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？
每次选购新的“身体器官”—— 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（cone cell）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（Liquid Crystal Display, 液晶显示）技术发展到最新的 OLED（Organic Light-Emitting Diode, 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（High Dynamic Range，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。
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。
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）
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。
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。
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：
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https://www.wired.com/story/the-colorful-science-of-why-fireworks-look-bad-on-tv/
本文来自微信公众号：环球科学 （ID：huanqiukexue），撰文：不周 审校： 王昱