知的紫色跟光譜中的紫色並不一樣，只是由藍色光配上紅色光出現的過渡色罷了。

當中，粉紅色本質上就把紫色提高明度、降低飽和度的同類顏色，在色相環當中都位於相同的位置。

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延伸討論

既然人類能感知的顏色是紅綠藍這三種，那麼理論上只要把螢幕發出的三種LED波長都濾掉，是否人眼就看不到該光源?

答案是否定的，實際上來說還是可以分辨得出顏色來的，這關係到這三種錐狀細胞都各自有一個波長區間的靈敏度，並非是一小段一小段那樣，且還有交疊部分，這就是光譜敏感度 (Spectral sensitivity)，光或其他信號的檢測相對效率，是信號頻率或波長的函數。在視覺神經科學中，光譜敏感度用於描述眼睛視網膜中的視桿細胞和視錐細胞中的光色素的不同特徵。已知的是，視桿細胞更適合於暗視覺和視錐細胞明視，並且它們在其對不同波長光當中的靈敏度不同。

值得注意的是人眼光譜靈敏度位於低波段(紅光區間)的高峰值不在紅色而是比較偏向橘黃色，現在所謂的RGB是為了方便計算出色相環而定義出來的，但是跟人眼刺激值高峰段並不是那麼相符，在顯示器模擬出色彩的同時，必需符合人眼視覺看到的顏色難度奇高，背後是一套複雜的公式計算，當中也因為硬體設備的侷限性造就顯示器背光色彩純度的問題，這我後續會論述。

大家都知道螢幕顯示的顏色是由紅、綠、藍三個發光點為一個像素(Pixel)依照亮度比例混色而成，在人眼的對於同色異譜的感知情況下混合出光譜中的所有顏色。

這篇已經解釋顏色/色彩的定義，下一章節將探討產生顏色的原理，為什麼太陽光裡面卻擁有可見光的所有光譜?電腦螢幕只有紅綠藍不也是看起來白色嗎?現實中的色彩跟螢幕看到的色彩到底差別在哪？