色彩的基本原理與空間_圖文

1、色彩的基本原理與空間色彩的基本原理與空間我們見到的顏色,如蘋果的紅色、天空的藍(lán)色、草的綠色,其實(shí)都是在一定 條件下才出現(xiàn)的色彩。這些條件,主要可歸納為三項(xiàng),就是光線、物體反射和眼 睛。光和色是并存的,沒(méi)有光,就沒(méi)有顏色,可以說(shuō),色彩就是光線到我們眼內(nèi) 產(chǎn)生的知覺(jué)。1. 光的波長(zhǎng)凡是能作用于人們的眼睛,并引起明亮視覺(jué)的那種電磁輻射,即被稱作光, 電磁輻射可以通過(guò)數(shù)據(jù)來(lái)描述, 這種數(shù)據(jù)叫波長(zhǎng)。 電磁輻射的波長(zhǎng)范圍很廣, 我 們能見到的光的波長(zhǎng), 范圍在 380至 780毫米之間, 隨著波長(zhǎng)由短到長(zhǎng), 出現(xiàn)的 色彩是由紫到紅,如圖所示?？梢姽庾V波長(zhǎng)在電磁波范圍中的位置不同波長(zhǎng)的光所反射的強(qiáng)度是不同的

2、,因此,測(cè)量物體所反射的波長(zhǎng)分布, 便可以確定該物體是甚么顏色, 例如一個(gè)物體在 700至 760這段波長(zhǎng)內(nèi)有較多的 反射, 則該物體傾向紅色, 如果在 500至 570這段波長(zhǎng)內(nèi)有較多的反射, 則物體 傾向綠色。 通過(guò)測(cè)量物體反射光量的方法, 科學(xué)家可以很精確的推定, 兩件物體的顏色是否相同。2. 人眼與 RGB 顏色空間測(cè)量光量反射的方法固然很精確,但不好用,因?yàn)檠劬Σ⒎且圆ㄩL(zhǎng)來(lái)認(rèn)知顏 色。 在眼睛的網(wǎng)膜內(nèi)分布著兩種細(xì)胞, 桿狀細(xì)胞和椎狀細(xì)胞, 這些細(xì)胞對(duì)光線作 出反應(yīng),便形成色彩的知覺(jué)。桿狀細(xì)胞是一種靈敏度很高的接收系統(tǒng),能夠分別極微小的亮度差別,協(xié)助 我們辨識(shí)物體的層次, 但是卻不能分

3、辨顏色。 椎狀細(xì)胞較不靈敏, 但是卻有分辨 顏色的能力。 所以在亮度很弱的情況下, 物體看起來(lái)都是灰灰白白的, 因?yàn)樽禒?細(xì)胞在這時(shí)已不發(fā)揮作用,只有桿狀細(xì)胞在工作。椎狀細(xì)胞對(duì)光量的反應(yīng)并非是一樣的。當(dāng)一束光線射到眼睛網(wǎng)膜上,椎狀細(xì) 胞敏感性分別是感受紅光、 綠光及藍(lán)光的三種視色素。 即是說(shuō), 眼睛只需以不同 強(qiáng)度和比例的紅綠藍(lán)三色組合起來(lái), 便能產(chǎn)生出任何色彩的知覺(jué), 因而紅綠藍(lán)可 說(shuō)是人眼的三基色。 利用三基色色光的相加迭合, 我們基本上能夠模擬自然界中 出現(xiàn)的各種色彩, 這就是著名的光學(xué)三色原理。 以這種方法產(chǎn)生色彩亦叫做加法 混色。 顯示器顯像和攝影就是使用這種混色方法的具體應(yīng)用, 也

4、就是我們通常說(shuō) 的 RGB 顏色模式。 RGB 顏色模型如圖所示。 RGB 顏色空間模型3. 人眼與 Lab 顏色空間RGB 顏色模式很好的說(shuō)明了各種顏色的混和現(xiàn)象,但不能滿意的解釋色盲現(xiàn) 象。 按照人眼分別有感受紅光、 綠光及藍(lán)光的三種視色素的原理來(lái)說(shuō), 至少應(yīng)該 有三種不同的色盲,紅色盲、綠色盲、藍(lán)色盲。但事實(shí)上幾乎所有的紅色盲同時(shí) 也是綠色盲,幾乎所有藍(lán)色盲同時(shí)也是黃色盲,色盲是成對(duì)出現(xiàn)的。根據(jù)研究發(fā)現(xiàn),在視網(wǎng)膜上的椎狀細(xì)胞是一個(gè)三個(gè)顏色的機(jī)制,在視覺(jué)信息 向大腦的傳導(dǎo)通路中則變成了一種三對(duì)顏色的機(jī)制。即光的強(qiáng)弱反應(yīng)(黑白, L 、紅綠反應(yīng)(R G 、黃藍(lán)反應(yīng)(Y B ,每對(duì)顏色都是一個(gè)

5、顏色興 奮而另一個(gè)顏色就會(huì)抑制。如圖所示。 顏色視覺(jué)機(jī)制示意圖根據(jù)人的這種視覺(jué)機(jī)制,制定出了 Lab 顏色模式,Lab 色彩模型用三組數(shù)值 表示色彩:L : Lightness 亮度數(shù)值,從 0到 100。a : 紅色和綠色兩種原色之間的變化區(qū)域,數(shù)值從-120到+120b : 黃色到藍(lán)色兩種原色之間的變化區(qū)域,數(shù)值從-120到+120Lab 顏色模型如圖所示。 Lab 顏色空間模型Lab 顏色模式包含了人眼睛能看到的所有顏色,此色彩模式與光線和設(shè)備無(wú) 關(guān),并且處理速度與 RGB 模式同樣快,比 CMYK 模式快很多。因此,可以放心大 膽的在圖像編輯中使用 Lab 模式。而且,Lab 模式在轉(zhuǎn)

6、換成 CMYK 模式時(shí)色彩沒(méi) 有丟失或被替換。因此,最佳避免色彩損失的方法是:應(yīng)用 Lab 模式編輯圖像, 再轉(zhuǎn)換為 CMYK 模式打印輸出。將 RGB 模式轉(zhuǎn)換成 CMYK 模式時(shí),Photoshop 將自動(dòng)將 RGB 模式轉(zhuǎn)換為 Lab 模式,再轉(zhuǎn)換為 CMYK 模式。在表達(dá)色彩范圍上,處于第一位的是 Lab 模式,第 二位的是 RGB 模式,第三位是 CMYK 模式。4. CIE XYZ色度圖CIE XYZ 是國(guó)際照明委員會(huì)(Commission Internationale de L'Eclairage / International Commission on Illumin

7、ation,在 1931 年開發(fā)并在 1964 修訂的 CIE 顏色系統(tǒng)(CIE Color System,該系統(tǒng)是其他顏色系統(tǒng)的基礎(chǔ)。它使用相應(yīng) 于紅、綠和藍(lán)三種顏色作為三種基色,而所有其他顏色都從這三種顏色中導(dǎo)出。 通過(guò)相加混色或者相減混色,任何色調(diào)都可以使用不同量的基色產(chǎn)生。CIE 1931色度圖(CIE 1931 Chromaticity Diagram,如圖所示。 CIE 1931 色度圖CIE 1931色度圖是用標(biāo)稱值表示的 CIE 色度圖,x 表示紅色分量,y 表示 綠色分量。圖中的 E 點(diǎn)代表白光,它的坐標(biāo)為(0.33,0.33;環(huán)繞在顏色空間 邊沿的顏色是光譜色, 邊界代表光

8、譜色的最大飽和度, 邊界上的數(shù)字表示光譜色 的波長(zhǎng), 其輪廓包含所有的感知色調(diào)。 所有單色光都位于舌形曲線上, 這條曲線 就是單色軌跡,曲線旁標(biāo)注的數(shù)字是單色(或稱光譜色光的波長(zhǎng)值。自然界中各種實(shí)際顏色都位于這條閉合曲線內(nèi), 任何顏色都可以在 CIE 1931色度圖中找到相應(yīng)的坐標(biāo)。 這就是色彩管理的基礎(chǔ), 所有顏色都在色度圖上有相 應(yīng)的坐標(biāo),不同色彩空間的顏色都可以通過(guò)其在色度圖上的坐標(biāo)相互轉(zhuǎn)換。5. 色域色域是顏色系統(tǒng)可以顯示或打印的顏色范圍。在各種顏色模型中, Lab 具有最寬的色域, 包括 RGB 和 CMYK 色域中的所有 顏色。Lab 的色域完全符合 CIE 1931色度圖。通常,

9、對(duì)于可在計(jì)算機(jī)顯示器或 電視機(jī)顯示器(它們發(fā)出紅、綠和藍(lán)光上顯示的顏色,RGB 色域包含這些顏色的子集。 CMYK 色域較窄， 僅包含使用印刷色油墨能夠打印的顏色。當(dāng)不能打印的顏色 顯示在顯示器上時(shí)，稱其為溢色即超出 CMYK 色域之外。 Lab、RGB、CMYK 色域包含顏色示意圖如下所示。 Lab、RGB、CMYK 色域包含顏色示意圖 圖 301001006 中各色域只是通常色域的示意圖，不能當(dāng)作具體的 RGB、CMYK 色域，不同的種類 RGB 和 CMYK 會(huì)又不同的色域。 不同色域的顏色在相互轉(zhuǎn)換時(shí)會(huì)因?yàn)樯虻牟煌霈F(xiàn)顏色外觀的改變。不 但 RGB 轉(zhuǎn)換成 CMYK 會(huì)出現(xiàn)顏色變化

10、，就是不同的顯示器、打印機(jī)也有各自不同 的 RGB、CMYK 色域，這就是圖片在不同狀況下會(huì)出現(xiàn)變色的原因?？梢哉f(shuō)圖片在 改變顯示狀態(tài)下顏色出現(xiàn)變化是必然的，但這也就是色彩管理需要解決的問(wèn)題。 6.色溫 日常生活中存在許多種的光源，如日光、月光、白熾光等。有些光源發(fā)出的 光中占有大量的藍(lán)色光，有些光源發(fā)出的光中占有大量的黃色光，而日光中含有 大量波長(zhǎng) 400-500 nm 的高能量光。不同的光源含有不同顏色光的量不同，因此， 在不同的光源下，物體顯示出的色調(diào)(顏色不同。 光色越偏藍(lán)，色溫越高；偏紅則色溫越低。一天當(dāng)中畫光的光色亦隨時(shí)間變 化： 日出后 40 分鐘光色較黃， 色溫 3,000K；

11、 正午陽(yáng)光雪白， 上升至 4,800-5,800K， 陰天正午時(shí)分則約 6,500K；日落前光色偏紅，色溫又降至紙 2,200K。 不同光源環(huán)境的色溫 北方晴空 陰天 夏日正午陽(yáng)光 下午日光 冷色熒光燈 色熒光燈 鎢絲燈 蠟燭光 8000-8500k 6500-7500k 5500k 4000k 4000-5000k 2500-3000k 2700k 2000k 四張圖片分別表明不同色溫狀態(tài)圖片的顏色感覺(jué)。 不同色溫的圖片 為了統(tǒng)一對(duì)顏色的認(rèn)識(shí)，首先必須要規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)的照明光源。CIE 規(guī)定了四種 標(biāo)準(zhǔn)照明體的色溫標(biāo)準(zhǔn)： 標(biāo)準(zhǔn)照明體 A：代表完全輻射體在 2856K 發(fā)出的光。 標(biāo)準(zhǔn)照明體 B：代表相關(guān)色溫約為 4874K 的直射陽(yáng)光。 標(biāo)準(zhǔn)照明體 C：代表相關(guān)色溫大約為 6774K 的平均日光，光色近似陰天天空 的日光。 標(biāo)準(zhǔn)照明體 D65：