三原色光模式

**三原色光模式**（**RGB color model**），又稱 **RGB 顏色模型**或**紅綠藍顏色模型**，是一種加色模型，將紅（**R**ed）、綠（**G**reen）、藍（**B**lue）三原色的色光以不同的比例相加，以合成產生各種色彩光。

RGB 顏色模型的主要目的是在電子系統中檢測，表示和顯示圖像，比如電視和電腦，利用大腦強制視覺生理模糊化 (失焦), 將紅綠藍三原色子像素合成為一色彩像素，產生感知色彩 (其實此真彩色並非加色法所產生的合成色彩，原因為該三原色光從來沒有重疊在一起，衹是人類為了「想」看到色彩，大腦強制眼睛失焦而形成。情況其實就有點像看那些 Autostereograms 的立體圖時，大腦與眼睛扭曲才能看到「想」看的立體影像的情況)。 紅綠藍三色模型在傳統攝影中也有應用。在電子時代之前，基於人類對顏色的感知，RGB 顏色模型已經有了堅實的理論支撐。

RGB 是一種依賴於裝置的顏色空間：不同裝置對特定 RGB 值的檢測和重現都不一樣，因為顏色物質（螢光劑或者染料）和它們對紅、綠和藍的單獨回應水平隨著製造商的不同而不同，甚至是同樣的裝置不同的時間也不同。

## 選擇紅綠藍的生理原因

三原色的原理不是出於物理原因，而是由於生理原因造成的。人的眼睛內有幾種辨別顏色的錐形感光細胞，到的刺激略大於辨別綠色的細胞，人的感覺是黃色；如果辨別黃綠色的細胞受到的刺激大大高於辨別綠色的細胞，人的感覺是紅色。雖然三種細胞並不是分別對紅色、綠色和藍色最敏感，但這三種光可以分別對三種錐形細胞產生刺激。

不同的生物眼中辨別顏色的細胞並不相同，例如鳥類眼中有四種分別對不同波長光線敏感的細胞，而一般哺乳動物只有兩種，所以對它們來說只有兩種原色光。

既然「三原色的原理不是出於物理原因，而是由於生理原因造成的」，那麼前段所說的「用三種原色的光以不同的比例加和到一起，形成各種顏色的光」顯然就不大合適。使用三原色並不足以重現所有的色彩，準確地說法應該是「將三原色光以不同的比例複合後，對人的眼睛可以形成與各種頻率的可見光等效的色覺。」只有那些在三原色的色度所定義的顏色三角內的顏色，才可以利用三原色的光以非負量相加混合得到。

例如，紅光與綠光按某種比例複合，對三種錐狀細胞刺激後產生的色覺可與眼睛對單純的黃光的色覺等效。但決不能認為紅光與綠光按某種比例複合後生成黃光，或黃光是由紅光和綠光複合而成的。

## RGB 顏色模型理論與應用的歷史

### 攝影

早期的攝影都是以沖曬相片為主，所以是以減色法來達成。
到近代數位攝影的流行，感光元件都以感受三原色的光來組成相片，到後來的 YUV。

### 彩色電視

#### 彩色顯示器（近距離觀看）

至今為止，所有的彩色顯示器都是應用三原色光加色技術，以 RGB 三原色作為子像素構成一像素，由多個像素構成整個畫面。
早期的彩色顯示器主要是以 陰極射線管（Cathode ray tube, CRT) 為主。其後是 液晶顯示器（英語：liquid-crystal display, LCD.) 都是。

#### 大型彩色顯示器（遠距觀看）

大型彩色顯示器主要也應用三原色光加色技術，以 RGB 三原色 的 LED 構成一像素，由多個像素構成整個畫面 - 巨型幕牆。

## RGB 裝置

### 三原色光模仿真彩色顯示

紅綠藍的三原色光顯示技術廣泛用於電視和電腦的顯示器，利用紅、綠、藍三原色作為子像素組成的真色彩像素，透過眼睛及大腦的模糊化，「人類看到」不存在於顯示器上的感知色彩。最常見的有陰極射線管顯示器、LED 顯示器、液晶顯示器和電漿顯示器等。三種原色光在每一象素中以 0-255 (28) 強度組合成從全黑色到全白色之間各種不同的顏色光，目前在電腦硬體中採取每一象素用 24bit（位元）表示的方法，所以三種原色光各分到 8 位元，每一種原色的強度依照 8 位元的最高值 28 分為 256 個值。用這種方法可以組合 16777216 種顏色。最新的顯示卡、顯示器及軟體，已可支援到 210 , 即可以產生出 1073741824 種顏色。

### RGBW 模仿真彩色

近年，有鑑於傳統 RGB 技術呈現純白色時不夠光亮及較為耗電，不少公司紛紛研發出沒有顏色過濾物料的子像素，形成純白色，並把有關技術稱為 RGBW，如三星的 PenTile 和索尼的 WhiteMagic。

### 光線遇上螢幕時

近距離使用手機螢幕，在室內無光線干擾下，將不完全是白色的照明燈光投射在手機螢幕上，螢幕先形成最明顯的藍光，將照明燈靠近螢幕，再次形成範圍較廣的淺綠加上邊緣小範圍紅光，把照明燈拉遠後，將這三種顏色混合一起變成白光，也能正確發覺 RGB 出現在使用的手機例子之一。

## 非線性

由於 gamma 校正，在電腦顯示裝置上的顏色輸出的強度通常不是直接正比於在圖象檔案中 R, G 和 B 值。就是說，即使值 0.5 非常接近於 0 到 1.0（完全強度）的一半，電腦顯示器在顯示 (0.5, 0.5, 0.5) 時候的光強度通常（在標準 2.2-gamma CRT/LCD 上）是在顯示 (1.0, 1.0, 1.0) 時候的大約 22%，而不是 50%。

## 數值表示

一個顏色顯示的描述是由三個數值控制的，他分別為 R、G、B。但三個數值位為最大時，顯示為白色，當三個數值最小時，顯示為黑色。

數值表示可以使用以下幾種不同的方式:

從 0 到 1 之間可用的數來表示 ---- 浮點

從 0% 到 100%---- 百分比

使用 0 到 255 之間的整數，八位數字表示，通常表示為十進位和十六進位的數值

高端數位影像裝置通常會使用更大的整數來表示，比如 0 . . 1023 (10bit),0 . . 65535 (16bit) 或更大

例如紅色在不同方式下的表示

　
: :

 
RGB 與 YUV 轉換公式 (RGB 取值範圍均為 0~255)

* Y=0.299R＋0.587G＋0.114B ⁄ R=Y＋1.14V
* U=－0.147R－0.289G＋0.436B ⁄ G=Y－0.39U－0.58V
* V=0.615R－0.515G－0.100B ⁄ B=Y＋2.03U

## 幾何表示

顏色通常都是用三種成分來定義的，不僅 RGB 顏色模型是這樣，其它比如 CIELAB 和 YUV 也是如此。於是便採用三維空間來進行描述，把三種成分的數值當做歐幾里得空間中普通笛卡爾坐標系的坐標值。在 RGB 模型中使用 0 到 1 之間的非負數作為立方體的坐標值，將原點（0,0,0）作為黑色，強度值沿坐標軸方向遞增到達位於對角線（1,1,1）處的白色。

一個 RGB 組合（r,g,b）表示代表一個給定顏色的點在立方體內部、表面或者邊上的三維坐標。這種表示方法使得在計算兩個顏色相近程度時只需簡單計算它們之間的距離：距離越短顏色越接近。

## 電腦顯示模式

### 24 位元模式

每像素 24 位元（bits per pixel，bpp）編碼的 RGB 值：使用三個 8 位元無符號整數（0 到 255）表示紅色、綠色和藍色的強度。這是當前主流的標準表示方法，用於真彩色和 JPEG 或者 TIFF 等圖檔格式里的通用顏色交換。它可以產生一千六百萬種顏色組合，對人類的眼睛來說，其中有許多顏色已經是無法確切的分辨。

下圖展示了 24 bpp 的 RGB 立方體的三個「完全飽和」面，它們被展開到平面上：

上述定義使用名為「全值域」 RGB 的約定。顏色值也經常被認為是取值於 0.0 到 1.0 之間，這可以被對映到其他數字編碼。

使用每原色 8 - 位元的全值域 RGB 可以有 256 級別的白 - 灰 - 黑深淺變化，255 個級別的紅色、綠色和藍色（和它們的等量混合）的深淺變化，但是其他色相的深淺變化要少一些。由於 gamma 校正，256 級別不表示同等間隔的強度。

典型使用上，數位影片的 RGB 不是全值域的。影片 RGB 是有比例和偏移量的約定，即 (16, 16, 16) 是黑色，(235, 235, 235) 是白色。例如，這種比例和偏移量用在了 CCIR 601 的數字 RGB 定義中。

### 16 色

在這種模式中有 16 種基本顏色，它們分別是：

### 16 位元模式

16 位元模式分配給每種原色各為 5 位元，其中綠色為 6 位元，因為人眼對綠色分辨的色調更敏感。但某些情況下每種原色各佔 5 位元，餘下的 1 位元不使用。

### 32 位元模式

實際就是 **24 位元模式**，餘下的 8 位元不分配到像素中，這種模式是為了提高資料輸送的速度（32 位元為一個 DWORD，DWORD 全稱為 Double Word，一般而言一個 Word 為 16 位元或 2 個位元組，處理器可直接對其運算而不需額外的轉換）。同樣在一些特殊情況下，如 DirectX、OpenGL 等環境，餘下的 8 位元用來表示象素的透明度（Alpha）。

## 網站設計顏色

網站設計顏色應用的也是三原色光 24 位元模式，但網景色譜（Netscape Color Cube）將其確定為 216 種，用 6 種數位 #00, #33, #66, #99, #CC, #FF 組合成 216 種排列方法表示顏色。一般使用者就不會被 1670 萬種顏色所迷惑。這種表示顏色的方式被網際網路在 HTML 3.2（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）採納為標準方法。此色譜又被稱為安全色板（Safe Palette）。

## 參照

## 外部連結

* 顏色迷們的網站（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* 16 位元模式顏色表（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* 顏色模式（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* 各種模式的顏色表

## 參見

* 印刷四分色模式
* 顏色列表