色彩理論基礎

07-17

這個蘋果是什麼顏色的？

對顏色的表示法常常是十個人十個樣子，各有不同。「給顏色定名」是個大難題。如果你把同一個蘋果給4個不同的人看，你必然得到4個不同的答案。

顏色是一種有關感覺和主觀解釋的問題。即使他們看著同一物體（在這裡是說一個蘋果），人們將依不同的標準和經歷以迥然不同的字眼來表達同一種顏色。因為要表達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。如果我們對某人描述蘋果的顏色是「火紅色的」，我們是否能指望他們準確地再現這種顏色呢？用言語來表達顏色是複雜而困難的。然而，如果有一種標準的方法能精確地表示顏色並為每個人所理解，則色彩信息的交流就可以更加順當，更加簡單和精確。這種精確的色彩信息交流將解決種種與顏色有關的問題。

用語言來描述顏色能準確到什麼程度？慣用色名和系統色名

用來表達顏色的名詞常隨時代而變。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，並加上「鮮」、「暗」、「深」等形容詞，我們描述顏色就可以更加準確一些。如在上一頁，有人用「鮮紅」這一類詞語被稱為系統色名。儘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」時會以不同的方式來解釋這種表達方式。因此，用語言來表達顏色仍然是不夠準確的。那麼怎樣來表達顏色才不至於被誤解呢？

即使是相同的顏色，為什麼看起來還是不一樣呢？

光源的差別

大概很多人都有這種經驗，一個擺在蔬菜水果店裡的蘋果在陽光照射下，顯得如此美味可口，如果放在家裡的日光燈下看起來就不是那麼好了。陽光、日光燈、鎢絲燈等，每一種照明都使同一個蘋果看起來不一樣。

背景的差別

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。這被稱之為對比效應。對於要準確地判斷顏色來說，這是不利的。

方向的差別

當我們從兩個稍稍不同的角度觀察一輛小車時，車上的某點看起來會有陰暗之差。這是由於車上的塗料有方向特性的緣故。某種帶色的材料，特別是金屬塗料有強烈的方向特性。對於精確的色彩交流，對某物的觀察角和照明角必須保持恆定。

觀察者的差別

每個人的眼睛的靈敏度總是稍微有差別的，甚至認為色視覺正常的人，對紅或藍仍可能有所偏倚。還有，一個人的視力通常隨年齡的增大而改變。由於這些因素，各種顏色在不同的人看來是不一樣的。

尺寸的差別

有人在查看了牆紙的小塊樣片以後選擇了他認為很好的一種，但當牆紙貼到牆上去之後卻又覺得太亮了一點。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。挑選大面積的物體卻根據小面積的色樣會產生錯誤。

兩個紅球，你如何向別人描述兩球的顏色

圖上有兩個紅球。乍一看，它們都是一樣的紅色，但仔細觀察一下你就會發現它們在好幾方面都是不一樣的。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。當將顏色分類時，它們可以以構成顏色的三個屬性來表示，即：色調、亮度和色飽和度（鮮艷度）。

色調、亮度、色飽和度，色彩的世界由這三個屬性構成

色調

紅、黃、綠、藍……等色調構成了色環

蘋果是紅的，檸檬是黃的，天是藍的，這就是我們大家以日常用語對顏色的判斷。我們用色調這一術語在色彩世界裡把顏色區分為紅、黃、藍等類別。還有，雖然黃和紅是兩種截然不同的色調，但是把黃和紅混合在一起就產生了橙色（有時稱之為黃-紅）：混合黃和綠產生黃-綠；混合藍和綠則產生藍-綠，等等。把這些色調銜接排列，就形成如圖1所示的色環。

亮度

顏色有明暗之分，顏色的亮度沿垂直方向變化

當比較各種顏色的亮度（顏色的明亮程度如何）時，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，顏色亮度的測量與色調無關。現在，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。

色飽和度

顏色有鮮艷與陰晦之別，色飽和度由中心向兩側變化

再來說說黃色。檸檬的黃色和梨的黃色相比較又如何？你可能會說檸檬的黃色更明亮一些，但除此以外還有一個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，則越鮮艷。圖3標出了一些常用的描述色彩亮度和色飽和度的形容詞。至於這些形容詞表達了什麼，請再看一下圖2。

色調、亮度和色飽和度構成了一個色立體

色調、亮度、和色飽和度為顏色的三個屬性。將此三屬性放在一起，可以組成一個三維立體，如圖4。色調形成該立體的外緣，亮度作為中央主軸，而色飽和度作為水平橫輻。世界上一切的顏色均分布於如圖4所示的主體周圍，於是形成了如圖5所示的色立體，由於色飽和度各梯級的大小對每一種顏色色調和亮度來說都是不等的，因此色立體的形狀為複雜，但卻能把色調、亮度、色飽和度的關係以直觀的方式來表達得清清楚楚。

為色調、亮度、色飽和度建立標度，就能用數字來測量顏色

如果我們測量蘋果的顏色，我們得到下列結果：

過去已有好幾個人想出多種方法，常常是通過複雜的公式用數量來表示顏色，其目的是使每個人能夠更容易地和更準確地做色彩信息交流。這些方法試圖提出一種用數字來表示顏色的方法，就好象我們表示長度和重量一樣。例如在1905年，美國畫家A.H.孟塞爾發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（孟塞爾色調）、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。後來，經過許多進一步實驗，該系統經過更新，創立了孟塞爾新表色系統，也就是現在在用的孟塞爾系統。在該系統中，任何給定的顏色按照它的色調（H），亮度值（V）和飽和度（C），表示為一個字母/數字組合（HV/C），並利用孟塞爾色卡作目視測定。其他用數字表示顏色的系統是由國際照明委員會（CIE）研究出來的。其中最為著名的兩種系統為Yxy系統和L*a*b*系統。前者是於1931年根據CIE規定的三刺激值XYZ發明出來的，後者是由1976年發明的，以給出更為均勻的相對於視差的色差。這兩種色空間*已在全世界用於色彩交流。

Lab色彩空間

L*a*b*色空間（也稱為CIELAB）是當前最通用的測量物體顏色的色空間之一，可廣泛應用於所有領域。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色空間的一個主要問題，即： x,y色度圖上相等的距離並不相當於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。下邊圖所示的為a*,b*色度圖。在這個圖上，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*為藍色方向。中央為消色區；當a*和b*值增大時，色點遠離中心，色飽和度增大。上是L*a*b*色空間色主體表示法；下是該色主體在某恆定L*值處的水平剖面圖。

要知道這些值究竟代表什麼顏色，首先讓我們在左圖上的a*b*圖上標出a*和b*值（a*=+47.63,b*=+14.12)來得到點（A），它所表示的就是蘋果的色度。如果我們把左圖上的色主體通過（A）點和中心垂直地切割，我們可以得到一張色圖與亮度的關係圖，下圖所示為該圖一部分。

LCh色彩空間

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而不是直角坐標。在該色空間中，L*代表亮度且與L*a*b*色空間中的L*相同，C*為色飽和度，h為色調角。在圓心處色飽和度C*的值為0，離圓心越遠C*值越大。色調角被規定為從+a*軸開始並以度數表示： 0為+a*(紅），90為+b*(黃），180為-a*(綠），270為-b*(藍）。如果我們用L*C*h色空間來測量蘋果的顏色，我們將得到下列結果。如果我們把這些值描繪在圖9上，我們就得到點（A）。

亨特爾Lab色彩空間

亨特Lab色空間是由R.S.亨特發明的，是比CIE1931Yxy色空間在視覺上更為均勻的色空間。它與CIEL*a*b*色空間相似，它仍在包括美國的油漆工業在內的各種領域中使用。

XYZ（Yxy）色彩空間

XYZ三刺激值和相關聯的Yxy色空間構成了當前的CIE色空間的基礎。 XYZ三刺激值的概念是以色視覺的三元理論為根據的，它說明人眼具有接收三原色（紅、綠、藍）的接收器，而所有的顏色均被視作該三原色的混合色。 XYZ三刺激值是利用這些標準觀察者配色函數計算得來的。如果我們用Yxy色空間測量蘋果的顏色，我們可得到值x=0.4832,值y=0.3045作為色度坐標，它對應於下圖上的（A）點，Y值13.37說明該蘋果的反射比為13.37%。

用儀器測量各種顏色

儘管人眼不能準確地用數量來表示顏色，但是用儀器測量則是最簡單不過的。正如我們在前面說過，不喜歡人們普遍用主觀表示法來口頭地描述顏色，而色彩色差計則是按照國際標準用數字來表達顏色。用這種方法來表示顏色就有可能讓每一個人理解所表達的是一種什麼樣的顏色。還有，一個人對單色感覺會隨著背景或照亮顏色的光源而改變。色彩色差計具有與人眼相當的靈敏度，但是因為色彩色差計總是利用同一光源和照明法來測量，測量條件總是一樣的，無論它是在晝間或夜間，室內還是室外。這就使得測量既簡便而準確。

用數值來表示色差

不論在何處只要用到顏色，最頭痛的問題就是細微的色差。但是用了色彩色差計，即使細微的色差也可以用數字表達出來而且容易被人所理解。讓我們用L*a*b*和L*C*h色空間來看一下兩個蘋果之間的色差。用蘋果1的顏色(L*=43.31, a*=+47.63, b*=+14.12)作為標準，如果我們測量蘋果2的顏色(L*=47.34, a*=+44.58, b*=+15.16)與蘋果1的顏色之差。我們得到下面色差①和②所表示的結果。色差則在圖13上的圖形上表示出來。圖14使我們易於理解以L*a*b*色空間表示的色差。

在L*a*b*色空間中，色差可以表示為一個單一數值△E*ab，它表示了色差的大小但是並沒有說明到底有何不同。 △E*ab由下列方程式確定：△E*ab=[(△L*)2 + (△a*)2 + (△b*)2]1/2如果我們把上面色差①中的△L*=+4.03,△a*=-3.05,和△b*=+1.04代入方程式，我們可以得到△E*ab=5.l6，這就是在色差①左上角所顯示的值。如果我們用L*C*h色空間測量兩個蘋果之間的色差，我們可以得到上面色差②所示的結果。 △L*的值與L*a*b*色空間測量的值相同。 △C*=-2.59，說明蘋果2的顏色的飽和程度稍差一點。兩個蘋果之間的色調差△H* (由方程式△H*=[(△E*ab)2 - (△L*)2 - (△C*)2]1/2所確定),為+1.92，如果我們查看一下圖13，則它意味著蘋果2的顏色稍稍接近於+b*軸，因而更為黃一點。如果我們用文字來描述色差，儘管用文字不如用數字來得精確。圖15表示某些用來描述亮度差和色飽和度差的術語；在該圖上表示的術語指出色差的方向，但如果未附帶使用修飾詞（稍微、十分等），就不指明色差的程度。從圖上所標出的兩個蘋果的值，我們就可以說蘋果2要比蘋果1來得淺淡一些；還因為他們之間的色飽和度之差並不是很大，所以我們還可以加上一個修飾詞，說蘋果2的顏色「稍微淺淡一些」，來說明差別的程度。

上兩個蘋果的顏色由人眼看來是一樣的，但是當用色度色差計測量時還可以發現其間有細微的差別，而且這種差別只能以數字方式表示出來。如果顧主投訴某項產品的顏色不正常，而該產品在啟運時卻未發現有任何問題。這種投訴所造成的影響不僅僅限制在公司的銷售部門和生產部門，而且會損害整個公司的信譽。在防止產生這類問題中，顏色的調控起到十分重要的作用。