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色彩理論知識（三）

2010-08-26

                                                          色彩理論知識（三）

CIE 顏色系統(tǒng)

CIE 表示 Commission Internationale d'Eclairage，是世界聞名的研究顏色的學(xué)者的組織。在 1931 年，這些科學(xué)家建立了表示可見光譜的一系列顏色空間的標(biāo)準(zhǔn)。CIE 顏色模型和我們前面討論過的其它模型類似，采用三個(gè)坐標(biāo)來表示一個(gè)顏色在色空間中的位置。但是，CIE 空間（包括 CIE XYZ、CIE L*a*b* 和 CIE L*u*v*）是不依賴設(shè)備的，也就是說，這些色空間中的顏色范圍并不受到某種設(shè)備或某一個(gè)觀察者視覺再現(xiàn)能力的限制。

標(biāo)準(zhǔn)觀察者

基本的 CIE 色空間是 CIE XYZ， 它建立在標(biāo)準(zhǔn)觀察者的視覺能力的基礎(chǔ)之上，所謂標(biāo)準(zhǔn)觀察者是 CIE 對人的視覺深入研究得出的理想觀察者。CIE 針對大量的對象進(jìn)行了顏色匹配實(shí)驗(yàn)，然后用實(shí)驗(yàn)的結(jié)果產(chǎn)生“顏色匹配函數(shù)”和“通用顏色空間”，表示標(biāo)準(zhǔn)的人眼可見顏色的范圍。顏色匹配函數(shù)是每個(gè)光的原色（紅、綠和藍(lán)）被使用來感知可見光譜的所有顏色。CIE 分配坐標(biāo)軸 X、Y 和 Z 來代表三原色。

XYZ 顏色模型

由 XYZ 三個(gè)值，CIE 導(dǎo)出了 yxY 色度圖，以將可見光譜定義為一個(gè)三維顏色空間。此顏色空間也將可見光譜限制在一封閉形狀內(nèi)；只有 yxY 色空間不能描述為一球形。CIE 發(fā)現(xiàn)，我們不能均勻地看見所有顏色，因此，色空間被修正成有些歪斜的顏色空間來描述視覺范圍。

yxY 圖的“自然”形狀提供了一般可視色空間的真實(shí)透視。然而，該圖的歪斜形狀表示我們對紫色和紅色的微小顏色變化很敏感，對綠色和黃色的變化卻容易忽略。你可以看到，色度圖的上部綠色和黃色很伸展，而紅色和紫色緊緊地堆在一起。

CIE 的目標(biāo)是： 開發(fā)一個(gè)作為顏色信息交流標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)，為顏料、油墨、染料及其它色料生產(chǎn)商使用。這個(gè)系統(tǒng)包括顏色匹配的標(biāo)準(zhǔn)，但 CIE XYZ 模型的不平衡性使得這些標(biāo)準(zhǔn)難于清楚地定位。因此，1976 年 CIE 開發(fā)出更為均勻的顏色標(biāo)準(zhǔn)：CIE L*u*v* 和 L*a*b*。在這兩種模型中，L*a*b* 使用更為廣泛。

CIE L*a*b* 顏色模型

L*a*b* 色空間良好的平衡結(jié)構(gòu)是基于一種顏色不能同時(shí)既是綠又是紅，也不能同時(shí)既是藍(lán)又是黃這個(gè)理論建立的。所以，單個(gè)的值可用于描述紅色/綠色以及黃色/藍(lán)色特征。當(dāng)一種顏色用 CIE L*a*b* 表示時(shí)，L* 表示明度、a* 表示紅/綠值、b* 表示黃/藍(lán)值。許多方面，這個(gè)顏色空間很象三維顏色空間如 L*C*H°和 HSL。

如果 L*a*b* 色空間中橙-紅陰影是可識別的，它的三刺激數(shù)據(jù)如下所示：

反射光譜顏色模型

到目前為止，我們所研究過的所有顏色模型都是建立在三刺激數(shù)據(jù)基礎(chǔ)之上的。每個(gè)模型都使用三個(gè)要素來描述顏色： 三原色或顏色空間坐標(biāo)軸的三屬性。我們將要討論的后一個(gè)顏色模型，反射光譜顏色模型，是所有模型中精確的。該顏色模型并不依賴三個(gè)參考點(diǎn)；相反，反射光譜數(shù)據(jù)測量可見光譜中多個(gè)不同參考點(diǎn)以得到整個(gè)光譜能量分布。這是你在用掃描方法和手持式積分球式分光光度儀測量顏色樣品時(shí)所使用的基本顏色模型。

描畫反射光譜曲線

反射光譜數(shù)據(jù)對顏色的描述是的，因此我們可以把它作為“指紋”。我們可以通過繪制反射光譜數(shù)據(jù)為曲線來目測評估該“指紋”。每個(gè)物體的顏色由波長和光能（或反射率強(qiáng)度）組成，它們在測量顏色時(shí)提供兩個(gè)絕對參考點(diǎn)。例如，掃描積分球式分光光度儀以 10nm 的間距將反射光譜分為 31 個(gè)參考波長，然后在每個(gè)參考點(diǎn)測量反射率強(qiáng)度的等級。

該信息可以在由水平軸（代表不同波長的 320 納米）和縱軸（代表每個(gè)參考點(diǎn)下的反射率強(qiáng)度）組成的柵格上被繪制成曲線。下圖說明測量顏色的反射光譜曲線上的各點(diǎn)是如何被繪制的。

真實(shí)顏色能量

反射光譜數(shù)據(jù)是你能夠在新性能下操作和控制顏色。除了一貫精確，反射光譜數(shù)據(jù)的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是它能在任何光源下預(yù)知顏色的行為。反射光譜數(shù)據(jù)是與光源無關(guān)的，因?yàn)樗鼫y量的是反射光的百分比；不論什么光源，反射率百分比是相同的。而且，反射光譜數(shù)據(jù)可以被轉(zhuǎn)換為任何其它顏色模型（例如 RGB、CMYK、L*a*b*、L*u*v*、L*C*H°以及其它）。反之是不成立的： 你不能從其它顏色模型得到反射光譜數(shù)據(jù)。

下面我們將討論不同設(shè)備和光源對于顯示顏色的影響，從中你可更深刻地體會到三刺激數(shù)據(jù)的局限性和使用光譜數(shù)據(jù)表示顏色的優(yōu)越性。

色域

RGB 和 CMY(K) 顏色模型是與設(shè)備相關(guān)的-使用模型三數(shù)值創(chuàng)建顏色的能力依賴于設(shè)備的能力。我們目前討論過的四種不同的“設(shè)備”對桌面圖形和印刷都非常重要： 人眼、掃描儀、監(jiān)視器和打印機(jī)。每種設(shè)備都有很寬的顏色范圍，或色域：

人的視覺可以理解上百萬種不同的顏色。

照相膠片可以捕捉超過一百萬種顏色。

不同顏色監(jiān)視器可以顯示上萬或百萬種顏色，根據(jù)不同類型。

印刷機(jī)可以創(chuàng)建五到六千種顏色。

所以儀器的色域都不相同（即使是同一生產(chǎn)商制造的儀器）。不同人的視覺的色域也有些許不同。這意味著有多少不同的 RGB 色空間，就有多少種監(jiān)視器，而且掃描儀和打印機(jī)也是這樣。我們可以認(rèn)為它們在不同“語言環(huán)境”下都是流利的。監(jiān)視器和掃描儀的語言是不同類型的 "RGB"，而打印機(jī)的語言是外語 "CMYK"。因此，從原始顏色圖像再生為后的打印頁面是音調(diào)范圍壓縮的過程是有問題的： 原始圖像的某些顏色是掃描儀不能得到的；掃描后的圖像的某些是監(jiān)視器得不到的；顯示在屏幕上的圖像包括不能在紙上再生的顏色。

查看條件

當(dāng)客觀定義“物體顏色”時(shí)，我們也必須考慮光源。正如我們先前討論的，不同光源有自己的波長組成，波長在不同方法下依次被物體影響。例如，人眼看明亮的紅蘋果在日光下顯得很鮮艷，而在熒光燈下顯得有些陰暗。同樣，在一種光源下顯得很類似的兩種顏色在另一光源下會顯得非常不同。這種現(xiàn)象稱為同色異譜。

同色異譜

你是否曾在白天在百貨公司為褲子和襪子配好色，而回到家在白熾燈下發(fā)現(xiàn)它們的顏色不再匹配？ 這褲子和襪子就是同色異譜對。紡織品的生產(chǎn)商和其它顏色集中的商品也在每一天遇到這個(gè)現(xiàn)象，因此必須找到方法將該影響減到小。

下面的例子是比較同色異譜匹配的兩個(gè)灰調(diào)。在日光燈下，這些灰色匹配得很好。然而，在白熾燈下，第一個(gè)灰樣有些偏紅。這些變化可以通過繪制不同灰樣和不同光源的反射光譜曲線得到證明，然后比較兩色樣之間強(qiáng)的反射功率:

如果光源條件不再影響我們對顏色的感覺，我們可以立刻發(fā)現(xiàn)樣品1在任何光源下的紅度。事實(shí)上，我們可以很清楚地看到它的反射光譜曲線在光譜橙色和紅色范圍（600 到 700 納米之間）很快上升。然而，在特定光源下我們的眼睛有錯(cuò)覺。

日光包含藍(lán)色波長的強(qiáng)烈影響，在 400 到 500 納米之間（加亮區(qū)域）。當(dāng)灰色在日光下被照射，藍(lán)色范圍內(nèi)這兩種顏色的關(guān)系被加強(qiáng)。正如你看到的，它們的反射光譜曲線在這個(gè)特定區(qū)域的確很接近，形成可以感覺到的匹配。

白熾光包含紅色波長的強(qiáng)烈影響，在600到700納米之間（加亮區(qū)域）。這當(dāng)然發(fā)生在樣品 A 和樣品 B 不同的地方，所以這種差別在白熾燈下被夸大。我們可以在樣品 A 反射輸出中更清楚地識別紅色。