色彩学基本概念.doc

包装色彩学基本概念第一章 概 论色彩的意义 色彩是一种视觉感受，客观世界通过人的视觉器官形成信息，使人们对它产生认识。所以，视觉是人类认识世界的开端。根据现代科学研究的资料表明，一个正常人从外界接受的信息，百分之九十以上是由视觉器官输入大脑的。来自外界的一切视觉形象，如物体的形状、空间、位置以及它们的界限和区别都由色彩和明暗关系来反映。 “日出江花红胜火，春来江水绿如蓝”、“两个黄鹂鸣翠柳，一行白鹭上青天”、“日色冷青松，空翠湿人衣”，等等诗句所表现的意境，都是作者运用了色彩视觉的特殊作用，以及它们的审美特征，使诗句更能表达出作者的思想感情。在视觉艺术中，色彩作为给人第一视觉印象的艺术魅力更为深远，常常具有先声夺人的力量。人们观察物体时，视觉神经对色彩反映最快，其次是形状，最后才是表面的质感和细节，所以在实用美术中常有远看色彩近看花、先看颜色后看花、七分颜色三分花的说法。生动地说明了色彩在艺术设计中的重要意义。色彩的感觉人的色彩感觉信息传输途径是光源、彩色物体、眼睛和大脑，也就是人们色彩感觉形成的四大要素。这四个要素不仅使人产生色彩感觉，而且也是人能正确判断色彩的条件。 光源的辐射能和物体的反射是属于物理学范畴的，而大脑和眼睛却是生理学研究的内容，但是色彩永远是以物理学为基础的，而色彩感觉总包含着色彩的心理和生理作用的反映，使人产生一系列的对比与联想。 美国光学学会（Optical Society of America）的色度学委员会曾经把颜色定义为：颜色是除了空间的和时间的不均匀性以外的光的一种特性，即光的辐射能刺激视网膜而引起观察者通过视觉而获得的景象。我国国家标准GB5698-85中，颜色的定义为：色是光作用于人眼引起除形象以外的视觉特性。根据这一定义，色是一种物理刺激作用于人眼的视觉特性，而人的视觉特性是受大脑支配的，也是一种心理反映。 在人类对客观世界的认识和改造过程中，自然景物的色彩却逐步给人造成了一定的心理影响，产生了冷暖、软硬、远近、轻重等感受，以及由色彩所产生的种种联想。例如，从红色联想到火焰，蓝色联想到大海，这种联想便产生了明确的概念，使人对不同的色彩产生不同的感觉。第二章 色彩的物理理论色与光的关系 没有光就没有色，光是人们感知色彩的必要条件，色来源于光。所以说：光是色的源泉，色是光的表现。光的本质 牛顿的微粒说、惠更斯的弹性波动说、麦克斯韦的电磁理论、爱因斯坦的光量子学说、现代的波粒二象性理论。 可见光在电磁波辐射范围内，只有波长380nm到780nm（1nm=10-9mm）的辐射能引起人们的视感觉，这段光波叫做可见光。光的色散实验习惯上称该色带为光谱（spectrum）光谱的七色说 古希腊时代，亚里土多德认为世间万物的绚丽色彩都是由七个基本色彩组成。这七个基本色彩就是由亮渐暗的白、黄、红、紫、绿、青、黑。虽然他并无太多依据，但“七这个数字却统治了欧洲科学界达两千年之久。 牛顿是否也受此影响已无凭可据，但其晚年成为虔诚的教徒，当时英国教会奉献给上帝的音乐采用着一种以自然大音阶的D音为主音的七声音阶调划定这七色，由此划定光谱的七色为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫。色光加色法（additive mixture） - 色光三原色的确定 色光中存在三种最基本的色光，它们的颜色分别为红色、绿色和蓝色。这三种色光既是白光分解后得到的主要色光，又是混合色光的主要成分，并且能与人眼视网膜细胞的光谱响应区间相匹配，符合人眼的视觉生理效应。这三种色光以不同比例混合，几乎可以得到自然界中的一切色光，混合色域最大；而且这三种色光具有独立性，其中一种原色不能由另外的原色光混合而成，由此，我们称红、绿、蓝为色光三原色。 为了统一认识，1931年国际照明委员会（CIE）规定了三原色的波长R=700.0nm,G=546.1nm,B=435.8nm。由两种或两种以的色光相混合时，会同时或者在极短的时间内连续刺激人的视觉器官，使人产生一种新的色彩感觉。我们称这种色光混合为加色混合。这种由两种以上色光相混合，呈现另一种色光的方法，称为色光加色法。 国际照明委员会（CIE）进行颜色匹配试验表明：当红、绿、蓝三原色的亮度比例为1.0000：4.5907：0.0601时，就能匹配出中性色的等能白光，其表达式为（R）+（G）+（B）=（W）。R、G、B 为色光一次色（three primary colors）C、M、Y 为色光二次色（secondary color）W 为色光三次色（三原色不等量混合所得色光也是）加色混合种类 - 视觉器官外的加色混合 视觉器官外的加色混合是指色光在进入人眼之前就已经混合成新的色光。混合色光中的各原色光对人眼的刺激是同时开始的，是色光的同时混合 - 视觉器官内的加色混合 视觉器官内的加色混合是指参加混合的各单色光，分别刺激人眼的三种感色细胞，使人产生新的综合色彩感觉，它包括静态混合与动态混合。视觉器官内的加色混合 - 静态混合 静态混合是指各种颜色处于静态时，反射的色光同时刺激人眼而产生的混合，如细小色点的并列与各单色细线的纵横交错，所形成的颜色混合，均属静态混合，各色反射光是同时刺激人眼的，也是色光的同时混合。 由于视锐度所限，人们不能将相隔太近，且面积又很小的色点或色线分辨开来，而将它们视为一种混合色。- 动态混合动态混合是指各种颜色处于动态时，反射的色光在人眼中的混合，如彩色转盘的快速转动，各种色块的反射光不是同时在人眼中出现，而是一种色光消失，另一种色光出现，先后交替刺激人眼的感色细胞，由于人眼的视觉暂留现象，使人产生混合色觉。色光混合规律- 色光连续变化规律 若红光不变，改变绿光的强度使其逐渐减弱，可以看到混合色由黄变红的各种过渡色彩。- 补色律 最基本的互补色有三对：红-青，绿-品红，蓝-黄。 一种色光照射到其补色的物体上，则被吸收。如蓝光照射黄色物体，则呈现黑色。- 中间色律 任何两种非补色光混合，便产生中间色。其颜色取决于两种色光的相对能量，其鲜艳程度取决于二者在色相顺序上的远近。- 代替律 颜色外貌相同的光，不管它们的光谱成份是否一样在色光混合中都具有相同的效果。凡是在视觉上相同的颜色都是等效的。即相似色混合后仍相似。如果颜色光A=B、 C=D，那么： A+C=B+D- 亮度相加律 由几种色光混合组成的混合色的总亮度等于组成混合色的各种色光亮度的总和。色料减色法（subtractive mixture） 色料：色感最纯的微粒状物质，具有理想的漫反射状态，是最理想的固有色。色料三原色为：青（Cyan）、品红（Magenta）、黄（Yellow） 颜色是物体的化学结构所固有的光学特性。一切物体呈色都是通过对光的客观反映而实现的。所谓减色，是指加入一种原色色料就会减去入射光中的一种原色色光（补色光）。因此，在色料混合时，从复色光中减去一种或几种单色光，呈现另一种颜色的方法称为减色法。色料减色法（subtractive mixture）色料的呈色是由于色料选择性地吸收了入射光中的补色成分，而将剩余的色光反射或透射到人眼中。减色法的实质是色料对复色光中的某一单色光的选择性吸收，而使入射光的能量减弱。由于色光能量下降，使混合色的明度降低。互补色料 三原色料等比例混合可以得到黑色，即：（Y）+（M）+（C）=（Bk）。若先将黄色与品红色混合得到其间色红色，然后再与青色混合，上式可以写成：（R）+（C）=（Bk）。象这样两种色料相混合成为黑色，我们称这两种色料为互补色料，这两种颜色称为互补色。在色料中，品红与绿，黄与蓝也各是一对互补色。加色法与减色法的关系 加色法与减色法都是针对色光而言，加色法指的是色光相加，减色法指的是色光被减弱。加色法是色光混合呈色的方法。减色法是色料混合呈色的方法。 加色法是两种以上的色光同时刺激人的视神经而引起的色效应；而减色法是指从白光或其它复色光中减某些色光而得到另一种色光刺激的色效应。 从互补关系来看，有三对互补色： R-C；G-M；B-Y。在色光加色法中，互补色相加得到白色；在色料减色法中，互补色相加得到黑色。第三章 色彩生理理论- 视觉通道 人类的眼睛犹如一架精美的相机。更确切地说是一架摄像机。人类的视觉系统是有眼睛接受光的刺激-进行转换-传输至大脑-成色处理的整个视觉通道。 视觉通道如图所示。它始自眼球，接受外部世界的信息-经神经系统将转换成生物电的信息-左右外侧膝状体。传输中来自视网膜鼻侧的信息左右相互交叉。经左、右外侧膝状体后又将各自的信息分别传送到视觉通道的终点左、右大脑半球的枕叶皮层横纹区。视觉信息最终就在该横纹区中加工成视知觉，包括色知觉。- 眼球 眼球接受视觉信息的窗口，结构如图所示， 整体结构 - 暗箱， 眼敛 - 快门 透明的角膜，周围有不透明的结膜相裹。 角膜后方是充满透明水样液物质的前房。 其后方是不透光的虹膜。 虹膜中间圆孔，称为瞳孔。 水晶体 - 可改变曲率的生物凸透镜-聚焦。 后房玻璃体- 成像至眼球内壁的视网膜上-形成全视野的正确倒像。 视网膜的曲面改善了四周的聚焦问题，故有很大的视野。 眼球 - 直径约25mm的精密的光学系统 眼球上有两根轴线，其一是光轴，其二是进行观察时视线的视轴。视网膜与视轴相交处微凹，称为中央窝。作为光的感受器，视网膜与大脑皮层的变分辨率结构相一致，也有非常巧妙的变分辨率的结构。在中央窝有很高的分辨率为中央视觉区，当离开中央窝后分辨率急速下降，并且越远越低。在进行观察时，视轴总是对向被注视对象的细部，成像在分辨率最高的中央窝。在光轴鼻侧的不远处，有视神经的汇聚口，状如乳头称为视神经乳头。视神经由该处引出眼球，放在该处形成视网膜上的盲点。但盲点并不是形成视觉的黑洞，该处的视觉皆由四周感光元所得的信息所填充，故与四周晕成一片，难被察觉。- 感光元 视网膜上有两类对可见光波段内电磁波敏感的感光细胞：一类为柱形感光元，亦称柱体细胞；一类为锥形感光元，亦称锥体细胞，柱体有极高的感光灵敏度，能在微弱光照水平下辨别极为微弱的光线变化。 锥体感光灵敏度远低于柱体。在昏暗的光照水平下完全处于截止状态，不能正常工作。在长波段有最高灵敏度的R锥体；在中波段有最高灵敏度的G锥体；在短波段有最高灵敏度的B锥体。 柱体细胞只能感受亮度差异，对物体的细微层次分辨力差； 锥体细胞能感受物体的颜色和分辨物体的细微层次。- 暗视、明视与间视 由柱体在黑暗环境中产生的视觉状态称为暗视。 由于中央窝没有柱体分布，该处的视觉为周围柱体的信息所填充。就是说夜晚的视觉是朦胧的，无法对物体的细部进行精微观察。 在白天柱体细胞已达饱和而失去了工作能力，一切视觉现象完全依赖于锥体的作用，即明视。根据锥体的分布特性，在中央窝处有最高的分辨率，所以观察时人类总有将视轴转向对象的反射活动，使被观察的细部成像在中央窝处。阅读活动是最典型的例子。 由于视觉状态的特性，所以在照度水平介于两状态之间时还会出现一种间视状态。环境从黑暗渐向薄明状态变化时，人类的视觉从暗视向明视推移。蓝色不仅是最初回到色感中来的色彩，并且也是在环境渐暗时最后消失的色感。 - 视野感色区 真正的视觉依赖于锥体所建立起来的明视。这不仅表现于能精微观察，还表现为色彩现象成为人类的主要视觉现象。由于锥体的分布特性，决定了视野中感色的不一致性。 外 - 内完全无色感区（感知黑白,运动敏感） - 蓝-黄区（不具备完整的色感） - 红-绿区（形成了完整的色彩知觉）。 - 杨-赫姆霍兹色觉三色学说 波长就是色彩吗？ 1801年英国科学家托马斯杨（TYoung）创立了色觉三色学说（ThreeComponent Theory）。 视网膜的所有位置上都同时存在三种分别能与红、绿、蓝波长形成共振的粒子，当接受光照后它们分别按各自固有的共振曲线共振，并分别经三种神经纤维将各自的振动值传给大脑中枢形成色觉。19世纪五六十年代，德国物理学家赫尔曼赫姆霍兹（ HHelmholtz）又发展了杨的色觉三色学说，提出了如图4所示的平行构造色觉三色模型。他认为视网膜上存在三类不同的细胞，它们在光的刺激下产生兴奋，并分别将这种兴奋值转换为各自视神经所固有的特殊能量送至大脑，在大脑中分别形成红感觉、绿感觉与蓝感觉后，最终融合成完整的色觉。这三类细胞与神经分别称为红细胞、绿细胞、蓝细胞与红感神经、绿感神经、蓝感神经。它们分别形成三组平行结构的色觉通道。自此该学说就被称为杨一赫姆霍兹色觉三色学说。 成功之处：杨一赫姆霍兹色觉三色学说顺利地解释了牛顿的名言“光线中没有色彩”。他还解释了人类是如何接受没有色彩的光刺激，在自己的大脑中融合出光怪陆离的缤纷世界。因而使人们理解了为什么色彩感觉比任何其他感觉更具主观性，也更好地解释了三原色混色原理。 缺点：色彩心理现象的发生机制却无法解释。1.按三色混合而成的任何色彩为什么总存在一个性格与之截然相反的所谓补色呢？ 2.为什么补色的并置会极度地强化它们相反的个性呢？为什么它们的混合又会相互抵消各自的影响，乃至成为光彩色的黑、白、及灰呢？3.为什么能观察到偏蓝的红或偏黄的红，而没有偏绿的红呢？4.为什么光谱首尾并不衔接，而色彩感觉却能排成首尾连接的色环？ - 赫林拮抗色学说 1870年德国生理学家赫林（E. Hering，18341918）提出了色觉拮抗色学说（opponent Color Theory），它撇开了先入为主的成见，认为人类的色觉是由三组正反相对的基本色感拮抗色在大脑中融合而成，它们分别是黑白、红绿、蓝黄三组拮抗色。他认为，它的物质基础就是视觉通道中有三类不同细胞分别存在黑白、红绿、蓝黄三种视物质。这些视物质在光的刺激作用下分别不同程度地出现合成或分解的生物化学反应，从而出现不同值的或正或负的电位。正是这些电位分别形成相应程度的或黑或白、或红或绿、或蓝或黄的基本色感。最终由三拮抗色中某一基本色感在大脑中融成综合的色觉，这就是赫林的拮抗色学说。- 现代色觉阶段模型（Stage Theory） 1923年提出的亚当模型，它是现代色觉模型的原型。改进后为如图所示的现代色觉阶段说（Stage Theory）模型 在该模型中分别存在明现与暗视两个独立的系统。暗视是由柱体细胞单独构成的普尔基涅系统。而明现较为复杂，它有一个由R、G、B三种锥体组成分布在视网膜上支持赫姆霍兹三色学说的受光终端。嗣后在R、G、B三种锥体所得的响应中，由R与B响应结合成赫林红r信号，由B与G响应结合成赫林黄y信号，而只有B响应直接成为赫林蓝b信号。结合而成的四个信号对应于心理纯色。由减法回路组成拮抗色（yb）与（rg），由各信号混合成黑白信号W。在这后一阶段组成支持赫林学说的三组拮抗色。最终在大脑中由该三组拮抗色融合成现实的色感。在视觉通道中传送的则是三组拮抗色。 第四章 物体色和光源色- 物体呈色物体从发光角度可分为发光体和非发光体两大类。其中非发光体又分为透明体和不透体。非发光体按其吸收光谱的特性，又可分为消色物体和彩色物体。 - 消色物体呈色物体对光谱中不同波长的光，能按不同程度的等比吸收，称为非选择性吸收或等比吸收与均匀吸收。随着吸收比例不同，物体在日光下将呈现从白色、各种灰色到黑色的一系列中性颜色，这一系列的颜色称为消色。呈现消色的物体就称为消色物体。 - 彩色物体呈色自然界中大多数物体对各种波长的光有不同的吸收，有的波长吸收的多些，有的吸收少些，这种吸收叫做选择性吸收。经过选择性吸收以后其反射或透射的光在亮度上减弱，光谱成分也发生了改变。在白光下，这些发生选择性吸收的物体的反射光或透射光对人眼的三种感色细胞的刺激不再均等，给人以彩色的感觉。 - 物体色（object color） 由于万物都具备有选择地吸收投射到它表面的光线而将其余部分反射出去的特性，正是这种反射光在视觉中形成了物体的色彩，称为物体色。 不同物质有不同的选择性，也就有不同的分光吸收率分布特性，形成不同的物体色。 一种物质就有一种固有的分光反射率分布，所以在白光的照射下一个特定物体反射光的分光能量分布是确定的，它所表现出的色彩也是确定的，这一色彩就称为该物体的固有色（proper color）。 有些特殊的物质也具有表面色，如雨后天空中的霓和虹，金刚石由于光折射引起；通过羽毛、绸纹、纱巾看光源，可以看到彩色条纹，这是光的衍射现象造成的。此外，光的干涉现象能使厚薄不均匀的薄膜在白光下产生颜色，如肥皂泡及水面上的油层等。 - 影响物体呈色的因素 物体本身性质所表现的颜色，常称为物体的固有色。但是，物体的颜色在不同光谱的光源下，或光的照射角度不同，观察者不同，物体距离及环境不同，都会影响物体的固有色彩。- 光源色的影响 物体只有对不同光波有固定的吸收、反射等光学特性而没有固定的颜色。物体色随着光源光谱成分的不同而改变。物体的固有色，实际上是指日光下物体的颜色。- 环境色对物体的影响 - 光源色的影响 色光投射到物体上所呈现的颜色，有以下两个规律：（1）色光投射到消色物体上时，物体产生了非选择性吸收和反射，物体色与光源色相同。当两种以上的色光同时照射时，产生加色效应。如蓝光与绿光同时照射一白色物体则呈现青色。（2）彩色物体受到色光照射时该物体产生固定的选择性吸收和反射，产生减色效应。例如黄色物体在品红光下观察呈红色，在青光下呈绿色，在蓝光下则呈灰色或黑色。可见该物体在不同色光源下反射的都是红光和绿光，吸收蓝光。彩色物体在不同的光源下反射和吸收的色光是固定不变的。只要光源含有物体应反射的光，物体就反射，含有应吸收的光，物体就会吸收该光。日光是主要的光源，但它也是变化的。太阳照射的相对位置不同（如早、中、晚），日光光谱的成分也不同。另外季节和天气变化时日光也是不同的。不同的日光下观察物体的颜色，物体颜色也有所变化。- 环境色对物体的影响 在色光源的照射下，物体还在相当程度上染上光源的色彩，这种现象称为光源演色性。 所染的色彩称为环境色（ environmental color）。环境对物体色的影响有如下规律： （1）物体的受光面受光源色影响比较大，它的色相是固有色与光源色的综合，色调偏冷。 （2）物体背光面的色彩随环境色变化而变化，它的色相是固有色与环境色的综合，色调偏暖。（3）物体由于受光源的角度不同，因而本身存在不同的阶调变化。色相是光源色、固有色、环境色的综合，主要是固有色的影响。- 物体色还受其表面加工特性的影响 一个打磨成理想镜面的物体表面几乎是100地反射光源人射光，所以物体几乎丧失其固有色；一个完全的漫反射表面才真正地表现出该物质所固有的光学特性呈现出固有色。至于一般物体的表面总是介于这两种极端之间，在高光的部分更多地出现镜面反射的成分，更多地反射出光源色；中间灰调的部分则更多反映出物体的固有色。 由于知觉的适应性，全视野的同一色彩偏离会被中性化而产生视觉知觉的色觉恒常性，从而使这种偏离难以发现，在人类所感知的几乎仍是固有色。相反，要认识物体真实色彩却非得借助于理性来冲破这种心理屏障不可。这正是固有色绘画占据西方画坛达数百年之久，印象派绘画在牛顿发表光学研究成果约二百年之后才迟迟降临人间的重要原因。 - 光源与光源色 光源的颜色主要由它所发射的光谱的能量分布决定的，即光源的光谱功率分布。光谱功率分布可用色温来表示，色温的高低直接影响光的颜色。- 光源的光谱分布 1. 连续光谱2. 线状光谱3. 混合光谱- 连续光谱 光源在整个可见光谱范围内发出强度不等的连续光谱。也就是包括了由红到蓝等各种色光在内的连续彩色光带，这种光谱称为连续光谱。可由固体、液体或高压气体在高温下发光产生。例如碳弧灯以碳粒发光，温度高达4000；白炽灯钨丝发光，灯丝温度可达2000。熔化的钢水发光，煤气的发光，分别是液体和气体在高温下发光。 - 线状光谱某种元素的炽热蒸汽能生成某些特定波长的谱线，例如低压汞灯，低压钠灯，只在整个光谱区域中某几个波长处发出狭窄的光谱，这样的光谱称为线状光谱。- 混合光谱 有些光源的光谱，例如新型的电光源氙灯、铟灯都是电弧放电灯，管内有较高的气压，它们发射出来的光谱成分往往较复杂，既有连续光谱成分，又有几个突出的谱线存在。这样的光源光谱称为混合光谱。除以上几种之外还有属于线状光谱但排列紧密的密集线光谱。 - 光源的色温若一物体能够在任何温度下，全部吸收任何波长的辐射，这样的物体称为绝对黑体或全辐射体。将人造绝对黑体的容器壁均匀加热时，黑体的内表面将辐射出光，使加热温度不断升高，它的最大光谱辐射功率随着加热温度升高急剧上升，其相对光谱功率分布的最大功率部分将向短波方向变化，小孔所发出的辐射光的光色按红-黄-白-蓝顺序变化。绝对黑体不同温度的光色变化在CIE 1931色度图上形成一个弧形轨迹，称为黑体轨迹。 由于黑体辐射的光谱功率分布曲线分布由温度决定，人们将光源的相对光谱功率分布与某温度下黑体辐射的光谱功率分布相比较，若与黑体某一温度的曲线完全一致时，该光源的光色可由某一温度值来表示，称为颜色温度，简称色温，可用绝对温度K表示。因为两光源的光谱很难完全相同，因此可用以下定义：某光源的色度与绝对黑体辐射在某一温度下的色度一样，则这一温度值称为某光源的色温。有些光源的色度点不会恰好落在色度图的光谱轨迹上，只能用光源与黑体轨迹最近的颜色来确定该光源的色温，这样确定的色温称为相关色温。 - CIE 标准照明体四种标准照明体为： 标准照明体A-相当于绝对黑体在加温到2856K时所辐射出来的光。其色度点正好落在CIE 1931色度图的黑体轨迹上。标准照明体B-相当于相关色温为4874K的直射阳光，光色相当于中午的阳光，其色度点紧靠黑体轨迹。标准照明体C-相当于相关色温为6774K的平均阳光，光色近似阴天天空的目光，其色度点在黑体轨迹的上方。标准照明体D65-相当于相关色温约为6504K的日光，其色度点在黑体轨迹的上方，标准照明体D-代表标准照明体D65以外的其它日光。 三种标准光源： 标准光源A-为熔凝石英壳或玻璃壳带石英窗口的充气钨丝灯，以生产色温为2856K的辐射。标准光源B-A光源加一组特定的戴维斯一吉伯逊液体滤光器，以产生相关色温4874K的辐射。标准光源C-A光源加另一组特定的戴维斯一吉伯逊液体滤光器，以产生相关色温6774K的辐射。标准光源是指用来实现标准照明体光谱功率分布的光源。 - 补充：照度水平与人眼对光色的适应性有一定的相互关系。在很低的照度下-人眼最适应的光色是接近火焰的低色温光；在偏低和中等照度下-最适应的光色是接近黎明和黄昏色温的火色；在较高的照度下-舒适的光色是接近中午阳光或偏蓝的高色温天空色光。光色适应可帮助人们设计照明条件，不同的场合应考虑使用不同的光色，以保证获得最佳的视觉效果。通常的光源的颜色包含两个方面的含义，一是指人们直接观察光源所看到的颜色，称光的色表。低色温光源给人温暖感，高色温光源使人产生紧张、热烈感。二是显色性。光源显色性是指光源照射到物体上，反射回来或透射过去，再显示颜色的能力。又叫传色性或演色性。彩色印刷各工序，视觉评价质量等，都需要真实地反映客观的颜色。这些部门都应具有高显色能力的光源。第五章 色彩的表色系统- 心理颜色 日常生活中观察的颜色在很大程度上受心理因素的影响，即形成心理颜色视觉。在色度学中，颜色的命名是三刺激值（X，Y，Z）；（R，G，B）；色相，明度，纯度，主波长等。然而在生产中则习惯用桃红、金黄、翠绿、天蓝、亮不亮、浓淡、鲜不鲜等来表示颜色，这些通俗的表达方法，不如色度学的命名准确，名称也不统一。根据这些名称的共同特征，大致可分为三组。将色相、色光、色彩表示的归纳为一组；明度、亮度、深浅度、明暗度、层次表示的归纳为一组；饱和度、鲜度、纯度、彩度、色正不正等表示的归纳为一组。这样的分组只是一种感觉，没有严格的定义，彼此的含义不完全相同。心理颜色视觉的名称，虽然和色度学中的几个物理量相对应，但这种对应关系，不是简单的正比关系，也不是一对一的关系，它们之间有许多不同的特征，例如，色度学中的纯度分为刺激纯和色度纯两种。认为白光的纯度为零，一切单色光的纯度（不分刺激纯或色度纯）均为1。色度纯的定义 - 色光中所含单色光的比例，表示某颜色与某中性色或白光的接近程度，但是，心理颜色视觉在分辨色光与中性色的区别时，却认为各个单色光的纯度并不是一样的。同样的单色光，黄、绿和白光的差别不大，红、蓝和白光的差别显著。所以在心理上认为，黄色光尽管也是单色光，但纯度却比蓝色光低些。这些心理上的颜色与白光的差别，通常称为饱和度，以区别于色度学上的纯度。心理上的亮度又可分为两种，一种是联系到物体，另一种是不联系物体的亮度。但它也与色度学中的亮度有差别，为了把物体表面的光亮和色度学中的亮度分开，称它为明度。在混合色方面，心理颜色和色度学的颜色也不相同，当看到橙色时，会感到它是红与黄的混合，紫红色-蓝与红的混合等。但看到黄光时，却不会感到黄光可以由红光和绿光混合而成。在心理颜色视觉上一切色彩“好像”不能由其他颜色混合出来。一般觉得，颜色有红中带黄的橙，绿中带蓝的青绿，绿中带黄的草绿，但是，却没有黄中带蓝或红中带绿的颜色。心理上把色彩分为红、黄、绿、蓝四种，并称为四原色。通常红-绿、黄-蓝称为心理补色。任何人都不会想象白色从这四个原色中混合出来，黑也不能从其它颜色混合出来。所以，红、黄、绿、蓝加上白和黑，成为心理颜色视觉上的六种基本感觉。心理颜色和色度学颜色的另一区别是，色度学所研究的是色光本身，而不牵涉到研究的环境和观察者在空间的位置以及观察角度的变化等因素。例如，色光的背景，在CIE系统中是暗黑无色，并且用实验证明了不同的背景并不改变匹配数值。但是，在心理颜色视觉上则不然，当背景改变时，许多心理作用如颜色分辨力、色相、饱和度、明度等都会改变。 色度学中视野的大小对匹配有影响，黄斑在小视野中起的作用（如降低对蓝光的灵敏度）影响到匹配。而在大视野时，由于一部分视野超过黄斑范围，此时视杆细胞将起一定的作用。在日常生活中看到的不只是色，而是色和物体，不只是色光，而是与其他许多光夹在一起的混合色光，这样便使问题进一步复杂了。- 色彩的基本属性 当颜色与具体事物联系在一起被人们感知时，在很大程度上受心理因素（如记忆，对比等）的影响，形成心理颜色。为了定性和定量地描述颜色，国际上统一规定了鉴别心理颜色的三个特征量即- 色相、明度和饱和度。 心理颜色的三个基本特征，又称为心理三属性，大致能与色度学的颜色三变数-主波长、亮度和纯度相对应。色相对应于主波长，明度对应于亮度，饱和度对应于纯度。这是颜色的心理感觉与色光的物理刺激之间存在的对应关系。每一特定的颜色，都同时具备这三个特征。- 色相(hue) 色相是指颜色的基本相貌，它是颜色彼此区别的最主要最基本的特征，它表示颜色质的区别，从光的物理刺激角度认识色相：是指某些不同波长的光混合后，所呈现的不同色彩表象。 从人的颜色视觉生理角度认识色相：是指人眼的三种感色视锥细胞受不同刺激后引起的不同颜色感觉。因此，色相是表明不同波长的光刺激所引起的不同颜色心理反应。 例如红、绿、黄、蓝都是不同的色相。但是，由于观察者的经验不同会有不同的色觉。然而每个观察者几乎总是按波长的次序，将光谱按顺序分为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫以及许多中间的过渡色。红色一般指610nm以上，黄色为570-600nm，绿色为500-570nm，500nm以下是青以及蓝，紫色在420nm附近，其余是介于他们之间的颜色。因此，色相决定于刺激人眼的光谱成分。对单色光来说，色相决定于该色光的波长；对复色光来说，色相决定于复色光中各波长色光的比例。在正常条件下，人眼能分辨光谱中的色相150多种，再加上谱外品红色30余种，共约180种。为应用方便，就以光谱色序为色相的基本排序即红、橙、黄、绿、青、蓝、紫。包装印刷行业是以三原色油墨黄、品红、青为主色，加上其间色红、绿、蓝共六种基本色彩组成印刷色相环，如彩图所示。在色环中，相距90度以内的两个颜色有共同的成份，称之为类似色；位于90度-180度之间的两个颜色由于它们的共同成分减少或消失，称之为对比色；位于180度上的两个颜色是互补色，在0度线上的所有颜色由于组成它们的是共同的色相和不同亮度，因此称它们为同种色。 在包装设计中，常将颜色分为三部分，一部分是长波长光包括红、橙、黄等色相，叫暖色；一部分是短波长光包括青、蓝、紫等色相，叫冷色；一部分是中波长光即绿色光，叫中性色。- 印刷色相环- 明度(value,brightness,lightness) 明度不等于亮度。根据光度学的概念，亮度是可以用光度计测量的、与人视觉无关的客观数值，而明度则是颜色的亮度在人们视觉上的反映，明度是从感觉上来说明颜色性质的。明度是表示物体颜色深浅明暗的特征量，是颜色的第二种属性。对于发光体（光源）发出的光的刺激所产生的主观感觉量，则常用明亮度一词。通常情况下是用物体的反射率或透射率来表示物体表面的明暗感知属性的。对消色物体来说，由于对入射光线进行等比例的非选择吸收和反（透）射，因此，消色物体无色相之分，只有反（透）射率大小的区别，即明度的区别。如图所示，白色A最亮，黑色E最暗，黑与白之间有一系列的灰色，深灰D、中灰C与浅灰B等，就是由于对入射光线反（透）射率的不同所致。 对消色物体来说，由于对入射光线进行等比例的非选择吸收和反（透）射，因此，消色物体无色相之分，只有反（透）射率大小的区别，即明度的区别。如图所示，白色A最亮，黑色E最暗，黑与白之间有一系列的灰色，深灰D、中灰C与浅灰B等，就是由于对入射光线反（透）射率的不同所致。在观察物体颜色的明暗程度时，还会受到该物体所处环景色的影响，如图所示，中间为均匀灰度的物体，由于物体与背景的不同亮度对比作用，增强或减弱了物体的固有亮度，因此，在包装色彩设计和印刷辨色时，一定要特别注意这种情况。在彩色摄影、彩色印刷、彩色包装等色彩的应用中，色彩的明暗变化是十分重要的。一个画面只有颜色而没有深浅的变化，就显得呆板，缺乏立体感，不生动，从而失去真实性。因此，明度是表达彩色画面立体空间关系和细微层次变化的重要特征。- 饱和度饱和度是指颜色的纯洁性。可见光谱的各种单色光是最饱和的彩色。当光谱色加入白光成分时，就变得不饱和。因此光谱色色彩的饱和度，通常以色彩白度的倒数表示。在孟塞尔系统中饱和度用彩度来表示。 物体色的饱和度取决于该物体表面选择性反射光谱辐射能力。物体对光谱某一较窄波段的反射率高，而对其它波长的反射率很低或没有反射，则表明它有很高的选择性反射的能力，这一颜色的饱和度就高。物体的饱和度还受物体表面状况的影响。在光滑的物体表面上，光线的反射是镜面反射，在观察物体颜色时，我们可以避开这个反射方向上的白光，观察颜色的饱和度。而粗糙的物体表面反射是漫反射，无论从哪个方向都很难避开反射的白光，因此光滑物体表面上的颜色要比粗糙物体表面上颜色鲜艳，饱和度大些。例如丝织品比棉织品色彩艳丽，就是因为丝织品表面比较光滑的缘故。雨后的树叶、花果颜色显得格外鲜艳，就是因为雨水洗去了表面的灰尖，填满了微孔，使表面变得光滑所致。有些彩色包装要上光覆膜，目的就是增加包装表面的光滑程度，使色彩更加饱和鲜艳。- 颜色三属性的相互关系颜色的三个属性在某种意义上是各自独立的，但在另外意义上又是互相制约的。一个颜色的某一个属性发生了改变，那么，这个颜色必然要发生改变。为了便于理解颜色三特征的相互关系，可用三维空间的立体来表示色相、明度和饱和度。如图所示，垂直轴表示黑、白系列明度的变化，上端是白色，下端是黑色，中间是过渡的各种灰色。色相用水平面的圆圈表示。圆圈上的各点代表可见光谱中各种不同的色相（红、橙、黄、绿、青、蓝和紫），圆形中心是灰色，其明度和圆圈上的各种色相的明度相同。从圆心向外颜色的饱和度逐渐增加。在圆圈上的各种颜色饱和度最大，由圆圈向上（白）或向下（黑）的方向变化时，颜色的饱和度也降低。在颜色立体的同一水平面上颜色的色相和饱和度的改变，不影响颜色的明度。- 色彩空间的几何模型为了使各种颜色能按照一定的排列次序并容纳在一个空间内，将三维坐标轴与颜色的三个独立参数对应起来，使每一个颜色都有一个对应的空间位置，反过来，在空间中的任何一点都代表一个特定的颜色，我们把这个空间称为色彩空间。色彩空间是三维的，作为色彩空间三维坐标的三个独立参数可以是色彩的心理三属性：色相、明度、饱和度，也可以是其它三个参数如RGB、Lab或者CMY，只要描述色彩的三个参数相互独立都可以作为色彩空间的三维坐标。例如，以色料三原色黄、品红、青为基色，对应三维空间作色量的均匀变化，互相交织起来，组成一个理想的颜色立方体。在颜色立方体中三个基色的变化都是从0到100%连续地变化，因此它是一个连续性渐变的色立体。在这个色立体中的每一个点都可以用坐标y、m、c表示。y、m、c就是三个基色即黄、品红、青的百分比色量。 颜色立方体中，任何一点的颜色都能以一个数字来表示，这个数字就是三原色黄、品红、青的分量，例如颜色762为黄七成、品红六成、青二成合成后的颜色；颜色167为黄一成、品红六成、青七成合成后的颜色；颜色544为黄五成、品红四成、青四成合成后的颜色。电子分色机中，对色彩的复制技术是用彩色计算机来完成的，彩色计算机的工作模式也是颜色立方体。在色立体中，8个顶点分别为黑、白、红、绿、蓝、黄、品红、青，其中黑、白是两个极点，它们的连线为一根中性灰线，如图5-16所示。黄、品红、青三点为三原色或称第一次色，红、绿、蓝为三间色或称第二次色。实际工作中，由于种种原因，其中包括滤色片、感光片、油墨等性能上的缺陷，使三原色和三间色的位置不能到达理想的顶点，实际能表现的色彩远远低于理想值。- 孟塞尔色体系 目前国际上已广泛采用孟塞尔颜色系统作为分类和标定表面色的方法。孟塞尔颜色系统把物体各种表面色的三种基本属性定义为：色相(hue)、明度(value)、彩度(chroma，saturation)。 在孟塞尔系统中，颜色样品离开中央轴的水平距离代表饱和度的变化，称之为孟塞尔彩度。 彩度和饱和度有区别： 饱和度指一个色光在心理上接近主波长光谱色的程度，它介于0到100%之间。彩度指不同的色彩从无彩色到各自色彩最高锐艳度所需的级差，不同的色彩所需的级差并不相同，如红色的最大彩度大于绿色。孟塞尔颜色立体如图所示，中央轴代表无彩色黑白系列中性色的明度等级，黑色在底部，白色在顶部，称为孟塞尔明度值。明度，以符号V表示,它将理想白色定为10，将理想黑色定为0。孟塞尔明度值由0-10，共分为11个在视觉上等距离的等级。 在孟塞尔系统中，彩度也是分成许多视觉上相等的等级,以符号C表示,中央轴上的中性色彩度为0，离开中央轴愈远，彩度数值愈大。该系统通常以每两个彩度等级为间隔制作一颜色样品。各种颜色的最大彩度是不相同的，个别颜色彩度可达到20。 孟塞尔色体系的圆周角坐标对应于物体色的色相，以符号H来表示。全部色相构成了现代补色环，按视觉等距分为5等分。各等分点为五个基本色，分别命名为R（红）、Y（黄）、G（绿）、B（蓝）与P（紫）。在五个基本色相正中间插入五个中间色相，分别命名为YR、GY、BG、PB与RP，共视觉等距的十个色相。由于还过于粗略，所以又将各相邻色相间的间隔皆细分为10等分，分别标上110的数字，并让5置于上述各代表色相处。全色环共100个等分点。在这样一个扭曲的陀螺状空间区域内的任何一点，都对应于现实世界的一个色彩。反之，现实世界的所有物体色也都能在这一区域中找到一个与之相对应的位置。所以任何物体色都能用这一区域中的一个坐标来表示，标为 HVC，如 5R59。其中色相H为5R，明度级V为5，彩度级C为9，由它们构成了对这一色彩的命名。如果该物体色为无彩色时，因为彩度C等于零，故也无色相可言，其色值只剩下了明度V，故色标可记为V或NV。如明度为55的无彩色时，则可记为55或N55。客观世界的色彩具有无穷、连续的变化，人类视觉能辨别色彩数平均也已高达200万之多，而标准色样本不论是色相、明度或彩度都是有限的，所以常会出现无法找到与被测色样本完全匹配的标准色样本的情况。往往被测色样本的色感可能介于两个相邻标准色样本之间，这时可在这两个标准色样本的标号值间利用线性内插法求出被试色样本的近似的标号值。这种利用插值法求取近似标号值的方法视情况不同有时只在一个属性中进行，有时可能要在两个乃至三个属性间进行。这种利用目视匹配或线性内插的方法给被测色样本求取标号值的做法，一般能有足够的精度。 通过孟塞尔色体系的制作可以明确地告诉人们：虽然色彩的感觉是纯感性的，但是人类的感性是完全能够定量化的；人类的诸如色彩感觉等本身是并不可靠的，因为它不仅存在个体差，并且同一个人也会因主客观状况的不同而产生明显的差异，所以只有实现科学的定量化后的数据才是稳定可靠的数据。 - 有关孟塞尔色体系的若干术语-色调（tone） 指任何一个色相内所有明度与彩度变化所构成的各种色彩总和。任何一个色相的全部色调包括该色相的全部有彩色与无彩色,中轴的灰色系列可视为所有色相的色调组成之一。-无彩色（achromatic colors） 即彩度为零的色彩（即中轴的灰色系列）。由于它不受任何色相所渲染，故无色相可言。但又由于它是孟塞尔色体系的中轴，是任何一个色相色调图的组成之一，故也可认为属于任何色相。总之，它们是彩度为零、色相不定的色彩系列。-有彩色（chromatic colors） 即彩度不为零，染有显然可辨色相的色彩，所以有彩色是由分别属于某特定色相的色调组成。其实无彩色的黑、白、灰是绝无仅有的，是相对的。相反，有彩色则充斥于自然界，是绝对的。 -明色（light colors） 它是指某色相的色调中明度较高部分的色彩。明色中既包括有彩色也包括无彩色。它是相对于暗色与中明色而成立，但三种色调间并没有明确的界限。 -暗色（dark colors） 它是指某色相的色调中明度较低部分的色彩。暗色中既包括有彩色也包括无彩色。它是相对于明色与中明色而成立，但三种色调间并没有明确的界限。 -中明色（middle light colors） 它是指某色相的色调中明度居中的部分色彩。中明色中既包括有彩色也包括无彩色。它是相对于明色与暗色而成立，但三种色调间并没有明确的界限。 -清色（clear colors） 一般它指某色相色调图中近表层色标所对应的色彩，也就是指该色相接近饱和的纯色加不同量黑或白混色而成的色彩。清色是相对于浊色而成立的。 -浊色（dull colors） 一般它指某色相色调图中去除近表层色标所对应的色彩后，所剩余的色彩为浊色。浊色相对于清色而成立。 -艳色（gaiety colors） 是指该色相的色调中最接近该色相纯色部分的色彩，也就是该色相色调中接近彩度最高的那部分色彩。艳色是与素色相对而成立的。有时往往将一个色相的全部色调区分为艳色、素色、明色与暗色四种色调。-素色（plain colors） 是指中明色中浊色的部分，也就是该色相中彩度较低的中明色。素色是与艳色相对而成立的。 - 孟塞尔色体系的意义 第一个重要意义 - 就在于这一色系统能给向来都只作为视觉感性现象而出现的、无法准确指称的物体色以科学化、系统化的命名。这种命名不仅是日常生活所必需，还是工程技术中对色彩的工程化管理与批量复制中色彩的高度再现所不可缺少，更是工业设计、包装设计中的色彩方法所要求的。 另一个重要意义 - 在于它能够与1931 CIE色度学体系间直接准确地互换，因此还能直观地找到物体色的色相、明度、彩度等视觉心理三属性与主波长、明度反射率、纯度等客观物理三特性间的关系。 主波长、明度反射率、纯度三者仅仅是反映了物体色的客观光学特性，并不直接反映人类对它感知的心理属性。孟塞尔新标色体系的色相、明度与彩度才反映了人类感知物体色的心理属性，并且主观上所感知的物体色的任一属性都是三个物理特性在视觉系统中不同程度的综合表现。 须注意的几点： 主观感知的明度虽主要取决于物理上的明度反射率（即辉度率），但它们之间并不存在线性关系。 主观上的色相虽主要地取决于主波长，但是一个恒定的主波长并不能感知为一个恒定的色相。或者说，要维持一个在不同彩度（或纯度）的条件下恒定的色相感觉需要不同的主波长值才能实现，实际上还一定程度地受到明度（或者说明度反射率）变