PAGEPAGE4目錄一、顏色的幾個基本概念 2二、三原色模型 4三、四原色模型 6四、彩色電視機 6五、對立過程的視覺模型 8六、顏料顏色呈現(xiàn)的光學原理 9七、顏色的混合 10八、輻射度學、光度學和色度學及其之間的關系 11一、顏色的幾個基本概念1.色散牛頓曾經(jīng)通過三棱鏡證實，白光可以分解成七彩的彩虹-這是“色散”作為實驗現(xiàn)象給人最深刻的映像?！吧ⅰ币辉~，正是由此而來。2.亮度亮度是指發(fā)光體（反光體）表面發(fā)光（反光）強弱的物理量。人眼從一個方向觀察光源，在這個方向上的光強與人眼所“見到”的光源面積之比，定義為該光源單位的亮度，即單位投影面積上的發(fā)光強度。其中是光通量，是立體角，為給定方向與單位面積圓ds法線方向的夾角。亮度的單位是坎德拉/平方米（cd/m2）。亮度是人對光的強度的感受。它是一個主觀的量。與亮度不同的，由物理定義的客觀的相應的量是光強。這兩個量在一般的日常用語中往往被混淆。3.色溫通常人眼所見到的光線，是由7種色光的光譜疊加所組成。但其中有些光線偏藍，有些則偏紅，色溫就是專門用來量度和計算光線的顏色成分的方法。光源發(fā)光時會產(chǎn)生一組光譜，用一個純黑體產(chǎn)生出同樣的光譜時所需要達到的某一溫度，這個溫度就是該光源的色溫。在黑體輻射中，隨著溫度不同，光的顏色各不相同，黑體呈現(xiàn)由紅——橙紅——黃——黃白——白——藍白的漸變過程。某個光源所發(fā)射的光的顏色，看起來與黑體在某一個溫度下所發(fā)射的光顏色相同時，黑體的這個溫度稱為該光源的這里要避免出現(xiàn)這樣的誤解，即以為某種錐細胞對某種波長的光有反應，則對別的波長的光就沒有反應，紅視錐細胞只對紅色波段的光有反應，綠和藍的視錐細胞也只對綠和藍的光有反應。實際上，不管是單色的某種波長的光進入人的眼睛還是各種波長的光以不同的強度混合進入眼睛，三種錐狀細胞都同時反應，只是它們感受到某刺激后反應的強弱不同，就會組合成不同的對顏色的感受，而這三種感受值，被稱為“三刺激值”。在計算機的畫圖程序調(diào)色板中，有紅（R）、綠（G）、藍（B）三個表示光強弱的數(shù)據(jù)塊，能在0—255范圍內(nèi)變化，在顏色/純色板中，可以觀察到這三種顏色的光混合后的顏色。具體操作如下：開始→程序→附件→畫圖→顏色→編輯顏色→自定義顏色，調(diào)節(jié)紅、綠、藍三種顏色的強度，即可在顏色/純色板中配出我們想要的顏色。三原色的模型有一個細小的麻煩，根據(jù)W.DavidWright和JohnGuild1920年創(chuàng)立的一種特別的配色實驗，非常容易發(fā)現(xiàn)某些顏色通過紅綠藍配色配不出來，因此他們不得不在三刺激值中，針對紅色，引入負值。1920年代，W.DavidWright和JohnGuild的實驗發(fā)現(xiàn)，有的時候三原色模型中紅色刺激值要取負值。1920年代，W.DavidWright和JohnGuild的實驗發(fā)現(xiàn)，有的時候三原色模型中紅色刺激值要取負值。三、四原色模型我們知道，色盲和色弱的出現(xiàn)者分為三類：紅綠色盲、藍黃色盲、全色盲（既不能感受紅綠、也不能感受藍黃，只有黑、灰、白的感受），這個現(xiàn)象很難用三原色模型來解釋，畢竟沒有專門的紅色盲、綠色盲和藍色盲，而用Hering的四原色理論則很容易解釋。與當時的主流理論不同，在1878年，德國生理學家EwaldHering提出了四原色理論，這四種原色是紅、綠、藍、黃。實際上，Hering最初提出的理論是“六原色”。他假定三種感光細胞分別感應“黑—白”顏色對、“紅—綠”顏色對和“黃—藍”顏色對，每個色對中的兩種顏色被稱為對立色。三種感光細胞的工作原理都是一樣，比如對于紅色，專門感受“紅-綠”的細胞將做出“異化”反應，可以認為是細胞受到一個負向的刺激作用；而對于綠色，這種細胞將做出正向的反應，稱為”同化“反應。稍加分析，“黑白”對就被放棄了，因為白光是一種復合光，而黑光則是明顯沒有足夠光照，不放棄將導致假設很復雜，這既不需要也難以接受。而最終，紅綠藍黃四種顏色的假說則被保留下來，因為它可以很容易地解釋色盲現(xiàn)象，這就是所謂的四原色模型。現(xiàn)在我們接受的模型，是三原色和四原色理論的結(jié)合：既能解釋人眼內(nèi)有三種感受顏色的錐狀細胞這一事實，也能解釋色盲的問題。四、彩色電視機顏色是由亮度和色度共同表示的，而色度則是不包括亮度在內(nèi)的顏色的性質(zhì)，它反映的是顏色的色調(diào)和飽和度。黑白電視顯示黑白圖像，跟人類的暗視覺一致，只有亮度而無色彩。出現(xiàn)黑白電視以后，其電視信號是只需傳輸關于黑白圖像的亮度信號的。彩色電視機顯示彩色圖像，既有亮度又有色彩?，F(xiàn)在黑白電視已經(jīng)被淘汰了，曾經(jīng)黑白電視與彩色電視共存的時期，會遇到這樣一個問題：黑白電視與彩色電視兼容的問題。雖然我們可以以三種原色為基礎來制定彩色電視信號的方案，但是這將意味著彩色電視的信號傳送方案和黑白電視的信號方案完全不同。我們當然得為黑白電視設黑白電視電視臺，再專門為彩色電視設電視臺。但是，如果兩種信號方案完全不一樣，則彩色電視臺發(fā)出的信號，有黑白電視機的用戶就是收到了，也看不成電視；反之，有彩色電視機的朋友也別想再看原來的黑白電視節(jié)目了。這就是電視信號的不兼容。因此，我們得想一個辦法，讓彩色電視和黑白電視信號兼容。這樣，可以讓看黑白電視的朋友可以看彩色電視的節(jié)目，雖然他只能看到黑白圖像；又可以讓有彩色電視的朋友看黑白電視臺的節(jié)目，雖然他只能委屈地看看黑白圖像。1938年，法國工程師

\o"GeorgesValensi"GeorgesValensi為彩色電視編制了一套傳送色彩信號的方案，使得黑白電視和彩色電視的信號可以兼容。GeorgesValensi的辦法，是通過構(gòu)成某種顏色的三種原色成份多少的三個信號值R（紅色成份）、G（綠色成分）和B（藍色成份），算出一個量，叫做亮度（luminance），定為Y，其計算公式如下：

Y=C1R+C2G+C3B

其中C1、C2、C3為常數(shù)（3-1）這個Y值既然是亮度，就還是按原來的黑白電視信號一樣發(fā)射出去，那么以前看到黑白電視的朋友依然可以依據(jù)這個信號解算出黑白的圖像。而剩下的顏色信號如何表示呢？Valensi就構(gòu)造了一個量，稱為色度，它由兩個分量構(gòu)成，分別是

U=R?Y=C4R?C2G?C3B

其中C1、C2、C3為常數(shù)

（3-2）

V=B?Y=?C1R?C2G+C5B

其中C1、C2、C3為常數(shù)

（3-3）然后信號U和V采用一種特殊方式疊加到原來的黑白電視信號上。這個色度信號，黑白電視會自然將它過濾掉，不會影響其工作；而彩色電視將根據(jù)這個信號解算出色彩。而彩色電視收到黑白電視的電視臺來的信號時，依然可以工作，只是沒有色度信號，只好看黑白圖像。這跟人在昏暗的情況下只能看到黑白的世界的道理非常一致，即色度信號消失了。注意公式（3-2）和（3-3），關于顏色，在電視系統(tǒng)中，我們傳送的不是三原色的成份幅度值，而是R,G和B的疊加值。五、對立過程的視覺模型1957年，\o"DorotheaJameson"DorotheaJameson和她的丈夫Hurvich，通過一組關于“對立過程”的實驗，建立了我們現(xiàn)在廣泛接受的視覺模型，如下圖：可見光進入眼睛，照射到視網(wǎng)膜上，三種錐狀細胞（S、M和L錐狀細胞（conecell），表示光波波長較短、中等和較長）和柱狀細胞（RodCell）感光以后，其感受的信號，被送入神經(jīng)細胞（Neurons）進行組合計算。如上圖所示，這個組合包括了紅與綠的組合（R-G），藍與黃的組合（Y-B），而亮度A由四種感光細胞共同組合而成。這里的紅與綠已經(jīng)不是簡簡單單認為是L和M的簡單對減，同樣黃色Y（黃色是L和M共同作用的結(jié)果）和藍色B也有較復雜的組合模式，視知覺是這些組合傳導進入大腦處理的結(jié)果。我們可以留意到，這和彩色電視機的原理是何其相似！這個模型已經(jīng)獲得了生理學的證據(jù)的支持，也解釋了一系列我們前面的疑問：（a）為什么有三種感受顏色的細胞，卻只有紅-綠和黃-藍色盲：注意在兩個神經(jīng)通道上，分別成對出現(xiàn)了紅-綠對，黃-藍對。（b）為什么三刺激值中，紅色刺激值可以為負值：這是組合運算的結(jié)果的呈現(xiàn)，而不是三種感受顏色的細胞的感受情況的直接表述。（c）為什么“紅”感光細胞和“藍”感光細胞不是正對紅色和藍色：因為所謂三原色的視覺理論，只是一個模型，我們是以此模型構(gòu)造的理論，并將之作為實驗的預設前提，而不是以細胞感光的生物學證據(jù)作為模型前提，實際上，三原色有很多不同的取法。六、顏料顏色呈現(xiàn)的光學原理假定太陽光照在沒有色彩的紙上，那么白光中包含的所有波長成份就會均勻地反射回來，這個時候我們用眼睛去看，就會得到白色的感覺。如果紙面的反射率相當高，我們就會覺得紙相當白；反射率中等，紙看起來是灰色的；反射率低，紙看起來就是黑色的了。而如果我們?nèi)タ茨撤N顏料時，由于白光中某些波長成份被反射得厲害些，另一些波長被吸收得厲害些，所以最后，顏料就由那些反色厲害的波長的光的成份合成了不是黑白灰的某種彩色的光。顯然，對于某種顏料，它可能對某些波長成份吸收得厲害些，但是總體而言，它可圖a能對光有極強的反射，所以給人整個感覺就亮；反之，如果反射弱而吸收強，其給人的感覺則偏暗。圖a另外，如果從顏料返射的光波成份里，按比例的白光的成份多，則顯得這顏色不純，反之則顯得顏色就好。關于彩色種類的度量、明暗的度量和顏色純度的度量，有很多不同的定義，但是對于顏料這類靠反射光而顯出顏色的物質(zhì)，一般會選用孟塞爾色度體系；相應地，我們選用三個量：色調(diào)或者色相（Hue）、明度（value）或亮度和色度（chroma）或飽和度來表示一個顏色。以色相、明度和色度建立柱坐標來表示一個三維空間，這個空間稱為色空間（ColorSpace）。以此理論為基礎將各種類別顏色排列起來的一個體系，有很多種，而由孟賽爾在1900年代完成的孟賽爾色度體系（Munsellcolorsystem），在當時是一個最嚴格、最豐富和最均勻的體系，現(xiàn)在我們廣泛使用的一種計算機圖形系統(tǒng)平臺DirectX，就是依靠此色度體系而設計。圖a是孟賽爾的色輪的展示，其左上角表明了柱坐標的三個坐標及坐標的方向；七、顏色的混合問題：為什么調(diào)色的顏料越多，調(diào)出的顏色越暗；而用來配光的各種顏色光越多，光就越亮？1.減色法將兩種顏料混合變成了新的顏色的過程，我們現(xiàn)在已經(jīng)可以在光學上給出解釋。一種顏料只反射一種彩色光的光譜，而兩種顏料混合，則改變了反射的光譜成份的分布，同時減少了反射的光的總體強度。因此，顏料混合一方面改變了色相，出現(xiàn)了新的顏色；另一方面又降低了明度。所以混合的顏色越多，整個顏色越是暗淡，看起來灰撲撲的。這樣的調(diào)色過程叫做減色法。減色法（subtractiveprocess），是指按黃、品紅、青三原色料（如顏料、油墨）減色混合原理成色的方法。當以上三種顏色（顏料.染料）等量混合后將會得到黑色。當兩種顏料混合物的顏色按恰當比例調(diào)出來變成了灰色或者黑色時，我們說這兩種顏色是互補的，稱互補色。比如綠和品紅、紅和青、藍和黃。如上圖所示：C青、M品紅、Y黃。2．加色法而將不同顏色的光投到屏幕上，那么這些光彼此疊加，能量加強，所以會越