知识屋

1.色彩学的基础知识

1-1. 颜色的识别

在我们的周围,几乎所有的物质都带有颜色。树叶为什么看上去是绿色?
我们所能看到的物质的颜色,是根据下面的三个要素来识别的。

  1. 有色物体
  2. 人的感觉


图1颜色的感知



光是电磁波的一种,电磁波在各波长区域由短到长分别称作伽马射线·X射线·紫外线·可见光红外线·电波等。 在我们周围,X射线应用于照X光,电波应用于电视、无线电通讯和手机。另外,红外线应用于《关于红外线》介绍的多种分析中。

其中我们的眼睛可以感觉到的电磁波正如其名字那样是可见光线,波长区域是380~780nm(纳米:1m的10亿分之一)。




图2电磁波和可见光



可见光如图2所示具有各波长所特有的颜色(光的颜色)。像太阳光一样,具有全体可见波长区域连接的能源,将这种光称为白色光。
在太阳光下树叶看上去是绿色,如图1所示

  1. 太阳发出的白色光照在树叶上,
  2. 白光的一部分被树叶所含有的色素吸收,另外一部分被反射,
  3. 被反射的光进入我们的眼睛,被大脑感知为颜色。

换言之,若树叶具有绿色色素,就会吸收相当于绿色补色的红色光。于是被反射进入到我们眼睛的颜色是白光色中缺少红色成分的光,也就是绿色光。就这样形成了进入我们眼睛的光。



图3直到形成反射光


科学地再现这个原理,光源光的每个波长能源称为“光源的分光分布”,并用符号S(λ)表示。另外,将这种反射物体光的性质称为“分光立体角反射率” (简称为反射率),用符号R (λ)表示。
各波长的S(λ)和R(λ)相乘后,用符号反射光S(λ)·R(λ)表示。

另外,进入眼睛的光,在眼睛的视网膜处所出示的信号(刺激)传入脑内(兴奋)后,感觉出绿色。实际的颜色感知是脑对视网膜中对红、绿、蓝(注意不是RGB)3种光产生反应的细胞所发出的刺激的反应,我们可以认为这种想法是成立的。



图4进入眼睛的颜色


因红、绿、蓝的刺激而产生的兴奋称为三刺激值,用符号X(λ)、Y(λ)、Z(λ)表示。要得出这个XYZ,需要色匹配函数。根据光的各波长能够感知红、绿、蓝刺激的程度实验,得出的值就是色匹配函数。这些关系如图5所示。



图5色匹配函数


其中x(λ)函数表示感知各波长的红色程度,同样y(λ)、z(λ)函数分别表示感知各波长的蓝色、绿色程度。总之,一般认为红·蓝·绿色的刺激程度是能够感应的各波长间刺激的累计,若知道进入眼睛中的反射光的值和色匹配函数后,就能得出产生的刺激强度X、Y、Z的值。

现在,使用的全部表色值·色差值以这个三刺激值为基本,为了使颜色分布和色差程度与人的感觉相符,进行着各种试验。
详细内容在「1.3.颜色的表示方法」中进行了说明。

下面是计算物体颜色的三刺激值公式。

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