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什么是色彩之觀察者與顏色的形成

2010-09-16

      相反色：紅-綠、藍(lán)黃

     有些基本的人類顏色視覺特性不僅用三色學(xué)說不能圓滿地解釋，而且看起來還是與三色學(xué)說相矛盾的。
     奇怪的黃顏色。許多人都聽說過這樣一種說法：三原色是紅、黃和藍(lán)，而不是紅、綠和藍(lán)。研究表明，在人類文明史中，“黃色”這個(gè)顏色名稱的出現(xiàn)甚至比“藍(lán)色”這個(gè)顏色名稱要早很多，而我們將“黃”顏色的含義歸類為一個(gè)更基本的顏色，比“青”和“品紅”這類顏色還要基本。雖然Thomas Young首先證明了黃光可以由紅光與綠光混合產(chǎn)生，但它還是有違于是們對(duì)顏色的直覺。事實(shí)上，你無法想像任何一種顏色中會(huì)同時(shí)含有紅色和綠色的感覺。
     其他三色學(xué)說無法解釋的顏色視覺現(xiàn)象。我們無法想像一種帶紅的綠或帶綠的紅。這一事實(shí)說明有些現(xiàn)象已經(jīng)超出了三種獨(dú)立感受器（三色學(xué)說）所能解釋的范疇。對(duì)于藍(lán)和黃也同樣存在這種問題，因?yàn)槲覀円矡o法想像帶有黃色的藍(lán)。圖1-12和圖1-13所示的的同時(shí)對(duì)比與負(fù)后像現(xiàn)象是另外兩個(gè)顏色視覺現(xiàn)象的例子，它們說明，若缺少了某個(gè)顏色，則會(huì)產(chǎn)生出與該顏色互補(bǔ)的顏色感覺。后，顏色視覺異常的人（色盲）缺失的顏色感覺通常是成對(duì)的：一個(gè)人的紅色響應(yīng)異常，則通常他也缺少綠色辨別能力；一個(gè)人若沒有藍(lán)色響應(yīng)，則也一定沒有黃色響應(yīng)。

（圖1-12：同時(shí)對(duì)比）

（圖1-13：先后對(duì)比）

     相反色。19世紀(jì)后期，Ewald Hering針對(duì)這些成對(duì)的相反色進(jìn)行了一系列觀察實(shí)驗(yàn)。為什么我們可以有偏紅的黃色（橙色）、藍(lán)綠色和藍(lán)紅色（紫色），但沒有偏紅的綠色也沒有偏黃的藍(lán)色？說一種顏色又紅又綠，就好像是說什么東西在同一時(shí)刻即明又暗一樣，是違反視覺規(guī)律的。相反色學(xué)說（也稱為Hering學(xué)說）認(rèn)為，視網(wǎng)膜上存在6個(gè)基本色，它們可以根據(jù)不同波長的光產(chǎn)生相反色的信號(hào)。相反色學(xué)說的關(guān)鍵在于，視網(wǎng)膜上的6個(gè)基本色不是獨(dú)立的感受器，但不會(huì)對(duì)其相鄰的感受器產(chǎn)生影響，卻會(huì)以一種對(duì)抗的或相反的形式成對(duì)地發(fā)生作用。這些相反色對(duì)是亮-暗、紅-綠和黃-藍(lán)。
     統(tǒng)一相反色學(xué)說與三色學(xué)說。相反色學(xué)說與三色學(xué)說的倡導(dǎo)者們?yōu)榈降啄姆N理論能夠更好地描述顏色視覺而爭論了許多年，后這兩個(gè)學(xué)說統(tǒng)一為顏色的階段學(xué)說。階段學(xué)說認(rèn)為，在視網(wǎng)膜的第一層（或第一階段）含有三色錐體細(xì)胞，而第二層將這三種錐體細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)化為對(duì)抗信號(hào)：亮-暗、紅綠和黃藍(lán)。在我們不斷對(duì)視網(wǎng)膜的層狀結(jié)構(gòu)有了進(jìn)一步了解后，階段學(xué)說得到了證實(shí)，并且可以用簡單的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型來解釋對(duì)抗信號(hào)是如何由加色信號(hào)產(chǎn)生的（見圖1-14）。

（圖1-14：神網(wǎng)膜中的三色學(xué)說與相反色學(xué)說）

     CIE模型中的相反色學(xué)說。假如相反色學(xué)說與三色學(xué)說將你的腦袋塞得要爆炸的話，我們向你保證，這與色彩管理的關(guān)系非常大，CIE顏色視覺模型是色彩管理中進(jìn)行顏色計(jì)算的基礎(chǔ)。然而重要的是，在Photoshop和大多數(shù)色彩管理系統(tǒng)（CMS）中所使用的很多CIE模型，例如CIE LAB，是三色學(xué)說與相反色學(xué)說合并的結(jié)果。CIE LAB是基于類似圖1-10所示三色刺激值實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，但是它使用三人表征相反色系統(tǒng)的數(shù)值來描述顏色：L*（亮-暗），a*（紅-綠色對(duì)），b*（黃-藍(lán)色對(duì)）。
     因此，我們可以使用LAB將測得的三刺激值（測色儀器是仿照我們的錐體細(xì)胞感受器去測量的）轉(zhuǎn)化為相反色系統(tǒng)數(shù)值。要實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)并不容易，離完美的相反色還差得很遠(yuǎn)，但是它很靈驗(yàn)，而且是一個(gè)獲得了巨大成功的顏色模型。特別是，當(dāng)你不僅僅把它看做是印刷工業(yè)中用于電腦計(jì)算的工具，而是把它作為對(duì)顏色視覺理論的一種驗(yàn)證明，它的意義就顯得更加重大了。
      同色異譜現(xiàn)象

     如果你以前曾經(jīng)遇到過“同色異譜”這個(gè)術(shù)語的話，你很可能聽說過將它解釋為人們視覺存在的一種問題或一個(gè)“錯(cuò)誤”的說法。但是，就像程序員總愛說的一句話：這不是一種缺陷，而是一種特性。同色異譜現(xiàn)象不僅僅是三色視覺所固有的特性，也是便顏色復(fù)制成為可能的一種特性。
     簡而言之，同色異譜就是兩個(gè)不同的顏色樣品會(huì)產(chǎn)生相同顏色感覺的一種現(xiàn)象。我們所謂“不同的顏色樣品”是指兩個(gè)物體具有不同的光譜特性。請(qǐng)回憶一下我們用光源-物體觀察者來對(duì)顏色下的定義，如果兩個(gè)不同的物體產(chǎn)生了相同的“顏色”（同樣的顏色感覺），這種顏色的匹配條件可能取決于（1）：照明兩個(gè)物體的光源，或（2）：觀察兩個(gè)樣品的觀察者。換了不同的光源，或由不同的觀察者來觀察，這兩個(gè)樣品也許就不再匹配了，我們稱其為條件匹配。
     兩個(gè)光譜不同，但顏色感覺卻相同的顏色樣品就稱為同色異譜色?；蛘哒f，這兩個(gè)顏色樣品在特定的光源下或?qū)τ谔囟愋偷挠^察者來說是同色異譜的。
     你可能會(huì)遇到不同的、似乎相互矛盾的同色異譜定義。例如，許多書上會(huì)給出下面兩種定義：
     ?同色異譜是兩個(gè)顏色樣品在特定光源下產(chǎn)生相同顏色感覺的現(xiàn)象。
     ?同色異譜是當(dāng)兩個(gè)顏色樣品在特定光源下產(chǎn)生不同顏色感覺的現(xiàn)象。
     事實(shí)上，對(duì)于同樣一對(duì)顏色樣品來說，上面兩種情況都可能發(fā)生時(shí)才是同色異譜的定義。兩個(gè)顏色樣品在一些光源下顏色匹配，而在另外一些光源下顏色不匹配。第一種說法強(qiáng)調(diào)不同的光譜分布可以產(chǎn)生顏色匹配的現(xiàn)象；而第二種說法則強(qiáng)調(diào)條件匹配現(xiàn)明是脆弱的。你需要理解同色異譜的原因在于，實(shí)際上我們所有的顏色匹配工作都是在進(jìn)行兩個(gè)顏色或一系列顏色之間的一種同色異譜匹配，例如比較看臺(tái)上樣張和顯示器上掃描圖像中的顏色，或比較一個(gè)樣張與一個(gè)印張。兩個(gè)顏色樣品擁有同樣的光譜分布一般是不太可能的，但由于同色異譜現(xiàn)象的存在，使我們可以讓它們的顏色達(dá)到一致，至少在一些照明條件是一致的。
     兩個(gè)顏色樣品之間的關(guān)聯(lián)。同色異譜總是相對(duì)于兩個(gè)顏色樣品而言的，單一顏色樣品不可能存在同色異譜問題，它的光譜特性是惟一的。你也許聽到有些人說“一個(gè)同色異譜色”，或提到一個(gè)打印機(jī)使用“同色異譜油墨”，但是我們認(rèn)為這種說法既是理解上的混淆，也是概念上的錯(cuò)誤。如果一個(gè)打印機(jī)使用的油墨要是真的與其他油墨是同色異譜色的話，那它就不會(huì)好用，因?yàn)檫@些油墨要在特定光源下看起來顏色都一樣。同色異譜油墨的真正含義是，這些油墨的光譜特性使得它們?cè)诓煌墓庠凑彰魃?，顏色發(fā)生的變化令會(huì)比其他大多數(shù)油墨大得多。
     為什么會(huì)出現(xiàn)同色異譜現(xiàn)象。出現(xiàn)同色異譜現(xiàn)明的原因是由于眼睛將所有外界光的光譜分解為三種錐體細(xì)胞的刺激。兩個(gè)顏色刺激有可能具有根本不同的光譜能量分布，但是如果它們的能量都被相同地分配給了這三種類型的錐體細(xì)胞，以同樣的強(qiáng)度刺激它們，就會(huì)產(chǎn)生出相同的顏色感覺。
     根據(jù)光源-物體-觀察者的顏色模型（請(qǐng)記住圖1-1），顏色的“產(chǎn)生過程”是三種因素的產(chǎn)物：光源提供具有各種波長的光波；物體或表面對(duì)光波產(chǎn)生反射；反射到眼睛里的光波被分配給三種感受器（眼睛里的錐體細(xì)胞），結(jié)果就產(chǎn)生了顏色感覺。
     顏色不是由哪一種單獨(dú)因素形成的，而是由以上三種因素共同作用的結(jié)果。如果光波分別來自A、B兩個(gè)物體，并在三種錐體細(xì)胞上產(chǎn)生了相同的刺激，于是你就會(huì)得出二者相同的結(jié)論——二者顏色感覺相同（見圖1-15）。

（圖1-15：同色異譜現(xiàn)象）

     在日常生活中的同色異譜現(xiàn)象。不知你是否有過這樣的經(jīng)歷：從一家商店買過兩個(gè)“顏色相配”的東西，比如相同顏色的一條領(lǐng)帶和一塊手帕，或是一只提包和一雙鞋，沒想到把它們拿到陽光下或室內(nèi)光下來觀看，結(jié)果顏色就不一樣了，這時(shí)你就是遇到同色異譜現(xiàn)象了。Fred有一雙白色的運(yùn)動(dòng)鞋，在房間里看時(shí)兩只鞋的顏以是相同的，可是到了屋外就可以明顯地看出一只經(jīng)另一只明顯發(fā)藍(lán)。這可能是因?yàn)椋◤牡览砩戏治觯?，這兩只鞋曾被分別用含有不同UV增白劑的清洗劑洗過。制作分類廣告的人都普遍遇到過這樣的問題，即客戶買回家的物品顏色與分類廣告中宣傳的顏以不一樣，這可能是由于同色異譜色在印刷廠的照明條件下匹配，而在顧客家里卻不匹配了。
     這些例子都說明，顏色匹配的結(jié)果被打破，是多么的容易——當(dāng)我們匹配顏色時(shí)，往往只是在某一特定的照明條件下實(shí)現(xiàn)了同色異譜的匹配。這就是為什么當(dāng)我們?cè)u(píng)價(jià)樣張-印張時(shí)要使用標(biāo)準(zhǔn)照明條件的原因。
     理論上，如果制作分類廣告的人知道將來廣告在什么環(huán)境下觀察的話，他就可以將顏色復(fù)制改在那樣一個(gè)環(huán)境中進(jìn)行，但實(shí)際上同乎不可能知道預(yù)期的顧客會(huì)在哪一種光照下觀看，是在中午的日光，辦公室的熒光燈下，或是家中的白熾燈下，或是借著舒適的火光蜷縮地躺在燭光之下觀看。
     ，我們只能把同色異譜現(xiàn)象看做是領(lǐng)地的一部分去接受它，然而如果你承接了一個(gè)特殊的項(xiàng)目，比如要為一間奇特的餐廳設(shè)計(jì)一個(gè)菜單，該餐廳在大多數(shù)時(shí)間下只能在燭光下點(diǎn)餐——那你就應(yīng)該在各種不同的觀察環(huán)境下來檢驗(yàn)一下重要顏色的匹配情況。
     同色異譜是你的朋友。你需要與同色異譜色和平共處。許多人起初將同色異譜當(dāng)做一個(gè)問題來看待，因?yàn)榻?jīng)過很大努力才在一種光源下達(dá)到匹配的顏色，由于某種油墨或紙張的奇特性質(zhì)，在其他不同光源下就不再匹配了。但這并不是像某些人所講的那樣，是我們視覺系統(tǒng)的缺陷。我們的視覺系統(tǒng)是經(jīng)過長期進(jìn)化而形成的精美系統(tǒng)，它只是用三種類型的感受器就可以從各種波長的光波中獲得顏色信息，而同色異譜僅僅是這個(gè)明智的進(jìn)化方案的一個(gè)副產(chǎn)品。
     對(duì)于色彩管理來講更重要的是，只有利用同色異譜色才使顏色復(fù)制成為可能。同色異譜色使我們?cè)陲@示器上顯示黃色或膚色時(shí)無須使用專門的黃色或皮膚色的熒光粉。同色異譜色使我們?cè)趶?fù)制葉綠素（植物體內(nèi)一種色素）的綠色特征時(shí)，不用使用葉綠色素的油墨，或使用一種我們稱為綠色的油墨（見圖1-16）！

（圖1-16：同色異譜色的作用）

     如果沒有同色異譜現(xiàn)象，就只能完全按照原始顏色刺激的光譜組成絲毫不差地復(fù)制形成顏色的光譜了（附帶說一句，這正是聲音復(fù)制不得不做的事情——將原聲刺激一個(gè)波一個(gè)波長地復(fù)制）。如果覺得現(xiàn)在的油墨花費(fèi)太高了，那就請(qǐng)你想像一下用數(shù)千種顏色的油墨取代現(xiàn)在僅僅用四色油墨的結(jié)果！
     相機(jī)與掃描儀的同色異譜。我們?cè)谇懊嬖?jīng)說過，兩個(gè)樣品間同色異譜色的關(guān)系不僅依賴于照明光源，也同時(shí)取決于觀察這兩個(gè)顏色樣品的特定的觀察者。同樣一對(duì)顏色樣品，對(duì)第一個(gè)觀察者可能會(huì)產(chǎn)生相同的顏色感覺，但對(duì)第二個(gè)觀察者卻不一定能產(chǎn)生相同的顏色感覺。在觀察者是人工的三色視覺設(shè)備時(shí)，這種“觀察者同色異譜色”現(xiàn)象可能會(huì)成為色彩管理的一個(gè)問題。
     如果一臺(tái)掃描儀的紅、綠、藍(lán)探測器的響應(yīng)與我們的錐體細(xì)胞感受器不同，掃描儀看上去是相互匹配的同色異譜色對(duì)，你我的眼睛看上去就可能是不同的顏色。反過來也一樣，一對(duì)我們看起來一樣的顏色，掃描儀會(huì)認(rèn)為是不同的顏色（如圖1-7所示）。有時(shí)我們將這種現(xiàn)象稱為掃描儀同色異譜特性，這就是難以將掃描儀作為一種測量設(shè)備去制作特性文件的原因。同樣地，假如一臺(tái)膠卷照相機(jī)或一臺(tái)數(shù)字相機(jī)具有與我們視覺系統(tǒng)不同的同色異譜匹配特性，我們就將其稱為相機(jī)的同色異譜特性。由于色彩管理對(duì)此實(shí)際是無能為力的，因此你必須將它看做是一個(gè)問題。

（圖1-17：掃描儀同色異譜是如何產(chǎn)生的）