彩色

彩色即多种颜色，彩色，可分为无彩色和有彩色两大类。

有彩色就是包含了彩调，即红、黄、蓝等几个色族，这些色族便叫色相。

谈到明度，宜从无彩色入手，因为无彩色只有一维，好辩的多。（图）最亮是白，最暗是黑．以及黑白之间

不同程度的灰，都具有明暗强度的表现。若按一定的间隔划分，就构成明暗尺度。有彩色即靠自身所具有的明度值，也靠加减灰、白调来调节明暗。

日本色研配色体系（P、C、C、S）用九级，门塞儿则用十一级来表示明暗，两者都用一连串数字表示明度的速增。物体表面明度，和它表面的反射率有关。反射的多，吸收得少，便是亮的；相反便是暗的。只有百分之百反射的光线，才是理想的白，百分之百吸收光线，便是理想的黑。事买上我们周围没有这种理想的现象，因此人们常常把最近乎理想的白的硫化镁结晶表面，作为白的标准。在P、C、C、S、制中，黑为’1，灰调顺次是2.4．3.5、4.5． 5.5、 6.5、 7.5、 8.5，白就是9.5。越靠向白，亮度越高，越靠向黑，亮度越低。通俗的划分，有最高、高、略高、中、略低、低、最低七级。在九级中间，如果加上它们的分界级，即 2、 3、 4、 5、 6、 7． 8、 9，便得十七个亮度级。

有彩色的明暗，其纯度的明度，以无彩色灰调的相应明度来表示其相应的明度值。明度一般采用上下垂直来标示。最上方的是白，最下方是黑，然后按感觉的发调差级，排入灰调。‘这一表明明暗的垂直轴，称无彩色轴，是色立体的中轴。

最初的基本色相为：红、橙、黄、绿、蓝、紫。在各色中间加插一两个中间色，其头尾色相，按光谱顺序为：红、橙红、黄橙、黄、黄绿、绿、绿蓝、蓝绿、蓝、蓝紫，紫。红紫、红和紫中再加个中间色，可制出十二基本色相。

这十二色相的彩调变化，在光谱色感上是均匀的。如果进一步再找出其中间色，便可以得到二十四个色相。如果再把光谱的红、橙黄、绿、蓝、紫诸色带圈起来，在红和紫之间插入半幅，构成环形的色相关系，便称为色相环。基本色相间取中间色，即得十二色相环。再进一步便是二十四色相环。在色相环的圆圈里，各彩调按不同角度排列，则十二色相环每一色相间距为30度。二十四色相环每一色相间距为15度。

P．C．C．s制对色相制作了较规则的统一名称和符号。其中红、橙、黄、绿、蓝、紫，指的是其“正”色（当然，所谓正色的理解，各地习惯未尽相同）。正色用单个大写字母表示，等量混色用并列的两个大写字母表示，不等量混色，主要用大写字母，到色用小写字母。xxx例外的是蓝紫用V而不用BP。V是紫罗兰的首字母，为色相编上字母作为标记，便于正确运用而又便于初学记忆。

日本人以这样来划分并定色名，显然是和门塞尔的十色相，二十色相配合的。门塞尔系统是以红、黄、绿、蓝、紫五色为基本色，把它称作黄红。因此P、C、C、S制的二十四色便也归为十类，

一种色相彩调，也有强弱之分。拿正红来说，有鲜艳无杂质的纯红，有涩而像干残的“凋玫瑰”，也有较淡薄的粉红。它们的色相都相同，但强弱不一，一般称为（Sa+ura+lOn）或色品。彩度常用高低来指述，彩度越高，色越纯，越艳；彩度越低，色越涩，越浊。纯色是彩度最高的一级。

表示彩度，一般用水平横轴.以无彩色竖轴为点，在色相环某一色相方向伸展开去，按彩度由低至高分作若干级， P、 C、 C、 S制便分九级，以S为其标度单位。最低为IS。

最高为g S。越靠近无彩竖轴，彩度便越低。无彩轴上没有一点儿彩调，可说彩度为O S。离无彩轴远则彩度高，端点便是纯色，亦即是光谱上该色之色相。

彩度是这样分级的：按纯度的亮度，寻找其对应的灰调，分九等份（依感觉），逐一加入纯色中，同时逐一扣去约色的一份。于是便得到纯色的八个连续的彩度。 5 S是扣去4/9纯色加入了4/9的灰量；ISG是扣去8/9纯度，加入了8/9纯色，加入了8/9灰量.通俗的分法，与九级彩度相对应。用高、略高、中、略低、低五级来标示。

我们把以上在白光下混合所得的明度、色相和彩色组织起来，选由下而上，在每一横断面上的色标都相同，上横断面上的色标较下横断面上色标的明度高。再由黑、白、灰作为中心轴，中心而外，·使同一圆柱上，色标的纯度都相同，外圆柱上的比内圆柱上的纯度高。再队中心轴向外，每一纵断面上色标的色相都相同，使不同纵断面的色相不同的红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等色相自环中心轴依时针顺序而列，这样就把数以千计的色标严整地组织起来，成为立体色标。影响较大的立体色标是奥斯特华色标和门塞尔色标。

颜色可分为非彩色与彩色两大类，颜色是非彩色与彩色的总称。非彩色指白色，黑色与各种深浅不同的灰色。白色、灰色、黑色物体对光谱各波长的反射没有选择性，它们是中性色。彩色物体对光谱各波长反射具有选择性所以它们在白光照射下出现彩色。图2.1－3画出了几种颜色物体的光谱反射率特性。白色物体反射系数近1，黑色物接近于0，灰色物体介于0与1之间。彩色物体的反射率是随频率变化的，其数值介于0至1之间。

彩色是指白黑系列以外的各种颜色，颜色有三特性：亮度、色调和饱和度。

亮度（Luminance）是指色光的明暗程度，它与色光所含的能量有关。对于彩色光而言，彩色光的亮度正比于它的光通量（光功率）。对物体而言，物体各点的亮度正比于该点反射（或透射）色光的光通量大小。一般地说，照射光源功率越大，物体反射（或透射）的能力越强，则物体越亮；反之，越暗。

色调（Hue）:指颜色的类别，通常所说的红色，绿色，蓝色等，就是指色调。光源的色调由其光谱分布P（l）决定；物体的色调由照射光源的光谱P（l）和物体本身反射特性r（l）或者透射特性t（l）决定，即取决P（l）r（l）或P（l）t（l）。例如蓝布在日光照射下，只反射蓝光而吸收其它成分。如果分别在红光，黄光或绿光的照射下，它会呈现黑色。红玻璃在日光照射下，只透射红光，所以是红色。

饱和度（Saturation）：是指色调深浅的程度。各种单色光饱和度最高，单色光中掺入的白光愈多，饱和度愈低，白光占绝大部分时，饱和度接近于零，白光的饱和度等于零。物体色调的饱和度决定于该物体表面反射光谱辐射的选择性程度，物体对光谱某一较窄波段的反射率很高，而对其它波长的反射率很低或不反射，表明它有很高的光谱选择性，物体这一颜色的饱和度就高。

无论是什么光，它的彩色都是取决于客观与主观两方面的因素。

1、客观因素是它的功率波谱分布。对光源的彩色，直接取决于它的功率谱P（l）P（l）和P（l）t（l）。因此物体的彩色不仅取决于它的反射特性r（l）和透射特性t（l），而且还与照射光源的功率谱有密切关系，关于这一点将在2.1.2节中详细举例说明。因此，在色度学和彩色电视中，对标准光源的辐射功率波谱，必要作出明确而严格的规定。

2、主观因素是人眼有视觉特性。不同的人对于同一功率谱P（l）的光的色感可能是不相同的。例如，对于用红砖建造的房子，视觉正常的人看是红色，而有红色盲的人看是土黄色；同样，他看绿草坪是黄色。由于周围环境的影响，红色盲患者会把他看到的“土黄色”房子叫做“红色”房子；同样，把他看到的“黄色”草坪，叫做绿色草坪，并认为他看到的“红色”与“绿色”和正常人一样。只通过一定检验方法才能发现色盲患者的视觉缺陷。由此可见，光给人的彩色感觉与人眼的视觉特性有关。

在色度学和电视技术中，常以白色作为一种标准，所以标准光源都是白光。常用的标准白光有五种，称为A、B、C65和E光源。它们辐射的光谱分布在图2.1－2（b）中用几条曲线表示。这种表示方法虽然精确，但是，对于使用感到非常不方便，于是人们想到了xxx黑体（下面简称黑体）。物理光学指出：在不同温度下，黑体辐射电磁波的本领是不同的，它的辐射本领按波长分布的规律如图2.1-2(a）所示。由图可见，黑体在不同温度下的辐射光谱作为标准，让各种光源的光谱分布与之比较。当光源的光谱与黑体某一温度下的光谱相一致时，则黑体的这一温度称为光源的色温；当光源的光谱只能与黑体某一温度下的光谱相近似，而不能精确等效时，则称这一温度为光源的相关色温。由于黑体这个温度与彩色有关，故名色温。读者注意，光源的色温与光源本身的温度是两回事，通常两者是不相同的。例如白炽灯光源本身温度为2800K，但其色温是2845K。

有了色温和相关色温的概念，表示光源的特性将非常方便。例如：

A光源：色温为2845K，相当于白炽灯在2800K时辐射出的光。

B光源：相关色温为4800K，相当于中午直射的日光。

C光源：相关色温为6700K，相当于白天的自然光，它的蓝色成分较多。

D65光源：相关色温为6500K，相当于白天平均光照，近年来，常被用作彩色电视的标准光源。

E光源：又称为等能白光，即P（l）=常数，它是一种假想而实际并不存在的光源，采用它纯粹是为了简化色度学中的计算，其相关色温为550K。

另外，在彩色电视、电影摄影棚和演播室中常采用新式卤钨灯，其相关色温3200K，它是近代照明技术中常采用的光源。

显像管屏幕上显现的白光，有些色温高达9000～11000K，此时白色已经偏蓝了。

维恩（Wien）位移定律指出：当xxx黑体的温度增高时，xxx的发射本领向短波方向移动（见图2.1-1）,所以色温较高的光源，其发出的辐射能较多地分布在波长较短的绿光和蓝光之中；而色温较低的光源，其辐射能较多地分布在波长较长的红光中。因此，在上述几种标准白光中，色温较低者，偏红；色温较高时，偏蓝。

彩色视觉讯号既然是由眼球转达到脑，我们在此简介一下眼的构造。图八显示眼球图，光经过眼角膜与晶状体聚像于视网膜上，所有对光灵敏的视网膜细胞都在这里，特别灵敏的区域叫视网膜中心窝（fovea），这是视觉细胞分布特别多的地方。如果我们要看细微的东西，眼睛会眯起来，就是为了让光聚在最灵敏的中心窝上。视觉细胞基本上有两种，一种为杆状体，另外一种为锥状体。杆状体细胞比较多，大约有上亿个，锥状体细胞则只有六、七百万个，大多集中在中心窝附近。杆状体细胞对光极为灵敏，但无区分彩色之能力，其灵敏的程度，可使人在无月的黑夜单靠星光就可看到东西，甚至两公里外的火柴光都可看到呢！锥形细胞则要在较强的照度下方能激发，它是使我们能辨别彩色的视觉细胞。

无论杆状体细胞或锥状体细胞，在它后半部都有高度折叠的膜状构造，其中含有最重要的感光蛋白质──视紫（rhodopsin），它们夹在这些膜表面，分子量为38,000。视紫内含有另一小分子称为retinal（与维生素A构造相似，是由其转变而来，见图九），它是一种感光色素。retinal有两种型式（同分异构物），当吸光时，使11-cis-retinal经过一系列的快速变化，变成trans-retinal，而使分子形状拉直而脱离视紫，然后视紫变形使细胞膜产生变化（其细节，化学家尚不很清楚），最后的结果是改变了细胞膜对钠离子的穿透性。原来在暗的条件时，折叠膜的钠离子通透量很高，每秒可穿透109个钠离子，在低照度之下，这个钠离子通透量就大为减少，只有107钠离子/秒。结果发出神经电位讯号而使大脑接受视觉。

经过生理学家及心理学家的研究，吾人认为锥状体细胞有三种，分别含有三种不同的色素（虽然化学家至今仍无法将它们分离出来），它们的吸收幅度都很广，但并不相同。图十显示三种锥状体对不同波长的反应曲线，三个高峰分别是在580、535及445nm波长的位置。由于它们吸收幅度的宽广，在普通单波长光照射下，三种锥状体细胞都会吸收而作用，只是其相对的反应强度不同。在复合光的作用下，反应就更复杂，使人可能得到上千种的彩色知觉呢！从上面说的物理、化学变化，再到彩色知觉的产生，是要经过神经讯号的处理，大脑视皮质（visual cortex）如何处理这些讯号，整合它们呢？这整个过程，至今科学家仍是很不了解，只在起步阶段。

其实，彩色是一个完全主观的认知经验，就如味觉、嗅觉一般。但对一般人而言，往往比较愿意承认一种食品的味道是主观的，并非其组成化合物的本质，但另一方面却把物体的彩色视为其本质。譬如说，认为「铜离子是蓝色的」；较进一步的，虽然不认为彩色是物质的本质，却也坚认为它是可见光的本质。前面所提到的一些例子，也多少是根据着这些看法，以物理原理来说明彩色的产生。但是，完全的彩色经验还要视环境而定，并非由进入眼球的光的物理条件能简单地说明。在中学教科书中，往往将眼比拟如一个照相机，网膜就好像照相底片。这个说法过分简化了视觉的复杂性。更恰当地说法应当是眼与脑为不可分的整体，影像与彩色的建立，需要非常复杂的计算过程，这个过程，我们至今仍很不清楚。以下我们只是简单地介绍一些现象，借此来学习一点彩色的认知心理。

我们对彩色的认知，包含三个因素──色度（hue）、亮度（brightness）与饱和度（saturation）。大略地说，色度是反映光的波长，即我们说红、橙、黄、绿、蓝等等。亮度是与光的强度有关，强光则亮，但变化波长亦会使亮度变化，譬如黄色即较紫色为亮。虽然后者的照度可使之比前者高（物理上说）；最后则是饱和度，它与各波长混合的程度有关，较纯的光（单波长）其饱和度通常较低，橙色与褐色的区别主要在饱和度。以上的分类是建立于心理的认知，它与物理量（波长、照度）的关系并不直接，亦非xxx。例如，我们常见的色轮（见图十一），其外圈彩色是依色度来分，色轮上的正红色是在太阳光谱找不到的彩色，它是由物理光谱上的紫光与红光（约700nm）混合得来。另外正黄色是在570nm波长，但同样的正黄色亦可由两束不甚纯的红光与绿光混合而得。这是由于纯正的红与绿为互补光，它们混成白色（没有色度），则不纯的红、绿就显示其剩下的黄色。所以彩色的知觉与波长并无一对一的关系。

我们日常生活对彩色的认知是在极为变化的照光条件下进行的。我们可以从耀眼的日光下步入较暗的室内，仍保持对彩色相同的辨认。譬如对黑白的分辨，在日光下，一块黑煤所反射的光强度，xxx地比在暗室内一支粉笔所反射的光为大；但是我们绝不因照度不同，而黑白不分，黑的仍是黑的。这说明了彩色与光的强度亦无xxx关系。以上的现象亦存在于其他彩色，叫做彩色的恒定性（color constancy）。恒定性是相对的，还依环境与记忆而定，人们对熟悉物体比较容易保持其彩色的恒定性；例如，在大多数状况下，不论你用什么光照射救火车，人们大多把它看成红色，至多深浅不同而已。但对不具特征的图案，彩色的判断较不易保持恒定，而易受周围的影响。例如图十二中，圆圈的彩色在各图的上下，看起来有不同的亮度。

现如今彩色的应用范围已经不再是仅仅局限于我们视觉效果了，甚至已经应用到我们味觉效果中了，在我们经常吃的传统面条里都已经加入彩色了，最近最火爆的营养彩面就是一个最直接的例子，营养彩面不光是加入了彩色这个概念，更加注重营养，真正做到“色、香、味”俱全。

从物理观点来说，彩色产生的原因不外乎光的吸收、折射与干涉现象。我们举一些例子来说明。图二是一杯冰可乐，是从底下打白光，摄影得到（编注：本文图二、四、六、七、十、十一、十二为彩色图片，请见封底）。因为可乐的色素吸收蓝光与紫光，透过的为红光，加上杯子与冰块的折射，就造成这张美丽的相片。又如化学实验室内常见的硫酸铜溶液呈蓝色是因铜离子吸收近800nm的红光，而使蓝光透过。然而在日常生活中，所看到的物体多不透光，它的彩色是反射光的彩色。基本上，是物质吸收可见光的某部分，而将不吸收的部分反射出来，我们看到的是反射光，如果吸收的越多则彩色看来越深。图三是在物体表面涂上透明漆或是打蜡，以加强多次反射效果，亦就是使入射光经过多次物质表面的吸收，则物体的彩色就更深。例如，下雨前，红砖道是浅红色的，下雨后就变暗红色；地板打蜡后其彩色变深，都是这个道理。生物界亦有此种例子。图四是两只同种的昆虫，会变化彩色。这昆虫背上有一层薄薄的空隙组织，这层空隙底下是一层含色素的组织，强烈吸收紫、蓝光，反射黄光。如果两层之间是空的，只有一次反射，彩色看来很浅。当变色时，两层之间充入水，则光线经过多次吸收反射，昆虫的彩色看来就深；它的道理和下雨后红砖道变深是一样的。

光的干涉现象可以将不同彩色（波长）的光分开。图五是可以造成光的干涉的光栅，当光从相邻的两个面反射时就有光程差（光所经过路径差），如果这光程差恰好是波长的倍数时，光波即有加成干涉，其他波长则不加成，如此不同彩色的光，其反射程度就不同了。干涉现象而形成彩色，最有名的例子是肥皂泡的彩色及金属面油膜的彩色。肥皂及水本身并不吸收彩色光，但吹出泡膜以后，光在肥皂膜内进行折射反射再出来，每一处膜的厚度不一样，光走的路径长短不一，产生相位差，而造成干涉现象。图六是一种甲虫，它背部有很小的条状突出构造，就像光栅一般，因此使甲虫看来有彩色，此种干涉现象所造成的彩色，在不同的角度看起来是不同的，对昆虫产生很大的保护作用。对它的敌人而言，在不同角度看到不同的彩色，就很难判断它的距离。因为低等动物之视觉没有视角差，距离的判断方法之一要靠彩色之对比。当彩色对比过强时，就不易判断距离。

光和物质作用除了吸收和折射外，还有一个重要的作用──散射，这是天空呈蓝色的原因。大气中，分子的热运动，造成局部的不均匀（瞬间），当光进入不均匀介质，就向四面八方散射。散射能力与波长四次方成反比，在可见光范围内，以蓝、紫色散射xxx，它们散射到天空，所以天是蓝的。自然景观中的远山，亦呈蓝色（见图七）。其他如汽车排烟，香烟的烟呈蓝色，也都是其中有散射力强的颗粒而造成，并非吸光的缘故一文。