简明色彩模型发展史.docx

简明色彩模型发展史自然界中的色彩是通过不同波长的电磁波所组成，一般认为400nm到700nm波长的电磁波为可见光。人类的视网膜中有三种视锥细胞和一种视杆细胞，这四种细胞负责将进入眼镜的光线转换为电讯号之后传递给大脑并被人认知为图像。其中视锥细胞负责处理色彩信息和强光的感受，而视杆细胞负责在弱光下感知光线。一种视锥细胞并不能感知全部的色彩讯息，要想看见完整的世界的色彩，需要三种视锥细胞的共同作用，这三种细胞一般称之为S型，M型，与L型，这三种细胞分别对于红绿蓝三色的光具有不同的灵敏度。对于一种单一色光的颜色或是多种不同波长的光线复合的颜色，三种视锥细胞会感知为不同的色值，并转变为电讯号传递给大脑进行整合，后而形成颜色。下图为三种细胞对于光的感知的大致灵敏度曲线图，而实际上由于每个人的视锥细胞存在的比例不同，而且甚至有一部分人拥有四种视锥细胞(红黄绿蓝)而不是普通的三种视锥细胞，因此实际上每个人的眼睛传递给大脑的视觉讯息并不相同，只是经过了大脑的处理和早期的认知教育之后，人才得以正确的认识到颜色。换句话说，红色之所以为红色，是因为所有人都认可红色为红色。为了总结并归纳人类所能看到的颜色，最初，画家们为了正确的表示色彩与色彩之间的关系，先是推出了色相环理论，通过人类自身的主观感受，创造出了显色式的色彩系统。最初的色彩模型非常的简陋，人们色彩的归纳仅限于通过主观的方法将线性的光谱收束为一条色相环，在这条环上RGB三原色各自呈120度排列，通过红绿蓝三原色的组合即可表示绘画中的所有基本颜色。下图为伊登12色相环。色相环只能表示出色彩，却不能表示色彩从深至浅变化的过程。直至孟塞尔色彩系统的诞生。孟塞尔色彩系统旨在建立一个球状的色彩模型，球体的赤道为人类所能感知的色彩的最大饱和度，赤道向内饱和度逐渐降低，南北极为纯黑与纯白二色，在球体中通过明度，色相，彩度来定位所有的色彩。鉴于孟塞尔色彩系统的精度较低，并且取色较为困难，1968年，瑞典的两位色彩学家通过对立色学说创建了自然色彩系统(NCS)NCS色系以白、黑、黄、红、蓝和绿6个心理原色为基本色，其中黑白是一个单独的分量，而后4个原色为单色，通过黑度(颜色中的黑色与纯黑色的比例)，色度(颜色中的色彩与同一个色相的色彩这个色彩的最大饱和度的比例)，色相(相邻两个原色所占的比例)。NCS系统本质上与孟塞尔色彩系统相似，但是NCS系统更加符合人类的计算与使用习惯。显色系统的出现极大的方便了早期的印刷业和广告业中的色彩的标准化与规范化，至今显色系统依然可谓相当的便利，只要在印刷过程中根据同一个色谱对原稿和输出设备的色彩进行调校，即可还原最为真实的颜色。但是随着计算机系统的出现，显色系统显得有些力不从心，因为显色系统自身不能表示所有的颜色而是基于真实的样品基础上，对于样品之外的颜色会存在一定的误差，并且在校色的过程中会受到观察者的影响，因为每个人所拥有的视锥细胞的量各不相同，因此令不同的人去看同样的颜色，也许会得到不同的结果。为了解决这个矛盾，采用了混色系统的CIE1931模型应运而生。上图即为CIE1931模型的空间色度图，z轴为色彩的明度值，外侧的曲线为用纳米作为单位的光谱波长。在CIE1931模型中选择任意两点，其连线上的色彩均可以用两点上的色彩相互组合而成。图中黑色的线为色温线，表示一个黑体在一定温度下所发出的辐射的颜色，常用于环境光的校正。CIE1931模型从科学的角度统计并归纳了色彩的特性，但是仍然有一些不妥的地方，因为人类的视觉信号的传递是采用标量的传输模式(整体而言可识别的颜色数量接近于当前所谓的8bit色彩，即每通道256色一共1600万色左右)，因此人类并不能感知到这个矢量模型中的所有颜色，于是这其中就存在了一定的容差和偏色，1931模型中有一个严重的问题，即观察图中不同的点，每个点的容差并不相同，因此自从1931模型推出以来，研究人员一直在对模型进行不断的调整和修正，最新的混色模型为CIE2000，但是对于一些家用级校色系统而言，CIE1931仍然是一个不错的选择，简洁且方便计算图为CIE1976的色彩空间图以消除色差，精确化的显示为目的，无论是显色模型或是混色模型，当前的色彩模型正向着一个所谓均匀化的方向发展，及尽可能充分的将人眼能见的色彩并对齐进行总结和归纳，以制造出更加精确的表现出人眼可视色彩的产品和设备。但是介于基础学科的低时效与高投入的特性，当前对于色彩模型的研究较为迟缓。但所谓罗马不是一日建成的，人类对于色彩模型的研究终将臻于完美。将色彩模型套用至计算机的输入输出设备中，由于硬件自身的条件有限，因此需要提供一个较小的色彩空间以备转换，因此在对色彩进行输出时，计算机硬件需要将本来为标准色彩空间的色彩重新调整为自己所拥有的色彩空间之内。因此，从拍下一张照片到从显示屏上输出这张照片，需要经过镜头感光器光电转换通过对标准色彩空间进行换算，将色彩规格化形成图像软件根据标准色彩空间解析色彩OS通过软件或自带的色彩管理系统进行校色硬件电路对于标准色彩空间进行解析并转换至自己的色彩空间呈现至显示屏这么多步骤。就一般而言，网络与家用相机在电脑系统中往往使用sRGB色彩空间进行输出，这种色彩空间可以表示的颜色相对较少，但是对于要求不高的用户与网页设计人员已经足够使用；而对于摄影师与平面设计人员往往使用adobe RGB色域或prophoto色域，较广的色彩空间有助于显示更广的颜色彩范围，当然对于显示器的要求也更高。对于绝大多数用户而言，从相机到存储为文件的过程并不需要过多的人为介入，即使介入也仅限于在拍摄前通过灰卡或者手动调试校准白平衡。输入计算机后可以通过软件对图片的色彩进行调整和修改而达到“鲜艳”或是“漂亮”这样的效果。对于只有一个显示器的情况，这的确已经够了，但是如果你想要分享这张照片，就会面临一个问题，你保存的照片，仅仅是在你的电脑上看显得很鲜艳和漂亮，这不代表别人的显示器可以和你的显示器显示出完全相同的颜色。把这句话反过来说，就是：艺术工作者们制作的电影，拍摄的照片，乃至于一张普通的网页，你的显示器是否能精确的传达出作者想要展示给你的色彩？当然为了实现这个目标，有一个具有良好的呈色能力的显示器很重要，但是这并不是全部。根据色彩从文件到输出的过程，色彩的呈现在软件解析色彩之后经过了两次校色的步骤，这两者可谓软硬兼施，互为补足，如果一只可以