色度学

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基本概念

色彩构成三要素：光源、被照射物体、可感觉色的眼睛和头脑（光源、物体、观测者）。光源

光源：宇宙间主要光源为太阳，会产生电磁波的振动，向四周传达光与热，其中一小段的电磁波为人眼可见，称为可见光。

被照射物体

1.透射（Transmission）：透射是入射光经过折射穿过物体的现象，被透射之物体为透明体

或是半透明体。若是无色的物体，除了少数光从物体的两个表面反射外，大多数光是透射过物体。

2.吸收（Absorption）：当入射光照射在物体上，此物体会吸收部份可见光而显示出颜色；

如果吸收全部的光则会呈现黑色；意即我们能看到物体的颜色是要光源含有该颜色，而被照射的物体反射出该颜色如此人眼才能看见该物体的颜色。

3.反射：（Reflection）：

⏹镜面反射（Specular reflection）：发生于平而光滑的表面上，当光以某种角度射在平

面上，则以同角度反射其光，物体的光泽是来自镜面反射。

⏹扩散反射（Diffuse reflection）：一般发生于粗糙表面上，入射光以很多不同的角度

被反射，此扩散反射能显示物体的形状、大小、颜色和组织构造。

⏹大多数的透明体及不透明体的平滑表面，同时具有镜面反射和来自表面下散射的扩

散反射。

4.散射（Scattering）：散射是指光被细粒子紊乱转向的现象，例如天空的青蓝色和云的白

色都是散射的结果；当有足够的散射时，我们可以说光从物质被扩散反射。

可感觉颜色的眼睛与头脑

1.眼睛与头脑：最重要的色彩侦测器是眼睛、神经系统及头脑。眼睛中最重要的感光部份

是网膜；而网膜中有杆状体（rod）及圆锥体（cones），其中圆锥体对不同波长的光有不同的分光感应曲线，因此要取代眼睛的侦测器也要有分光感应曲线的功能。

2.刺激值：将色产生的三要素联合起来就是色的信号或刺激（stimulus）。头脑能将此刺激

值转变成色的感觉，意即将照明光源光谱能量分布曲线乘以物体的分光反射率分曲线再乘以侦测器（或眼睛）的分光感应曲线就能得到色的刺激值。

3.分光资料互换：物体的分光反射率曲线比色彩三属性（色相、明度、彩度）包含更多的

资料；色彩三属性的数据可以由分光反射率来求得，但是三属性的数据无法转换成分光反射曲线。

演色性

演色性：当影响色彩的三要素──光源、物体、观测者其中之一被改变，会造成色刺激值的不同；例如：物体及观测者维持不变，光源改变，则可预知因为光源的改变，造成11此种由于光源的改变而造成物体色彩不同的情形即称为演色性（Color rendition）。

色变现象

色变现象：两个物体在某一个光源下能对色，但是至少在另一个光源下无法对色，此一现象即称为色变现象（metamerism）。

色彩表示法

色彩表示法有二种：一为显色系统-依据实际色物体的搜集给予有系统的排列及描述而得的系统；一为混色系统-基于三原色光来混合出许多色彩所归纳的系统，目前为止最重要的混色系统是以仪器测量色彩的CIE系统。

显色系统

⏹显色系统：大部份显色系统是依据色彩的三属性：色相（hue）、明度（Valueh, Lightness,

Brightness）、彩度（Chroma, Saturation）。

1.色相（hue）：表示红、橙、黄、绿、蓝、紫等色彩系统的术语。由分光反射率曲线来判

断，则视最高峰的波长色，即为该物体的色相。

2.明度（Valueh, Lightness, Brightness）：若无色彩时，则由白－灰－黑所组成。若由分光

反射率曲线来判断，则视其波峰与波谷的平均大小而定。

3.彩度（Chroma, Saturation）：是色彩的纯粹度。指绝对不含白、灰、黑等无彩色成份的颜

色。由分光反射率曲线来判断，则可视其波峰与波谷的差数。彩度高则含黑白量少，彩度低则含黑白量高。

混色系统

⏹混色系统：此系统是根据论与实验认为所有色彩都可以由红、绿、蓝色光三原色混合而

成，此三原色称为光的原刺激值；因此在选定色料时，可用仪器量测出色料的三刺激值，使色彩的刺激与颜色的感觉能以定量的方式表达，此三种原色的刺激量即称为三刺激值（tristimulus values）；此表色法目前以国际照明委员会CIE系统最为普遍。

CIE标准光源

⏹CIE 标准光源：CIE于1931年推出A、B、C三种标准光源。由于荧光白剂的增加使用，

因此须要包含紫外线区域且相似于自然日光的照明光源`0，于1965年推出另一系列的光源，其中以D65最常使用。

1.CIE光源A：是钨丝灯光（tungsten-filament lamp），色温（color temperature）为2854°K。

所谓的色温，提指黑体与光源之颜色对色时之温度，且色温应不洽巧等

于此光源的实际温度；此光源较常用是因其光谱较平滑，数据计算上较

方便。

2.CIE光源B：是钨丝灯光（tungsten-filament lamp）经过特殊过滤后的光，色温（color

temperature）为4800°K，相似于中午的阳光（noon sunlight）。

3.CIE光源Ｃ：是钨丝灯光（tungsten-filament lamp）经过特殊过滤后的光，色温（color

temperature）为6740°K，相似于自北方45°仰角的天空日光。

4.氙弧灯光（Xenon arc lamp）：其色温（color temperature）为6000°K，相似于自然

日光（nature daylight）。

5.Macbeth 7500°K Daylight：是钨丝灯光（tungsten-filament lamp）经过特殊过滤后的

光，色温（color temperature）为7500°K，相似于北方天空的日光（north

sky daylight）。

6.冷白色荧光灯光（Cool White Fluorescent Lamp）：其色温（color temperature）为

4200°K。

7.CIE D65：其色温（color temperature）为6500°K，相似于平均自然日光（average nature

daylight），由于此光源目前无法由实物制造出来，因此只能称为照明体；

若能制造出来则可称为标准光源，此光源较常使用的原因是由于一般人是

生活在太阳光之下。

CIE标准观测者及配色函数

⏹1931年CIE推荐的标准观测者之色感觉是由许多正常视觉的人（约15至20人）对感觉

的平均。

⏹实验的方式如下：

1.选用光波长为700nm的红光（r）、546nm的绿光（g）、436nm的蓝光（b）作为色

光的三原色，其单位为1R=1cd/m2、1G=45907cd/m2、1B=0.0601cd/m2，来与任一种

测试光对色，调节三原色光的强度，就可调出与测试光相同颜色的混合色光。

2.在一实验室中放置一块白色的银幕（打光用），将三原色的光由上往下打在银幕中

心偏上的位置；将测试用的光打在银幕中下偏下的位置，在白色银幕的中心以一块

黑色板子将三原色的光及测试用的光上下分隔开来。

3.在观测者及各光源之前再放置一片遮蔽板，并在遮蔽板中心挖一个洞，使观测者至

银幕之间的可视角度为２°，且观测者至银幕之间的距离为25cm。

4.针对参与实验的视觉正常之人，在可见光谱波长380nm ~ 780nm 范围中，每隔5nm

调整一次测试光，并计录每次对色后的r、g、b三原色的三刺激值。待所有人都测

试完毕之后将所有数值加以平均，可得到r、g、b三个函数值，此即为RGB 的

配色函数(color matching functions)。

5.可是由于这些函数在某些波长会有负值产生，不但运算不方便，仪器更无法实现此

一函数，因此利用数学运算方式转换为全部都是正数的x、y、z三个函数，以利

计算。

⏹转换方式如下：

先换成X,Y,Z 三刺激值