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颜色的基本理论

点击:         发布日期:2015-12-22
使用色差仪的过程常常会遇到很多关于颜色的问题,这里我们就系统学一下颜色的基本知识,这对颜色的检测和测量都有着非常重要的意义。人眼可见光范围从科学的角度来说,电磁波是能量的一种,凡是高于绝对零度的物体,都会释出电磁波。且温度越高,放出的电磁波波长就越短

使用色差仪的过程常常会遇到很多关于颜色的问题,这里我们就系统学一下颜色的基本知识,这对颜色的检测和测量都有着非常重要的意义。

人眼可见光范围

从科学的角度来说,电磁波是能量的一种,凡是高于绝对零度的物体,都会释出电磁波。且温度越高,放出的电磁波波长就越短。正像人们一直生活在空气中而眼睛却看不见空气一样,电磁波就是这样一位人类素未谋面的“朋友”。

人眼之所以能看到色谱,是因为这些特定的波长刺激了人眼中的视网膜。按照光的不同波长,色谱的顺序安排为红、橙、黄、绿、蓝、靛蓝、紫;在波长最长的区域内的光线看起来就是红色的,波长最短的区域内的光线看起来就是紫的。人眼可以看到的光区被称为可见光区。

光仅仅是穿越宇宙空间的各种电磁波的一部分。电磁波频谱的范围极宽,波长从几千公里的电波和无线电波直到波长为10-13m或更短的伽马(γ)射线。可见光区仅仅是电磁波频谱中极小的一部分:波长为380到780nm。由物体反射的光-在我们看来就是颜色-实际上就是可见光区域内各种波长的光的混合(人工合成的单色光例外)。

色彩准确的表达方法

过去已有好几个人相出多种方法,常常是通过复杂的公式用数量来表示颜色,其目的是使每个人能够更容易地和更准确地做出色彩信息交流。这些方法试图提出一种用数字来表示颜色的方法,就好像我们表示长度和重量一样。例如在1905年,美国画家A.H.孟塞尔发明一种表示颜色的方法,这种方法利用大量按照颜色的色调(孟塞尔色调)、亮度(孟塞尔值)和色饱和度(孟塞尔饱和度)分类的色纸片,用来和样品色作目视比较。

其中最为著名的两种系统为Yxy系统和L*a*b*系统。前者是于1931年根据CIE规定的三刺激值XYZ发明出来的,后者是有1976年发明的,以给出更为均匀的相对于视差的色差。这两种色空间已在全世界用于色彩交流。

色彩三要素

色彩可用色调(色相)、饱和度(纯度)和明度来描述。

人眼看到的任一彩色光都是这三个特性的综合效果,这三个特性即是色彩的三要素,其中色调与光波有直接关系,亮度和饱和度与光波的幅度有关。

色调                                                                                                                                                                                                不同的颜色

 

 

色调指色彩的相貌,所以又叫色相,色调是从物体反射或透过物体传播的颜色。在通常的使用中,色相有颜色名称标识,如红色、橙色或绿色。

 

 

 

 

 

 

 

 

亮度                                                                                                                                                                               颜色的相对明暗程度

 

 

亮度是颜色的相对明暗程度,通常用0%(黑色)~100%(白色)的百分比来度量。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

饱和度                                                                                                                                                                                           色彩的纯度

 

 

 

饱和度(有时称为彩度)是指颜色的强度或纯度。饱和度表示色相中灰色分量所占的比例,它使用0%(灰色)~100%(完全饱和)的百分比来度量。

 

 

 

 

 

 

 

 

常用的色彩公式

目前最常见的色差公式为△E*ab,其实质上就是两个点颜色在空间中的距离大小,比较简单易懂。另外还有△94、△E00等新公式,分别对一些参数做了修正,能更好地和人眼视觉的感官匹配。

△E*ab=[(△L*)2+(△a*)2+(△b*)2]1/2

色值△E、CIE LCH、CIE LAB

CIE LAB色空间是基于一种颜色不能同时既是绿又是红、也不能同时既是蓝又是黄这个理论而建立。所以,单一数值可用于描述红/绿色及黄/蓝色特征。当一种颜色用CIE L*a*b*时,L*表示明度值;a*表示红/绿值及b*表示黄/蓝值。

CIE LCH颜色某型采用了同L*a*b*一样的颜色空间,但它采用L表示明度值;C表示饱和度值及H表示色调角度值的柱形坐标。

△E总色差的大小

△L大表示偏白,△L小表示偏黑;

△a大表示偏红,△a小表示偏绿;

△b大表示偏黄,△b小表示偏蓝。

 

色差△E*ab

人眼的感觉

0-0.5△E

非常小或没有;理想匹配

0.5-1.0△E

微小到中等;在一些应用中可接受

1.0-2.0△E

中等;在特定应用中可接受

2.0-4.0△E

有差距;特定应用中可接受

4.0△E

以上非常大;在大部分应用不可接受

 

温度对物体的颜色影响

有时当一个物体温度发生变化,其颜色也会变化。这种现象成为热变色性。为了能更精确地使用分光测色计测量颜色,测量必须在一个温度固定的房间内进行并且要等到被测物体达到室温以后,

当温度改变10℃,BCRA标准色板的温度特性(△E*ab)

 

颜色

(△E*ab)

 

颜色

(△E*ab)

浅灰

中灰

暗灰

深灰

深粉红

0.01

0.02

0.05

0.05

0.05

0.60

1.52

 

绿

暗绿

深蓝

1.32

0.92

0.92

0.91

0.46

0.17

0.02

 

色彩与光泽度(SCI和SCE方式)的联系

排除镜面反射光的测量颜色的方法称之为SCE。包含镜面反射光的测量颜色的方法称之为SCI。

在SCE测量模式中,镜面反射光被排除在外面只测量漫射光。这样测出的值与观测者看上去的物质颜色是相当的。

当使用SCI模式时,测量过程中镜面反射光与漫反射光会被一起包含进去。这样测得的值是物体整体客观颜色,而与物体表面条件无关。当我们选择仪器时,这些标准必须全面考虑到。有些仪器也可同时测量SCE和SCI模式下的值。

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