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色彩理論知識(shí)（三）

2010-08-26

                                                          色彩理論知識(shí)（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(jiàn)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(guò)的其它模型類似，采用三個(gè)坐標(biāo)來(lái)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(shuō)，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(jué)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(jué)能力的基礎(chǔ)之上，所謂標(biāo)準(zhǔn)觀察者是 CIE 對(duì)人的視覺(jué)深入研究得出的理想觀察者。CIE 針對(duì)大量的對(duì)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(jiàn)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(lái)感知可見(jiàn)光譜的所有顏色。CIE 分配坐標(biāo)軸 X、Y 和 Z 來(lái)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(jiàn)光譜定義為一個(gè)三維顏色空間。此顏色空間也將可見(jiàn)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(jiàn)所有顏色，因此，色空間被修正成有些歪斜的顏色空間來(lái)描述視覺(jué)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(duì)紫色和紅色的微小顏色變化很敏感，對(duì)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(kāi)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(kāi)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(shí)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(guò)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(lái)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(cè)量可見(jiàn)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(cè)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(duì)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(guò)繪制反射光譜數(shù)據(jù)為曲線來(lái)目測(cè)評(píng)估該“指紋”。每個(gè)物體的顏色由波長(zhǎng)和光能（或反射率強(qiáng)度）組成，它們?cè)跍y(cè)量顏色時(shí)提供兩個(gè)絕對(duì)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(zhǎng)，然后在每個(gè)參考點(diǎn)測(cè)量反射率強(qiáng)度的等級(jí)。

該信息可以在由水平軸（代表不同波長(zhǎng)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(shuō)明測(cè)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(wú)關(guān)的，因?yàn)樗鼫y(cè)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(duì)于顯示顏色的影響，從中你可更深刻地體會(huì)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(guò)的四種不同的“設(shè)備”對(duì)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(jué)可以理解上百萬(wàn)種不同的顏色。

照相膠片可以捕捉超過(guò)一百萬(wàn)種顏色。

不同顏色監(jiān)視器可以顯示上萬(wàn)或百萬(wàn)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(jué)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?cè)诓煌罢Z(yǔ)言環(huán)境”下都是流利的。監(jiān)視器和掃描儀的語(yǔ)言是不同類型的 "RGB"，而打印機(jī)的語(yǔ)言是外語(yǔ) "CMYK"。因此，從原始顏色圖像再生為后的打印頁(yè)面是音調(diào)范圍壓縮的過(guò)程是有問(wèn)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(zhǎng)組成，波長(zhǎng)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(huì)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(duì)。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(guò)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(duì)顏色的感覺(jué)，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(jué)。

日光包含藍(lán)色波長(zhǎng)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(jué)到的匹配。

白熾光包含紅色波長(zhǎng)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(shí)別紅色。