第 2 集 · B2 · 10 分钟
从数学角度看颜色：光谱、视锥细胞与RGB色彩空间
本讲座用通俗易懂的方式讲解颜色的本质——它不是光的固有属性，而是人眼三类视锥细胞对不同波长光的响应组合结果。主讲人通过牛顿棱镜实验引入光谱概念，解释为何单波长光对应特定色相（如500nm为蓝），但日常颜色多为混合光；进而用三维RGB空间类比视觉信号压缩过程，并定义亮度（到原点距离）、色度（在色度平面上的投影）和色调（绕消色轴旋转）。内容兼具物理学、生理学与线性代数思想，语言规范、逻辑清晰，适合俄语B1–B2学习者训练科技俄语听力。
中俄字幕
Здравствуйте. Мне очень приятно выступать здесь и видеть столько много
您好。很高兴能在这里发言，并看到这么多
заинтересованных людей.
感兴趣的人。
Поскольку я из Института проблем передачи информации, проблемы передачи информации
关注信息传输问题的人。
меня преследуют постоянно, и презентация немножечко в странном формате.
由于我来自信息传输问题研究所，信息传输问题一直困扰着我，因此这次演讲的格式有点特别。
Но в любом случае я обещаю вам, что...
但无论如何，我向你们保证……
эта лекция про цвет, которая, в принципе,
这堂关于色彩的讲座，实际上，
не первый раз уже доносится до аудитории, для вас будет в самом
已经不是第一次传达到听众中了，对你们来说，它将被呈现得
пока богатом виде донесена, потому что.
目前最丰富的形式，因为。
больше всего я люблю разговаривать о цвете с мелком в руках у доски или вообще
我最喜欢拿着粉笔站在黑板前或干脆在空中挥舞着手臂谈论颜色
размахивая руками в воздухе только так можно понять цвет по настоящему крепко
挥动双手在空中，只有这样才真正深刻地理解颜色
зажмурившись. Почему так?
闭上眼睛。为什么这样？
Дело в том, что сколько бы ни разговаривали люди о цвете, хороших определений цвета
问题在于，无论人们如何讨论颜色，关于颜色的准确描述始终不存在。
нет. Каждой домохозяйке кажется, что понятно, что такое цвет, а ученым приходится
没有。每个家庭主妇都觉得颜色是什么很清楚，但科学家们却不得不
манипулировать либо совсем негодными
要么使用完全不合适的手段。
определениями, либо определением Шрёдингера, того самого, который почти кот.
定义，或者薛定谔的定义，就是那个几乎变成猫的家伙。
И он определил цвет таким образом: это общее свойство света различного спектрального
他这样定义颜色：不同光谱组成的光所具有的共同属性，能引起相同的视觉感受。
состава вызывать одинаковое зрительное ощущение.
组成能引起相同的视觉感受。
вот по моему совершенно непонятно.
在我看来完全不清楚。
И это самое точное определение цвета, которое на данный момент существует.
这是目前存在的最精确的颜色定义。
Более того, даже это определение, даже
而且，甚至这个定义，甚至
если мы разберемся с определением Шредингера, то в конце концов мы поймем, что оно
如果我们弄清楚了薛定谔的定义，最终我们会明白它
работает только в калориметрических условиях, в условиях специально придуманных для
仅在量热条件下的观测中成立，即在为
того, чтобы человек мог выступать в качестве измерительного прибора.
人能够充当测量仪器而特意设计的条件下。
Калориметрические условия наблюдения цвета— это условия, когда вы смотрите в окуляр,
观察颜色的量热条件是指，当你通过目镜观察时，
и вам равномерно освещают глаз
你的眼睛均匀地受到某种光谱成分的光照。
светом какого- то спектрального состава.
以这种方式，
во всех более сложных
在更复杂的情况中，
ситуациях, когда вы просто смотрите вокруг и видите красную рубашку, зеленый лужок,
当你只是环顾四周，看到红色的衬衫、绿色的草坪，
определить понятие цвет еще сложнее.
要确定颜色的概念就更加困难了。
Но мы попытаемся.
但我们仍会尝试。
Пока. то что мы знаем из физики от Ньютона, что бывает радуга, и поскольку мы знаем,
再见。我们从牛顿物理学中知道，彩虹会出现，而且由于我们知道，
что призма или дифракционная решетка, которая возникает
棱镜或衍射光栅在空气中产生彩虹，
воздухе порождает радугу,
空气中的棱镜或衍射光栅会产生彩虹，
свет разных длин волн за счет
不同波长的光因折射而分离，
дисперсии направляет в разных направлениях, и
分散在不同方向上，而且
мы видим. почти монохроматическое излучение по каждому из направлений.
我们看到的几乎是单色的辐射，每个方向上都是如此。
И вот это почти монохроматическое излучение, пробегая по длинам волн, вызывает у нас
而这种几乎单色的辐射，沿着波长传播，引起我们的
ощущение от фиолетового через синий,
从紫色到蓝色的感觉。
желтый, в красный, и каждому такому цвету можно приписать определенную длину волны.
黄色，红色，每种这样的颜色都可以对应一个特定的波长。
Это не значит, что цвет определяется этой длиной волны, это всего лишь значит, что
这并不意味着颜色由这个波长决定，这只是意味着
цветам, которые мы можем сгенерировать, скажем, с помощью лазера или призмы или
我们可以通过激光、棱镜或衍射光栅生成的光谱颜色，
дифракционной решетки, мы можем
我们可以
таким монохроматическим излучением приписать какие- то цвета.
为这种单色辐射赋予某种颜色。
В общем же случае, чтобы понять, что такое цвет, надо более сложную систему
一般来说，要理解什么是颜色，需要更复杂的系统
рассматривать.
来分析。
Поскольку цвет— это восприятие, нам нужно что- то понимать
因为颜色是一种感知，所以我们需要了解
про сенсор, про то, что воспринимает цвет.
关于感光器，即感知颜色的装置。
Ну, допустим, про глаз или про RGB камеру.
比如眼睛或RGB相机。
В любом случае сенсор характеризуется набором светочувствительных элементов
无论如何，传感器由一组不同类型的光敏元件组成
различных типов.
不同类型的。
В глазу в условиях...
在...的光照条件下，
яркого света активны три типа колбочек, каждая из которых имеет свою спектральную
在强光下，三种视锥细胞都处于活跃状态，每种都有其特定的光谱
чувствительность.
敏感性。
Вот здесь нарисованы три колоколообразные функции, которые
这里画出了三个钟形函数，它们
соответствует спектральной чувствительности трем типам колбочек человека.
对应于人类三种视锥细胞的光谱敏感性。
Что такое спектральная чувствительность?
什么是光谱敏感性？
Ну, это функция величины отклика на один квант.
嗯，这是对一个光量子的响应大小的函数。
одну порцию света определённой длины волны,
一束特定波长的光能量，
то есть синей колбочкой чувствительно максимально для длин волн в районе 500
也就是说，蓝视锥细胞对大约500纳米波长的光最敏感，
нанометров, но как- то чувствительно и для других длин волн, постепенно эта
但对其他波长也有一定敏感度，随着波长变化，这种敏感度逐渐减弱。
чувствительность падает в обе стороны.
敏感度在两个方向上都下降。
То же самое с зелёной колбочкой, только у неё максимум в районе 550, ну и красный
绿色锥细胞也是如此，只是它的峰值大约在550左右，还有红色部分。
тип, как ни странно, имеет немалую чувствительность в синей области, но всё- таки
有趣的是，这种类型在蓝色区域仍具有相当的敏感度，但无论如何。
максимум смещён в красную область.
最大值向红色区域偏移。
таким образом при падении любого спектра излучения на маленькую площадку на сетчатке
因此，当任何光谱的辐射照射到视网膜上的一个小区域时
глаза с этой области сетчатки идет три сигнала.
从视网膜这一区域传来的有三个信号。
три числа, три неотрицательных величины, насколько возбудились в среднем синие
三个数字，三个非负量，表示该区域平均激发程度的蓝色视锥细胞，激发程度的绿色以及激发程度的
колбочки на этой площадке, насколько возбудились зеленые и насколько возбудились
红色视锥细胞。
красные. Таким образом.
红色的。就是这样。
а сетчатка человека или светочувствительная матрица камеры проецирует
而人眼的视网膜或相机的感光矩阵则会投射
спектральный сигнал в трехмерное пространство цветов.
光谱信号进入三维色彩空间。
вот здесь нарисовано это цветовое пространство RGB и
这里绘制了RGB色彩空间，
тёмным цветом это гистограмма трёхмерная, и тёмным цветом показаны те комбинации
深色表示三维直方图，深色部分展示了那些在图a、b、c中出现的红、绿、蓝组合。
красного, зелёного и синего, которые представлены на рисунках а, б, в.
图a、b、c中的那些红、绿、蓝组合在图中已标出。
Первые две картинки синтетические, и
前两幅图是合成的，
третья картинка фотореалистическая, там шума в цветовом пространстве побольше, но
第三幅图是照片级真实的，其中色彩空间中的噪声更多，但
все равно видно, что разным объектам на картинке соответствуют какие- то цветовые
仍然可以看出，图像中不同物体对应着某些色彩聚类，
кластеры, в основном вытянутые от нуля.
主要呈从零点延伸开来的细长形状。
а расстояние от нуля в цветовом пространстве называется яркостью.
从色彩空间原点的距离称为亮度。
Это мощностная характеристика, то есть если мы возьмём
这是功率特性，也就是说，如果我们取
какой- то источник света и будем,
某个光源，我们将
неважно какого спектрального состава, и будем увеличивать его мощность,
无论其光谱成分如何，我们将增加其功率
соответствующая точка в цветовом пространстве RGB поедет строго от нуля.
在RGB色彩空间中的对应点将严格从零开始移动
и будет удаляться, пока мы увеличиваем мощность.
并随着我们增加功率而不断远离
главная диагональ то есть те
主对角线，即那些
значения троек RGB в которых
RGB三元组的值中
цветовые компоненты равны это ахроматическая ось это серые цвета пока все что я
颜色分量相等，这是无彩色轴，即灰色，直到我所说的全部
рассказываю надо понимать очень примерно потому что
需要大致理解，因为
строго говоря.
严格来说
цветовое пространство человека ахроматическое, никакой хроматической оси там нет.
人的色彩空间是无彩色的，那里没有色度轴
Но если мы говорим о камере, то можно говорить о таких.
但如果说到相机，就可以讨论这些。
стимулах, которые в камере вызывают одинаковый
在相机中引起蓝色、红色和绿色像素相同信号的
сигнал синих, красных и зеленых пикселей.
信号。
Это будем называть серыми или ахроматическими цветами.
我们将这些称为灰色或无彩色。
И наконец, если мы вращаем точку вокруг ахроматической оси, при этом точка
最后，如果我们绕着无彩色轴旋转一个点，但该点不在无彩色轴上，
ахроматической оси не
不位于
принадлежит, то мы меняем цветовой тон: от красного к зеленому, от зеленого к синему
我们就会改变色调：从红色到绿色，从绿色到蓝色，
и от синего к красному.
再从蓝色回到红色。
Это то самое, что видно на радуге.
这正是我们在彩虹中看到的。
Радуга может быть любой яркости, но
彩虹可以有任意亮度，但
поперек радуги меняется цветовой тон.
穿过彩虹时，色调会发生变化。
если мы выкинем из цвета яркость,
如果我们去掉颜色的亮度，
а как это сделать?
那该怎么做呢？
спроецировав центрально
通过中心投影，
всё цветовое пространство на любую плоскость не проходящую через ноль.
将整个色彩空间投影到任意一条不经过零点的平面上。
с центром проекции в нуле.
投影中心位于零点。
Такая центральная проекция
这种中心投影，
точки, отличающиеся только яркостью, то есть лучи, проходящие через ноль,
那些仅在亮度上不同的点，即通过零点的射线，
спроецируют в одну точку на этой плоскости.
会投影到该平面上的同一个点上。
плоскость называется плоскостью цветности, две координаты вместе этой плоскости
该平面被称为色度平面，其上的两个坐标共同构成。
называются цветностью, то есть той частью цвета, которая не связана с мощностью
称为色度，即与亮度无关的颜色部分
излучения. если из цвета убрать яркость то останется цветность она живет на
色度。如果从颜色中去除亮度，剩下的就是色度，它存在于
плоскости цветности и все достижимые цветности образуют так называемый цветовой
色度平面和所有可达到的色度构成了所谓的色度
треугольник Как вы видите, он
三角形 如您所见，它
не очень треугольник.
不太像三角形。
Тем не менее это такая неплохая иллюстрация цветового треугольника человека по
尽管如此，这仍然是一个不错的现代人色彩三角形示意图。
современным представлениям.
根据现代观点。
И по внешней границе этого треугольника можно
并且沿着这个三角形的外边缘可以
отложить те самые длины волн, о которых уже немножко было сказано.
推迟那些已经稍微提到过的波长。
И у этого треугольника есть явно выраженные два угла.
而且这个三角形明显有两个角。
это само по себе удивительно при названии треугольник, но сейчас я попытаюсь вас
这本身就很令人惊讶，尽管名字叫三角形，但现在我将尝试说服你们
убедить, что. угол то должен был быть один
相信那个角本来应该只有一个
у цветового треугольника
在色三角形上
почему давайте представим себе
为什么我们不妨想象一下
что происходило с реакцией
反应发生了什么
нет не так давайте вот с чего начнем
不，不对，让我们从这里开始
поскольку мы рассматриваем
因为我们正在考虑
проекции разных спектров
不同光谱的投影
в цветовое пространство и эта проекция линейна,
进入色彩空间并且这种投影是线性的，
то любые достижимые комбинации RGB могут быть.
那么任何可实现的RGB组合都可以。
получены за счёт выпуклой смеси
通过凸混合获得
тех реакций которые
这些反应
来源：UNIVER TV · CC BY 3.0