生活科普:煙花那么好看,為什么我永遠(yuǎn)拍不出來(lái)?
發(fā)布時(shí)間:2022-08-03
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是鏡頭的問(wèn)題還是屏幕的問(wèn)題?

微信圖片_20220725162034.jpg

圖片來(lái)源:pixabay


撰文?|?不周


審校 | 王昱



每次選購(gòu)新的“身體器官”——手機(jī)時(shí),看著令人眼花繚亂的配置,我們總會(huì)糾結(jié)許久。大部分人都會(huì)關(guān)注幾個(gè)重要參數(shù),比如處理器、續(xù)航、屏幕素質(zhì)等,其中屏幕素質(zhì)中最直觀的參數(shù)是分辨率。遺憾的是,即使你買到目前屏幕技術(shù)最先進(jìn)、分辨率最高的手機(jī),它也無(wú)法為你呈現(xiàn)最真實(shí)的煙花景象。


夜幕中,煙花點(diǎn)燃后升空,在黑暗的背景下快速炸開(kāi),展示給我們的是明亮而絢爛的視覺(jué)盛宴。然而,對(duì)手機(jī)屏幕而言,完美呈現(xiàn)色彩復(fù)雜多變的煙花綻放卻是最艱難的挑戰(zhàn)。



色彩的呈現(xiàn)


在理解這個(gè)挑戰(zhàn)之前,我們需要了解:色彩是如何被感知和呈現(xiàn)的?色彩的感知,本質(zhì)上取決于物體反射、發(fā)出或透過(guò)的光線。視網(wǎng)膜上的視錐細(xì)胞(cone cell)在接收到不同波長(zhǎng)的光線時(shí),會(huì)將信號(hào)傳輸給大腦,大腦繼而識(shí)別出不同顏色。紅、綠、藍(lán)三種色光的隨機(jī)組合,能調(diào)出其他顏色,因此被稱為光學(xué)三原色(比如紅光和綠光的疊加是黃光)。


明度(lightness)可以描述顏色的明暗深淺,它與白色的摻雜比例相關(guān)。如果我們?cè)O(shè)定黑色明度值為0,白色的明度值為10,那么所有顏色的明度都介于0與10之間。同一個(gè)顏色摻入的白色越多,明度就越高,顏色看上去就越淺。有趣的是,如果一個(gè)物體的亮度(luminance,單位面積光通量,單位是尼特,nit)更高,那么它的顏色看上去也會(huì)更淺。


看起來(lái),明度與亮度都會(huì)影響顏色的深淺。但明度是色彩的屬性,而亮度反映的是人眼感知物體表面發(fā)光或反光的強(qiáng)弱。亮度既與光強(qiáng)有關(guān),也與人眼對(duì)不同波長(zhǎng)光線的敏感程度有關(guān)。比如,光強(qiáng)相同的綠光和藍(lán)光,我們會(huì)本能的認(rèn)為綠光更亮。而亮度過(guò)高或過(guò)低時(shí),你甚至無(wú)法看清物體的顏色。


自然界中多數(shù)物體通過(guò)反射光線呈現(xiàn)不同的顏色,人造的電子屏幕則必須主動(dòng)發(fā)射光線到人眼。電子屏幕只要有三色的發(fā)光器件,并可以調(diào)整三色摻雜的比例,便能呈現(xiàn)出不同顏色。


但事實(shí)上,手機(jī)屏幕從早年的LCD(Liquid Crystal Display, 液晶顯示)技術(shù)發(fā)展到最新的OLED(Organic Light-Emitting Diode, 有機(jī)發(fā)光半導(dǎo)體)技術(shù),依然受硬件所限,無(wú)法顯示出所有顏色,比如高純度的綠色和紅色。


人眼對(duì)光線的明暗變化極為敏感,不僅能察覺(jué)顏色極細(xì)微的動(dòng)態(tài)變化,也能感知極大的色彩動(dòng)態(tài)范圍。因此為了提升視覺(jué)體驗(yàn),無(wú)論是手機(jī)還是電視屏幕都在推進(jìn)HDR(High Dynamic Range,高動(dòng)態(tài)范圍)技術(shù)的發(fā)展——亮度范圍更寬,承載的色彩信息量更大、也更接近現(xiàn)實(shí)。但即使這樣,這些屏幕也還是無(wú)法完全還原真實(shí)世界的色彩與亮度。




最艱難的挑戰(zhàn)


說(shuō)回到煙花,它與電子屏幕相似,都是主動(dòng)發(fā)射光線到人眼。但煙花的顯色原理本質(zhì)上是焰色反應(yīng)——金屬原子在受熱時(shí),電子會(huì)吸收能量,而后再以特定波長(zhǎng)的光線釋放能量。這種顯色方式?jīng)Q定煙花的光譜主要發(fā)射線構(gòu)成——光的能量集中在非常狹窄的波長(zhǎng)范圍內(nèi)。不同金屬及金屬化合物在灼燒時(shí),火焰會(huì)呈現(xiàn)不同的顏色。比如金屬鈉灼燒時(shí)的火焰呈黃色,而金屬鋇則是黃綠色火焰等。


為了讓煙花的顏色絢麗多彩,煙花制造過(guò)程中通常會(huì)加入顯色劑,也就是金屬鹽,如呈現(xiàn)紅色的鍶鹽、鋰鹽;呈現(xiàn)橙色的鈣鹽;呈現(xiàn)藍(lán)色的銅化合物;呈現(xiàn)銀色的鎂粉等。經(jīng)煙花設(shè)計(jì)師調(diào)配,高溫作用下的金屬鹽會(huì)隨溫度和時(shí)間改變煙花火焰的顏色。但電子屏幕以RGB三色顯示顏色的方式,注定它無(wú)法顯示所有單色光(波長(zhǎng)固定的光/無(wú)法色散的光)


煙花在空中炸開(kāi)的一瞬間,顏色可能會(huì)從極高溫的白色、變?yōu)辄S色、再過(guò)渡到橙色(若添加鎂粉,還會(huì)有銀白色的火花四散);亮度會(huì)從爆發(fā)時(shí)耀眼的光芒轉(zhuǎn)變到消散時(shí)的黯淡。在夜幕黑暗背景的襯托下,這些跨度極大的變化,在電子屏幕上看卻是由明至暗的黃色花火,細(xì)節(jié)與層次盡失。煙花在手機(jī)屏幕上與現(xiàn)實(shí)中的差距,很可能就像你肉眼看煙花禮炮與仙女棒煙花的差距。因?yàn)闊熁ň`放時(shí)色彩和亮度的變化,精細(xì)且跨度極廣,其復(fù)雜程度已遠(yuǎn)超目前電子屏幕的顯示能力。所以不難理解,耀眼奪目的煙花在手機(jī)屏幕上定然會(huì)大打折扣。




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