烟花那么好看，为什么我永远拍不出来？

　　图片来源：pixabay
　　漫天绽放的烟花下，我们总想用手机留住这片刻的美好。但看着手机屏幕中色彩黯淡的烟花，再抬头望向天空，我们不禁怀疑：这和我看到的是同一片景象吗？为何烟花在手机屏幕上总像被洗去了颜色，显得如此黯淡呢？
　　撰文不周
　　审校王昱
　　每次选购新的手机时，看着令人眼花缭乱的配置，我们总会纠结许久。大部分人都会关注几个重要参数，比如处理器、续航、屏幕素质等，其中屏幕素质中最直观的参数是分辨率。遗憾的是，即使你买到目前屏幕技术最先进、分辨率最高的手机，它也无法为你呈现最真实的烟花景象。
　　夜幕中，烟花点燃后升空，在黑暗的背景下快速炸开，展示给我们的是明亮而绚烂的视觉盛宴。然而，对手机屏幕而言，完美呈现色彩复杂多变的烟花绽放却是最艰难的挑战。
　　色彩的呈现
　　在理解这个挑战之前，我们需要了解：色彩是如何被感知和呈现的？色彩的感知，本质上取决于物体反射、发出或透过的光线。视网膜上的视锥细胞（conecell）在接收到不同波长的光线时，会将信号传输给大脑，大脑继而识别出不同颜色。红、绿、蓝三种色光的随机组合，能调出其他颜色，因此被称为光学三原色（比如红光和绿光的叠加是黄光）。
　　明度（lightness）可以描述颜色的明暗深浅，它与白色的掺杂比例相关。如果我们设定黑色明度值为0，白色的明度值为10，那么所有颜色的明度都介于0与10之间。同一个颜色掺入的白色越多，明度就越高，颜色看上去就越浅。有趣的是，如果一个物体的亮度（luminance，单位面积光通量，单位是尼特，nit）更高，那么它的颜色看上去也会更浅。
　　看起来，明度与亮度都会影响颜色的深浅。但明度是色彩的属性，而亮度反映的是人眼感知物体表面发光或反光的强弱。亮度既与光强有关，也与人眼对不同波长光线的敏感程度有关。比如，光强相同的绿光和蓝光，我们会本能的认为绿光更亮。而亮度过高或过低时，你甚至无法看清物体的颜色。
　　自然界中多数物体通过反射光线呈现不同的颜色，人造的电子屏幕则必须主动发射光线到人眼。电子屏幕只要有三色的发光器件，并可以调整三色掺杂的比例，便能呈现出不同颜色。
　　但事实上，手机屏幕从早年的LCD（LiquidCrystalDisplay，液晶显示）技术发展到最新的OLED（OrganicLightEmittingDiode，有机发光半导体）技术，依然受硬件所限，无法显示出所有颜色，比如高纯度的绿色和红色。
　　人眼对光线的明暗变化极为敏感，不仅能察觉颜色极细微的动态变化，也能感知极大的色彩动态范围。因此为了提升视觉体验，无论是手机还是电视屏幕都在推进HDR（HighDynamicRange，高动态范围）技术的发展亮度范围更宽，承载的色彩信息量更大、也更接近现实。但即使这样，这些屏幕也还是无法完全还原真实世界的色彩与亮度。
　　手机屏幕多以RGB（red，green，blue）形式显示颜色。图中是OLED屏幕的微观结构：红绿蓝三色像素。图片来源：MatthewRollings
　　最艰难的挑战
　　说回到烟花，它与电子屏幕相似，都是主动发射光线到人眼。但烟花的显色原理本质上是焰色反应金属原子在受热时，电子会吸收能量，而后再以特定波长的光线释放能量。这种显色方式决定烟花的光谱主要发射线构成光的能量集中在非常狭窄的波长范围内。不同金属及金属化合物在灼烧时，火焰会呈现不同的颜色。比如金属钠灼烧时的火焰呈黄色，而金属钡则是黄绿色火焰等。
　　从左至右依次为氯化锂、氯化锶、氯化钙、氯化钠、氯化钡、硼酸三甲酯、氯化铜、氯化铯和氯化钾的焰色反应。图片来源：Hegelrast
　　为了让烟花的颜色绚丽多彩，烟花制造过程中通常会加入显色剂，也就是金属盐，如呈现红色的锶盐、锂盐；呈现橙色的钙盐；呈现蓝色的铜化合物；呈现银色的镁粉等。经烟花设计师调配，高温作用下的金属盐会随温度和时间改变烟花火焰的颜色。但电子屏幕以RGB三色显示颜色的方式，注定它无法显示所有单色光（波长固定的光无法色散的光）
　　显示屏通过RGB色彩模型（图片展示的是sRGB）呈现颜色，注定无法呈现一些单色光的颜色。图片来源：Dicklyon
　　烟花在空中炸开的一瞬间，颜色可能会从极高温的白色、变为黄色、再过渡到橙色（若添加镁粉，还会有银白色的火花四散）；亮度会从爆发时耀眼的光芒转变到消散时的黯淡。在夜幕黑暗背景的衬托下，这些跨度极大的变化，在电子屏幕上看却是由明至暗的黄色花火，细节与层次尽失。烟花在手机屏幕上与现实中的差距，很可能就像你肉眼看烟花礼炮与仙女棒烟花的差距。因为烟花绽放时色彩和亮度的变化，精细且跨度极广，其复杂程度已远超目前电子屏幕的显示能力。所以不难理解，耀眼夺目的烟花在手机屏幕上定然会大打折扣。
　　烟花与仙女棒的对比。图片来源：Pixabay
　　画面的捕捉
　　事实上，如果不考虑电子屏幕色彩输出的局限，想完美呈现烟花绽放也依旧是个难题。因为输出真实画面的前提需要输入端摄像设备的完美配合。当你用手机或相机拍摄时，设备能捕捉到的色彩和明暗区间，决定了影像的质量。照片和视频中高光区与阴影区的信息越完整，作品的细节与层次也就越丰富。摄像设备捕捉画面亮度从最暗到最亮范围的能力，也称为动态范围，它是图像传感器的一项重要参数。
　　图像传感器在不同设备间的差异很大，专业摄像机的动态范围可能达到普通手机的两倍。所以你会发现，有时用手机自拍好像怎么调都不好看：对焦到自己面部时，背景亮到一片惨白；但若对焦到身后，倒是能看清背景了，面部又暗得一塌糊涂。这说明，你正背对着光源拍摄。手机图像传感器较小，导致动态范围也小，所以很难用手机高质量地拍摄出明暗对比较强的影像。
　　逆光拍摄的照片：背景清晰，拍摄主体信息缺失（但这张照片逆光是为拍摄主体的剪影）。图片来源：Pixabay
　　专业的相机虽然成像质量高，但下班路上看到天边金红色的夕阳，想随手一拍，人们还是会倾向使用更便携的手机。虽然手机照片可能会与真实所见有微妙的不同，但记录生活嘛，已然足够了。
　　夜色下的烟花，美好而震撼，却是手机拍摄和屏幕显示的噩梦。下一次，还是放过手机，用我们可靠的双眼来欣赏烟火大会吧！
　　参考链接：https：www。wired。comstorythecolorfulscienceofwhyfireworkslookbadontv
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