【光學(xué)課堂】色彩和光的知識(shí)01-讓我們來研究顏色
發(fā)布時(shí)間：2023-11-04
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色彩和光的知識(shí)01
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   |   顏色是一種有關(guān)感覺和主觀解釋的問題。 即使他們看著同一物體（在這里是說一個(gè)蘋果），人們將依不同的標(biāo)準(zhǔn)和經(jīng)歷以迥然不同的字眼來表達(dá)同一種顏色。 因?yàn)橐磉_(dá)一種顏色有各種各樣的方法，要向某人描述某種特定顏色是很難說得一清二楚的。 如果我們對(duì)某人描述蘋果的顏色是“火紅色的”，我們是否能指望他們準(zhǔn)確地再現(xiàn)這種顏色呢？ 用言語(yǔ)來表達(dá)顏色是復(fù)雜而困難的。 然而，如果有一種標(biāo)準(zhǔn)的方法能精確地表示顏色并為每個(gè)人所理解，則色彩信息的交流就可以更加順當(dāng)，更加簡(jiǎn)單和精確。 這種精確的色彩信息交流將解決種種與顏色有關(guān)的問題。  用來表達(dá)顏色的名詞常隨時(shí)代而變。 例如我們談到的紅色就有“朱紅”、“品紅”、“玫瑰紅”、“草莓紅”和“緋紅”等。 這些稱為“慣用色名”， 通過分析顏色的狀態(tài)，并加上“鮮”、“暗”、“深”等形容詞，我們描述顏色就可以更加準(zhǔn)確一些。 如在上一頁(yè)，有人用“鮮紅”這一類詞語(yǔ)被稱為系統(tǒng)色名。 盡管我們已用很多方法來描述顏色，不同的人在聽到“緋紅”或“鮮紅”時(shí)會(huì)以不同的方式來解釋這種表達(dá)方式。 因此，用語(yǔ)言來表達(dá)顏色仍然是不夠準(zhǔn)確的。 那么怎樣來表達(dá)顏色才不至于被誤解呢？ |
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  |   大概很多人都有這種經(jīng)驗(yàn)，一個(gè)擺在蔬菜水果店里的蘋果在陽(yáng)光照射下，顯得如此美味可口， 如果放在家里的日光燈下看起來就不是那么好了。 陽(yáng)光、日光燈、鎢絲燈等，每一種照明都使同一個(gè)蘋果看起來不一樣。  放在明亮背景之前的蘋果看起來要比放在暗背景之前的來得黯淡。 這被稱之為對(duì)比效應(yīng)。對(duì)于要準(zhǔn)確地判斷顏色來說，這是不利的。  當(dāng)我們從兩個(gè)稍稍不同的角度觀察一輛小車時(shí)，車上的某點(diǎn)看起來會(huì)有陰暗之差。 這是由于車上的涂料有方向特性的緣故。 某種帶色的材料，特別是金屬涂料有強(qiáng)烈的方向特性。 對(duì)于精確的色彩交流，對(duì)某物的觀察角和照明角必須保持恒定。  每個(gè)人的眼睛的靈敏度總是稍微有差別的，甚至認(rèn)為色視覺正常的人，對(duì)紅或藍(lán)仍可能有所偏倚。 還有，一個(gè)人的視力通常隨年齡的增大而改變。 由于這些因素，各種顏色在不同的人看來是不一樣的。  有人在查看了墻紙的小塊樣片以后選擇了他認(rèn)為很好的一種，但當(dāng)墻紙貼到墻上去之后卻又覺得太亮了一點(diǎn)。 覆蓋在大面積上的看起來更明亮和更鮮艷， 這就是所謂的面積效應(yīng)。 挑選大面積的物體卻根據(jù)小面積的色樣會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)誤。 |
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   |   左圖上有兩個(gè)紅球。 乍一看，它們都是一樣的紅色，但仔細(xì)觀察一下你就會(huì)發(fā)現(xiàn)它們?cè)诤脦追矫娑际遣灰粯拥摹?兩球都是紅色，但上球的顏色較為明亮，下球則較暗。 還有，上球的顏色顯得鮮艷。 可見，即使兩球看起來都是紅的，但它們的顏色卻是不一樣的。 當(dāng)將顏色分類時(shí)，它們可以以構(gòu)成顏色的三個(gè)屬性來表示，即：色調(diào)、亮度和色飽和度（鮮艷度）。 |
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   |   蘋果是紅的，檸檬是黃的，天是藍(lán)的，這就是我們大家以日常用語(yǔ)對(duì)顏色的判斷。 我們用色調(diào)這一術(shù)語(yǔ)在色彩世界里把顏色區(qū)分為紅、黃、藍(lán)等類別。還有，雖然黃和紅是兩種截然不同的色調(diào)，但是把黃和紅混合在一起就產(chǎn)生了橙色（有時(shí)稱之為黃-紅）：混合黃和綠產(chǎn)生黃-綠；混合藍(lán)和綠則產(chǎn)生藍(lán)-綠，等等。 把這些色調(diào)銜接排列，就形成如圖1所示的色環(huán)。  當(dāng)比較各種顏色的亮度（顏色的明亮程度如何）時(shí)，顏色就有明亮和深暗之分。 例如，將檸檬的黃色和葡萄柚的黃色來說， 毫無(wú)疑問，檸檬的黃色就比較明亮。 把檸檬的黃色和歐洲甜櫻桃的紅色相比， 顯然，也是檸檬黃比較明亮。 可見，顏色亮度的測(cè)量與色調(diào)無(wú)關(guān)。 現(xiàn)在，讓我們來看一看圖2。圖2是圖1沿A（綠）B（紫紅）直線切開的剖面圖。 可以看出，亮度沿垂直方向變化，越往上去，色彩越明亮，越往下去，則越深暗。  再來說說黃色。檸檬的黃色和梨的黃色相比較又如何？ 你可能會(huì)說檸檬的黃色更明亮一些，但除此以外還有一個(gè)大的差別就是檸檬的黃色顯得鮮艷， 而梨的顏色則顯得陰晦。 這種差別稱之為色飽和度或鮮艷度。 從圖2可以看出，紫紅和綠兩色的飽和度分別由中心向兩側(cè)隨水平距離的增加而變化。 離中心越近，色彩越陰晦；離中心越遠(yuǎn)，則越鮮艷。 圖3標(biāo)出了一些常用的描述色彩亮度和色飽和度的形容詞。 至于這些形容詞表達(dá)了什么，請(qǐng)?jiān)倏匆幌聢D2。 |
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 |   如果我們測(cè)量蘋果的顏色，我們得到下列結(jié)果：  |
 |  過去已有好幾個(gè)人想出多種方法，常常是通過復(fù)雜的公式用數(shù)量來表示顏色，其目的是使每個(gè)人能夠更容易地和更準(zhǔn)確地做色彩信息交流。 這些方法試圖提出一種用數(shù)字來表示顏色的方法，就好象我們表示長(zhǎng)度和重量一樣。 例如在1905年，美國(guó)畫家A.H.孟塞爾發(fā)明一種表示顏色的方法，這種方法利用大量按照顏色的色調(diào)（孟塞爾色調(diào)）、亮度（孟塞爾值）和色飽和度（孟塞爾飽和度）分類的色紙片，用來和樣品色作目視比較。 后來，經(jīng)過許多進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)，該系統(tǒng)經(jīng)過更新，創(chuàng)立了孟塞爾新表色系統(tǒng)，也就是現(xiàn)在在用的孟塞爾系統(tǒng)。 在該系統(tǒng)中，任何給定的顏色按照它的色調(diào)（H），亮度值（V）和飽和度（C），表示為一個(gè)字母/數(shù)字組合（HV/C），并利用孟塞爾色卡作目視測(cè)定。 其他用數(shù)字表示顏色的系統(tǒng)是由國(guó)際照明（CIE）研究出來的。 其中的兩種系統(tǒng)為Yxy系統(tǒng)和L*a*b*系統(tǒng)。前者是于1931年根據(jù)CIE規(guī)定的三刺激值XYZ發(fā)明出來的，后者是由1976年發(fā)明的，以給出更為均勻的相對(duì)于視差的色差。 這兩種色空間*已在全世界用于色彩交流。 |
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L*a*b*色空間（也稱為CIELAB）是當(dāng)前通用的測(cè)量物體顏色的色空間之一，可廣泛應(yīng)用于所有領(lǐng)域。 它是均勻色空間之一，是由CIE在1976年制定的，以便克服原來的Yxy色空間的一個(gè)主要問題，即： x,y色度圖上相等的距離并不相當(dāng)于我們所覺察到的相等色差。 在這一色空間中，L*是亮度，a*和b*是色度坐標(biāo)。 圖6所示的為a*,b*色度圖。 在這個(gè)圖上，a*和b*表示色方向： +a*為紅色方向，-a*為綠色方向，+b*為黃色方向，-b*為藍(lán)色方向。 中央為消色區(qū)；當(dāng)a*和b*值增大時(shí)，色點(diǎn)遠(yuǎn)離中心，色飽和度增大。 圖8是L*a*b*色空間色主體表示法；圖6是該色主體在某恒定L*值處的水平剖面圖。  |   |
要知道這些值究竟意味什么顏色，首先讓我們?cè)趫D8上的a*b*圖上標(biāo)出a*和b*值（a*=+47.63,b*=+14.12)來得到點(diǎn)（A），它所表示的就是蘋果的色度。 如果我們把圖8上的色主體通過（A）點(diǎn)和中心垂直地切割，我們可以得到一張色圖與亮度的關(guān)系圖，圖7所示為該圖一部分。  |   |
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L*C*h色空間使用與L*a*b*色空間一樣的色度圖，但是它使用柱面坐標(biāo)而不是直角坐標(biāo)。 在該色空間中，L*亮度且與L*a*b*色空間中的L*相同，C*為色飽和度，h為色調(diào)角。 在圓心處色飽和度C*的值為0，離圓心越遠(yuǎn)C*值越大。 色調(diào)角被規(guī)定為從+a*軸開始并以度數(shù)表示： 0為+a*（紅），90為+b*（黃），180為-a*（綠），270為-b*（藍(lán)）。 如果我們用L*C*h色空間來測(cè)量蘋果的顏色，我們將得到下列結(jié)果。 如果我們把這些值描繪在圖9上，我們就得到點(diǎn)（A）。  | |  |
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