宝石的颜色

孟塞尔表色系统
• 在孟塞尔图册中，颜色立体各色调的垂直剖面的 颜色样品列入图册的同一页，全图册共40页。如 图所示，其中央轴表示1～9明度等级，右侧是黄 色色调(5Y)的颜色，在明度值为9时，黄色的彩度 最大，这一颜色是5Y9／14。在孟塞尔图册中， 颜色的标定办法为HV／C，其中H代表色相，V代 表明度，斜线后的C代表彩度。例如某颜色的标 号为10Y8／12，它的色调是黄(Y)与绿黄(GY)的 中间色，明度值为8，彩度值为12，从这些标号 可知，该颜色是一较明亮的鲜艳的绿黄色。
• 1．1931 CIE—XYZ表色系 • 如果色光是单一波长的光，那么匹配所得到的 数量就是这个单色光的刺激值。如果波长遍及可 见光范围，则得到刺激值按波长的变化，这个变 化称为光谱三刺激值。CIE—RGB光谱三刺激值 是317位正常视觉者，用CIE规定的红、绿、蓝三 原色光，对等能光谱色从380nm到780nm所进行 的专门性颜色混合匹配实验得到的。匹配光谱每 一波长为等能光谱色所对应的红、绿、蓝三原色 的数量，称为CIE—RGB光谱三刺激值，记为r(A)、 g(入)、b(A)。因此，匹配某波长入的等能光谱色 C(A)的颜色方程为 • C(入)=r(入)(R)+g(入)(G)+b(入)(B)
• 2．按标准色样的表色系 • 孟塞尔表色系统是根据颜色视觉特点所制定的 颜色分类和标定系统，已被国际上广泛采用作为 分类和标定表面色的方法。孟塞尔用一个三维空 间的类似球体模型来表示各种表面色的三种基本 特性：色相、明度、彩度，其球体的中央轴代表 无彩色白黑系列中性色的明度等级，白色在顶部， 理想白色明度值定为10，黑色在底部，理想黑色 明度值为10。如图所示，颜色立体水平剖面上的 各个方向代表10种孟塞尔色相，分别用英文名称 的字头表示：红(R)、黄(Y)、绿(G)、蓝(B)、黄红 (YR)、绿黄(GY)、蓝绿(BG)、紫蓝(PB)、红紫 (RP)。细分时每个色相又分成10个等级，从1～ 10。样品离中央轴的水平距离代表彩度的变化， 在孟塞尔系统中称为孟塞尔彩度，中央轴的彩度 为0，离开中央轴愈远，彩度数值越大。
• 然而颜色与波长的上述对应关系并不是完全 固定的，在光谱中除了三点即572nm(黄)、 503nm(绿)和478nm(蓝)的颜色不受光强度 影响外，其余颜色在光强度增加时，都略向 红色或蓝色偏移。如在光强度增加的条件下， 原本525nm的绿色看上去微具蓝色。
• 人眼对可见光光谱的分辨能力 • 人眼对可见光光谱有敏锐的分辨能力。 在540nm附近及可见光光谱两端，人眼具 有最高分辨能力，在这些范围内，只要波 长改变lnm，人眼便能分辨出颜色的差异； 在多数部位需改变1—2nm，人眼才能分辨 出颜色的变化。在整个可见光光谱中，正 常视觉可分辨出100多种不同的颜色。
• 三、宝石的颜色及宝石颜色的分类 宝石的颜色 宝石的颜色是宝石对不同波长的可见光相互 作用的结果。一般情况下，我们看到某一宝石的颜色，是 由于宝石自身的致色因子对光源的不同波长或能量具有不 同程度的选择性吸收和透射或反射所致。当光照射到宝石 上，部分被反射，部分被吸收，部分被透过。透明的宝石 以透射光为主，兼有对光的反射，颜色主要由透过的光谱 组成所决定；不透明宝石以反射为主，兼有透射和吸收， 颜色则以反射光谱为主。例如：我们看到的一粒红宝石的 色调为红色，是因为红宝石中杂质铬离子不同程度地选择 性吸收了光源中黄绿光和蓝紫光，而透射出橙、红光及部 分蓝光(未被吸收的残余能量的组合)。宝石的颜色可分为 非彩色系、彩色系两类。
第三节 宝石颜色的成因
• • 一、传统宝石学颜色成因 传统宝石学主要基于宝石的化学成分和 外部构造特点，将宝石颜色划分为自色、 他色和假色。 • 1．自色 由作为宝石矿物基本化学组分中的元素而 引起的颜色，这些致色元素多为过渡金属 离子，如铁铝榴石、绿松石、孔雀石、蓝 铜矿等。
• 2．他色 • 由宝石矿物中所含杂质元素引起的颜色。他色 宝石在十分纯净时呈无色，当其含有微量致色元 素时，可产生颜色，不同的微量元素可以产生不 同的颜色。如尖晶石，其化学成分主要是 MgAl2O4，纯净时无色，含微量的Co元素时呈现 蓝色，含微量Fe元素时呈现褐色，而含微量Cr元 素时呈现红色。另外同一种元素的不同价态可产 生不同的颜色，如含Fe2+常呈棕色，含Fe3+则呈 现浅蓝色。同一元素的同一价态在不同的宝石中 也可引起不同的颜色，如Cr3+产在刚玉中产生红 色，在绿柱石中产生绿色。
CIE色度图
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根据颜色色度坐标值及色度图上的投影 点可以较准确地了解颜色特点。如某宝石 的颜色色度坐标值为x=0．16，y=0．55， 将x、y投影于色度图中得到投影点S，过S 正作直线并延长交光谱曲线于S’点，S’ 点所指示的波长为511．3nm，该波长值即 是该颜色的主波长，它粗略地代表人眼对 宝石颜色的感觉，说明该宝石的大致颜色 为绿色。再看S点与光源坐标正点的距离， S点越接近百点，说明该色纯度(相当于彩 度)越低，即颜色越不鲜艳。刺激值中的Y 值大致表示了该颜色的明度。
• 二、可见光光谱 • 可见光是一种电磁波，在 整个电磁波谱中，能引起 人眼视觉的仅占很小部分。 物理学上将波长在380— 760nm之间可以被人的肉 眼视觉的光称为可见光。 不同波长的光具有不同的 颜色，它们从长波一端向 短波一端的顺序依次为红 色(700nm)、橙色(620nm)、 黄色(580nm)、绿色 (510nm)、蓝色(470nm)、 紫(420nm)，两个相邻颜色 之间可有一系列过渡色。
第二节 宝石颜色的表征方法
• • 一、宝石颜色的表征方法 根据中国颜色体系国家标准，表征颜色的三个重要的物 理量分别为：色相、明度、彩度。 • 1．色相Hue 色相(也称为色彩)是颜色的主要标志量，是各颜色之间 相互区别的重要参数，红、橙、黄、绿、青、蓝、紫及其 他的一些混合色名均是由色相的不同而加以区分之。色相 的划分并非绝对，常见6色、8色、20色、100色，但无论 数目多少，其划分方法仅有一种，即把各色相按太阳光谱 中的波长顺序进行排列，构成一个色谱带。彩色宝石的色 相取决于对可见光的选择性吸收。
• 由单色相组成的宝石，在自然界中几乎不 存在，绝大多数宝石的颜色均是由多种不 同波长的色相相互组合而形成的混合色。 色相混合主要表现为以下三种：加色混合、 减色混合、中性混合。以下仅讨论与宝石 色相有关的加色和减色混合。
加色混合 即色光三原色(R、G、B)按不同比例混合， 以获得更多Baidu Nhomakorabea色相。加色混合效果是借助人的视觉器 官来协调完成的，因而它是一种视觉混合。加色混合 的作用是提高宝石的色相和明度，但其彩度不变。三 原色按一定比例可混合为白色。为标准化起见，国际 照明委员会CIE规定红、绿、蓝三原色的波长分别为 700nm、546.1nm、435.8nm。 通常取光通量为1光瓦的红基色光 为基准，于是要配出白光，就需要 4.5907光瓦的绿光和0.0601光瓦的 蓝光，而白光的光通量则为： Φv=1+4.5907+0.0601=5.6508光瓦。
• 3．假色 • 假色与宝石的化学成分和内部结构没有 直接关系，而与光的物理作用相关。宝石 内常存在一些细小的平行排列的包裹体、 出溶片晶、平行解理等。它们对光的折射、 反射等光学作用产生的颜色就是假色。假 色不是宝石本身所固有的，但假色能为宝 石增添许多魅力，这一方面的具体内容已 在宝石的特殊光学效应一节里进行了较详 细的叙述。
3．GemDialogue系统 • GemDialogue系统是珠宝界常用的立体颜色模 型系统的一种。此系统借助各种颜色的塑料膜与 宝石对比，来对宝石颜色三要素进行描述与评价。 GemDialogue颜色手册由21张透明的颜色标尺(即 色标)及3张色罩组成。它可以提供多达60000种 的颜色标样。21张色标相当于21种色相，囊括了 有色宝石主要的色相范围。每张色标上有10个彩 度级别的颜色浓度带，分别为100，90，80…， 10，代表颜色彩度由大到小，以至近无色。色罩 有透明黑／灰色、不透明黑／白色及透明褐色3种， 每张色罩上也都有10种不同强度的色带，用于描 述隐藏于颜色中的黑／灰色调或褐色调的强度及 不透明宝石。
• 3．彩度Chroma • 彩度(也称饱和度Saturation)指彩色的浓度或彩 色光所呈现颜色的深浅和鲜艳程度。对于同一色 相的彩色光，其彩度越高，颜色就越深，或越纯； 反之彩度越小，颜色就越浅，或纯度越低。高彩 度的彩色光可因掺人白光而降低纯度或变浅，变 成低彩度的色光。彩色光中灰色成分越多，其彩 度越低。彩度以可见光谱中单色光为最高或最大， 作为100／100=1，当混入其他色光后变不纯，其 数值变小，纯白色的彩度等于零。彩度通常用Pe 表示。色相、明度、彩度三者间的关系。
彩色是指太阳光谱中的各单色光及其复合色 光，彩色除了有明度差异，还有色相和彩度的差 异。宝石对不同波长的可见光选择性吸收时，宝 石就有了各种颜色，所呈现的颜色是残余光中各 色光的混合色，绝大部分宝石属彩色系列。 非彩色系 指由白色、黑色及它们之间过渡的 灰色系列，称为黑白系列。纯白色反射率为100 ％，纯黑色为0。非彩色只有明度的差异。当反射 率达到80％～90％以上时呈白色，吸收率在80％ 一90％以上时呈黑色，介于二者之间呈灰色。非 彩色系列的宝石有无色钻石、无色水晶、无色长 石，还有黑玛瑙、黑曜岩等。
• 任何一个颜色(物体色或光源色)，都能用独 立的线性无关的三个原色适当地相加(减)混 合与之匹配。实验证明：用红、绿、蓝三 原色产生其他各种颜色最方便，所以这三 种颜色是最优的三原色。三原色量的多少 用三刺激值(X、Y、Z)表示，而其中的r值表 征物体色的明亮程度。CIE标准色度学系统 用三刺激值X、Y、Z和色晶坐标x、y、z来 定量表示每一个颜色。对于无色或微带颜 色的物质可通过三刺激值计算其“白 度”(用黄度指数表示)来表征其颜色状况。
第四章 宝石的颜色
第一节 宝石颜色的概念
• 一、颜色的定义 • 颜色是眼睛和神经系统对光源的感觉，它是光 源在眼睛的视网膜上形成的讯号刺激大脑皮层 产生的反应，这种生理的反应就是颜色的感觉。 产生宝石颜色的三要素：光源、宝石和观察者 (器)。没有光，就不能感知颜色；没有宝石， 就无法感知颜色的对象；没有眼睛或观测器， 就无法感知颜色的存在。光与色之间有着不可 分割的密切关系，光是产生色的直接原因，色 是光被感觉的结果。
二、宝石颜色的测量
• 颜色定量测量常用的系统有CIE色度学系统和孟 塞尔颜色系统。一般来说，两个系统测量的对象 有所不同：CIE(国际照明委员会)色度学系统侧重 于对色光的测量，孟氏系统则测量物体的表面色。 色度学系统主要用色度坐标来描述光谱色和光谱 混合色的明度、色相、彩度。现代色度学系统采 用CIE所规定的一套颜色测量原理、数据和方法， 即CIE标准色度学系统。孟塞尔颜色系统是用颜 色立体模型表示表面色的一种方法(表色体系)。 它可以把表面色的三种基本特性——明度、色相、 彩度，用三维坐标形式全部表征出来。
• 减色混合 指颜料三原色Y、M、C按不同比例的混合， 混合后的色调成分越多，其黑浊度越大。三原色按一 定比例混合则为黑色。由加色混合和减色混合组成最 常见的12色相环。
• 2．明度Value • 明度(也称亮度Luminance或色调Tone)指 光对宝石的透、反射程度，对光源来讲， 即相当于它的亮度。明度是人眼对宝石表 面的明暗感觉，一般而言，宝石的光反射 率越高，明度越高。
• 在颜色匹配实验中所得到的R、G、B的量值称为颜色三刺 激值。在XYZ标准色度系中，光源、颜色、宝石的透射及 反射颜色等自然界所能观察到的任何颜色均能由x、r、Z 这三个参数来表征，表示匹配某种颜色时所用的三原色的 数量，即三刺激值。由于三刺激值X、Y、Z是三种独立的 数值，即： X Y Z x = —-— y= —-— z= —-— X+Y+Z X+Y+Z X+Y+Z 上式中：x、y、z为XYZ制的色度坐标，且三个色度坐标 中有一个是不独立的，因而可以用x，y直角坐标系来表示 各种色度，这种平面图形就是CIE色度图。