色彩學基礎知識

 
 

 

什 麼 是 顏 色

沒有光就沒有顏色 :

光照射在物體上 , 有一部分被物體吸收 . 而那些沒有被吸收的光就被反射出來 , 眼睛內的感 光細胞 接收到這些光 , 便將射入的光轉化成神經衝動 , 並通過神經系統傳導至大腦 . 大腦將神經衝動解碼 , 形成對色彩的感知 .

就如其它感官一樣 , 每個人對顏色的感知都是不同的 . 不僅是因為 , 世界上沒有兩隻完全相同的眼睛 , 而且每個人對顏色的解碼也不盡相同 . 同一個人 , 在不同的時候 , 因心情的變化 , 對色彩的感知也會有變化 .

很多人可以用其他途徑感知顏色 . 例如 : 借助人的副感覺 , 顏色能靠聽覺獲得 – 音符 、 和絃與音樂與顏色相關聯 : 高音一般暗示著亮色 , 低音一般暗示著暗色 .

 

如 何 定 義 顏 色

我們可以用三個參數來定義顏色 : 第一個是色相 , 有時候也叫做色光 , 第二個是飽和度 , 第三個是亮度 . 每個顏色都可以用這三個參數來表示 , 但必須同時注明相應的光源 . 這是色度學的基礎 .

不同 色相 的顏色可以組成一個色相環 , 按順時針排列 , 從黃到橙 , 紅 , 紫 , 藍 , 藍綠 , 綠 , 最後回到黃 . 同一種色相的顏色 , 由於亮度的不同 , 可以表現為較深或較淺 , 如果某個顏色的飽和度減小 , 這個顏色鮮豔度就會變差 , 如果某個顏色的飽和度為零 , 那麼該顏色就是一個理想的非彩色 . 黑色 , 白色和所有介於其間的灰色都是非彩色 , 只是它們的亮度不同 .

 

顏 色 的 描 述 如 何 標 准 化

顏色是物體的一種物理屬性 , 而並非一種主觀感受 . 如何利用 產生 色彩的三個要素 ---- 光源 、 物體和觀測者 ---- 將人對顏色的感知標準化 ? 這是一個很困難的問題 .

沒有光就沒有顏色 .

可見光是介於 400nm(紫)與 700nm(紅)之間的電磁波 . 當光線照射於有色物體上時 , 一部分光被吸收而其餘的光則被反射出來 . 以一個紅色物體為例 , 它主要反射紅色部分的可見光 ; 而其餘部分的光則被吸收並轉化成熱能 . 在色度學上 , 常以在可見光範圍內 (400-700nm), 不同波長的入射光被反射的百分比 ( 反射率 %R) 來描述物體的顏色 . 在特殊的應用中 , 例如測試螢光 , 白色物體或偽裝色的時候 , 將會涉及紫外線 (UV 350-400nm) 或近紅外線 (NIR700-1300nm). 所有有色物體的顏色都能用分光反射率曲線來表示 , 就像人們用指紋來鑒定一個人一樣 .

CIE (國際照明委員會) 對作為光源的照明體 ( 光譜能量分佈 ) 有統一的標準 , 兩種最重要的照明體是重組日光 (CIE 標準照明體 D65) 和 鎢絲燈 (CIE 標準照明體 A)

當標準色度觀察者與照明體光譜能量分佈和反射率曲線相結合 , 我們就能通過計算得到一組三個參數(三刺激值) ， 來代表這個物體的顏色 .

在色度學裏, 人眼和大腦對色彩的感知也必須標準化. 反射光進入眼睛，照射於視網膜上的感光細胞 . 杆體細胞在較暗環境中發揮作用 , 在黑暗條件下接受物體的明暗資訊，分辨物體的輪廓 . 而錐體細胞在明亮的條件下 , 辨認物體的細節和顏色 . 錐體細胞有三種 , 每一種都有對光譜不同的敏感度 . 一種對較短的光波敏感 , 即光譜中的藍色區域 ; 另一種對中間的光波敏感 , 即光譜中的綠色區域 ; 第三種對較長的光波敏感 , 即紅色區域 . 三種錐體細胞的神經衝動傳到大腦 , 形成對顏色的感知 . 國際照明委員會標準化了三色混合係數 , 即人在較小視場下觀察物體時的 2 度標準標準觀察者和較大視場下觀察物體時的 10度標準視角 .

 

為 什 麼 需 要 色 度 空 間

試想一下 , 您需要訂購一件指定色光的綠色汗衫 , 假設您通過電話將這種綠色詳細地描述給您的供應商 . 結果您會得到這件準確顏色的汗衫麼 ? 多數不會 .

我們需要借助一種工具 – 色度空間 – 在這個色度空間裏 , 對每一個顏色均能準確地描述和定義 . 為了開發一種大家容易接受 , 在各個顏色區域，人們的分辨閾限都相等的色度空間 , 人們經過了很多年的嘗試 . 由此衍生出眾多的顏色系統 . 這些系統是當前色度學研究的重點 .

三刺激值 XY Z 是用來描述顏色的立體色彩空間 . X 與觀測者的紅刺激相關聯 , Y 與綠刺激 , 而 Z 與藍刺激相關聯 . Y 值同時還代表顏色的亮度 . 若不考慮物體的亮度 , 對表示色相和飽和度將非常方便 . 為 此 , 我們以三刺激值為基礎計算出了 CIE 色度座標 x, y, 並得到 CIE x,y 色度圖 . 在 xy 色度座標中 , CIE 三刺激值 Y 仍然代表顏色的亮度 .

CIELAB 顏色空間是在 CIE X, Y, Z 顏色空間的基礎上得到的 . 從三刺激值中計算出的三個色度值 : L* ( 亮度 ), a*( 紅綠軸 ), b*( 黃藍軸) , 或者是 L* (亮度), C*( 彩度 / 飽和度), h*( 色相 / 色調 ). 亮度值 (L*) 範圍從 0 (黑)到 100 (白) . 正的 a* 值表示紅色 , 負值表示綠色 , 正的 b* 值表示黃色 , 負值表示藍色 . 彩度值 (C*) 為 0 時表示非彩色 , 它的值越大就表示該顏色越鮮豔 . 色相 (h*) 是一個環形 , 從 0度的紅色開始到 90度的黃色 , 再到 180 度的綠色 , 到 270度的藍色 , 最後回到紅色 . 以一個鮮橙色為例 , 它有如下顏色數值 : L*=70; C*=56.6; h=45 或者是 L*=70; a*=40; b*=40.

 

什 麼 是 光 源 色 變

眾所周知 , 一個有色物體在某一種特定光源下表現出一種顏色 , 例如日光 , 而在另一種特定的光源下表現出另一種顏色 , 例如鎢絲燈 . 這種現象幾乎所有的有色物體都會發生 , 這是一種叫做現色性的光變色現象，也常稱做色恒性。但目前我們討論最多的 光源色變是指所謂的條件等色現象。

所謂的條件等色 , 是指當兩個物體在某一種光源下表現出相同的顏色 , 例如日光 (CIE D65), 但在另一種光源下，例如鎢絲燈 (CIE A). 則表現出不同的顏色。通常我們也把這種現象稱為跳燈。我們一般不希望這種現象出現 . 試想一下 , 您有一件藍色的外套 , 袖子和背部的材料有條件等色現象 ---- 這件外套在日光下兩個部分的顏色是非常一致的 , 但是在夜晚 , 在鎢絲燈下，兩部分的顏色卻是截然不同的 . 這肯定是不能接受的。

光源色變的現象可以用表示顏色的三刺激值 (X, Y 和 Z) 來評價。當兩個色樣的 X, Y, Z 值在某一種特定的光源下相等時 , 這兩個色樣就是等色的 . 當色樣的分光反射率完全一致時 , 三刺激值在任何照明體下都會等色 . 然而 , 當兩個色樣具有不同的分光反射率時 . ，在某一光源下也可能會有相同的 X,Y,Z 值 , 即兩個色樣等色 , 而在另一種光源下 X,Y,Z 值則不相同 , 因而使兩個顏色產生色差。

 

什 麼 是 色 差

很多有上色工藝的行業都要求提供一致的顏色和外觀 ( 光澤度 、外觀等 ). 與標準色或者說原色的差異要儘量減到最低 . 實際上要做到與標準樣完全一致是很困難 . 就算是同一塊色樣 , ( 例如一件短袖衫 ), 我們也能發現色差 . 只是差異比較小而矣， 因此我們需要把色差數位化 .

準樣和試樣的色差可以用儀器測試後計算出來 . 兩個顏色在某一均勻顏色空間裏的距離，可以代表其色差 . 儀器測色可以測試出標準樣和試樣間人眼所不能辨別的色差 . 因此 0.0 的色差是並不實際的目標 .

我們經常用 CIELAB 色度空間來計算色差. DE* 代表總色差 . 它可以通過 彩度差 (DC* - 較鮮豔 / 較沉鈍 ), 色相差 (DH* - 較綠 , 較黃 , 較藍 , 較紅 ) 和亮度差 (DL* - 較淡或較濃 ) ， 這些參數可由計算獲得 . 總色差也可以通過 亮度差 (DL*), 紅 - 綠坐標軸 a* 的差 (Da*), 和 黃 - 藍坐標軸 b* 的差 (Db*) 計算獲得 .