何為「準(zhǔn)確」的色彩？

我們又如何以「準(zhǔn)確」的方式來(lái)量化色彩？

討論這個(gè)話題前，我們先來(lái)談?wù)劄槭裁戳炕�色彩�?duì)于攝影師、設(shè)計(jì)師、影像專業(yè)人員，以及紡織服裝行業(yè)從業(yè)人員等等如此重要。

當(dāng)我們?cè)噲D描述一種色彩，最常見(jiàn)的做法就是將某種色彩和具體對(duì)象連結(jié)起來(lái)。

例如，當(dāng)我們說(shuō)起「紅色」，人們通常用「蘋果」來(lái)描述「紅色」。但我們究竟在談?wù)撌裁礃拥奶O果？我們心中所想的是同一種蘋果嗎？

看看圖1，在不同品種的蘋果中，至少有七種不同的「紅色」色調(diào)，更別提最后一個(gè)了，它甚至不是紅色的。

圖1: 不同品種的蘋果

因此，當(dāng)我們使用對(duì)象來(lái)描述色彩時(shí)，會(huì)存在差異。我們需要找到一種可靠的方法，來(lái)減少溝通中的差異。

色彩空間

人類傾向于使用「數(shù)字」進(jìn)行準(zhǔn)確的測(cè)量，好比我們使用數(shù)字來(lái)描述長(zhǎng)度、重量等等。這樣當(dāng)顏色A和顏色B具有相同的數(shù)值，我們可以說(shuō)它們的顏色是相同的。

早在1913年，CIE——國(guó)際照明委員會(huì)（Commission Internationale de l´Eclairage，法語(yǔ)名稱簡(jiǎn)寫為CIE），定義了XYZ三基色系統(tǒng)，用來(lái)量化人類可以感知的顏色。

XYZ值是通過(guò)將以下三個(gè)屬性相乘構(gòu)成的：光源的光譜功率分布、目標(biāo)對(duì)象的反射率，以及用于描述人類視覺(jué)系統(tǒng)特性的標(biāo)準(zhǔn)觀察者函數(shù)。

圖2: 計(jì)算XYZ值的公式

結(jié)果是，當(dāng)顏色A與顏色B具有相同XYZ值時(shí)，可以說(shuō)顏色A和顏色B看起來(lái)一樣。

使用數(shù)值定義色彩的另一個(gè)好處是，我們可以用坐標(biāo)系統(tǒng)輕松地表示色彩。這形成了一個(gè)色彩空間（色域）。

我們使用色彩空間（色域）來(lái)共同定義顯示于熒幕上的、由打印機(jī)生成的，或者是由相機(jī)捕獲到的色彩范圍。常用的色彩空間，主要有RGB、CMYK、HSV、CIE XYZ、CIELAB。

圖3: CIE 1931 xy色度圖   圖4: CIE 1976 uv色度圖

圖3顯示了1931 CIE xy色度圖，它代表人類可以感知的所有顏色。然而，這張圖并未真實(shí)反映人類視覺(jué)系統(tǒng)的敏感性。

以藍(lán)色和綠色為例，人類對(duì)藍(lán)色非常敏感，但是對(duì)綠色不太敏感：多一點(diǎn)的紅色我們認(rèn)為是紫色，而一點(diǎn)點(diǎn)的綠色我們認(rèn)為是青色。

這種現(xiàn)象并未體現(xiàn)在圖3，即CIE 1931 xy色度圖中。因此，在1976年，UV色度圖被提上臺(tái)面，用于反映人類視覺(jué)系統(tǒng)的感覺(jué)。

現(xiàn)在，我們已經(jīng)定義了一個(gè)以數(shù)字形式來(lái)描述色彩的系統(tǒng)。

接下來(lái)的問(wèn)題是，我們?nèi)绾螠y(cè)量顏色？

我們可以用尺子來(lái)測(cè)量長(zhǎng)度，用秤來(lái)測(cè)量體重，而當(dāng)我們測(cè)量色彩時(shí)，我們需要首先測(cè)量光線。測(cè)量光線不像使用尺子或體重秤那么容易，但是有一些儀器可以幫助你。例如，我們可以使用分光輻射度計(jì)來(lái)測(cè)量光線的光譜功率分布。

但是，這些儀器體積龐大、價(jià)格昂貴，攜帶不方便。因此，有人開(kāi)發(fā)出一種更簡(jiǎn)單的稱為「比色計(jì)」的設(shè)備。比色計(jì)通過(guò)一組XYZ濾光片測(cè)量光線，因此速度比光譜輻射計(jì)快，但精度較低。

（*XYZ濾光片: 光學(xué)濾光片，以每個(gè)波長(zhǎng)的透射率來(lái)模擬XYZ值的光學(xué)特性。）

如前所述，當(dāng)我們有一組相同數(shù)字的XYZ值時(shí)，我們可以說(shuō)這些顏色看起來(lái)是一樣的。但有些時(shí)候XYZ值不一樣，然而看起來(lái)還是很相似的。

例如，當(dāng)我們?cè)诿髁恋姆块g里看到明亮的光線，而在昏暗的房間里看到明亮的光線時(shí)，測(cè)量到的XYZ值不一樣，雖然光強(qiáng)度可能不同，但我們?nèi)匀桓杏X(jué)到相同的光線色彩，以適應(yīng)我們的視覺(jué)系統(tǒng)。

另一種情況是比較不同媒體的色彩。例如一個(gè)來(lái)自顯示器，一個(gè)來(lái)自印刷的紙張。我們需要另一個(gè)度量來(lái)量化這種自適應(yīng)現(xiàn)象。

L*a*b*色彩空間（如圖5所示）隨后被提出，用于實(shí)現(xiàn)「標(biāo)準(zhǔn)化」目的。它將一個(gè)場(chǎng)景或媒體（如紙張）中最亮的水平定義為100，然后比照最亮光線將所有其它顏色規(guī)范化。因此，現(xiàn)在我們可以比較來(lái)自不同媒體、不同強(qiáng)度或色彩的光線了。

圖5: L*a*b*色彩空間

色彩感知的差異性

當(dāng)我們看兩個(gè)相似但略有不同的顏色，我們會(huì)想知道這些顏色有多接近嗎？如果不用數(shù)字來(lái)表示，我們可以說(shuō)「很接近」，但究竟有多么接近？「接近」的定義又是什么？畢竟顏色的感覺(jué)因人而異。

人和人之間存在細(xì)微的生物差異，因此我們感知色彩和識(shí)別顏色的方式也會(huì)有所不同，于是確定對(duì)象的顏色也變得主觀起來(lái)。

比如，以下面為例，有些人可能會(huì)把它的顏色稱為藍(lán)色，有些人可能會(huì)說(shuō)它是綠色的，甚至還有人可能說(shuō)它是青色的。針對(duì)一個(gè)對(duì)象的色彩，想要提供十分準(zhǔn)確的描述，對(duì)普通人來(lái)說(shuō)其實(shí)是相當(dāng)困難的。

而我們平時(shí)講的「真色彩」（true color）,是基于現(xiàn)實(shí)世界原始圖像的準(zhǔn)確色彩表現(xiàn)。

使用XYZ色彩空間或L*a*b*色彩空間，我們可以量化色彩之間的差異。通過(guò)計(jì)算特定色彩空間中兩種顏色之間的距離（通常使用L*a*b*色彩空間），可以獲得差值。這個(gè)差異值被稱為「色差」。我們通常使用delta E *來(lái)標(biāo)識(shí)「色彩差異」。

色差公式最簡(jiǎn)單的版本稱為delta E* 76 ( delta E*ab)，而在紡織和印染行業(yè)則使用更復(fù)雜的公式，它在1994年被宣布，因此也稱之為delta E * 94。

在公元2000年，研究人員開(kāi)發(fā)了一個(gè)更新版本的色差公式，以真實(shí)反映人類視覺(jué)系統(tǒng)的感知。它被稱為delta E * 2000（delta E*00）。

而由于大量研究工作使得計(jì)算值與人類感知之間的相關(guān)性更高，因此delta E*00現(xiàn)已成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，推薦在所有科學(xué)研究工作中使用。

正如我們?cè)谏厦婀�式中看到的那樣，需要兩組L*a*b*數(shù)值。如果我們需要判斷特定顏色的準(zhǔn)確性，則需要一組測(cè)量的L*a*b*值和一組定義的L*a*b*值。我們可以使用前面提到的工具來(lái)獲得測(cè)量值，但我們?nèi)绾潍@得「定義值」或「標(biāo)準(zhǔn)值」呢？

定義值」或「標(biāo)準(zhǔn)值」可從標(biāo)準(zhǔn)圖表獲得（見(jiàn)圖6）。這些顏色圖表為圖表中的所有顏色定義了L*a*b*值，并且每個(gè)圖表都非常仔細(xì)地生成以滿足公差。因此，這些圖表可用作參考，因?yàn)檫@些值不會(huì)改變。

圖6-1: X-rite標(biāo)準(zhǔn)型色卡

圖6-2: X-rite數(shù)碼SG校色卡

為了判斷色彩的準(zhǔn)確性，經(jīng)常使用delta E*00。delta E * 00 <1.00意味著專家在比較兩種顏色時(shí)沒(méi)有可察覺(jué)的差異。delta E * 00 <3.00意味著對(duì)典型的人來(lái)說(shuō)察覺(jué)不到顯著差異。 （這里的專家包括色彩科學(xué)專業(yè)人士、經(jīng)驗(yàn)豐富的攝影師、設(shè)計(jì)師或影像專業(yè)人士等）

總之，我們已經(jīng)掌握了如何使用數(shù)字來(lái)定義顏色及其背后的原因。我們還明確了每個(gè)色彩空間之間的差異，如XYZ和L*a*b*。最后，我們學(xué)習(xí)了測(cè)量顏色的方法，以及如何定義色彩差異。使用delta E*00值，我們可以判斷顏色是否準(zhǔn)確。

關(guān)于色彩

在人眼視網(wǎng)膜中，有兩種類型的細(xì)胞負(fù)責(zé)對(duì)于色彩的感知：一種是桿體細(xì)胞（rod），一種是椎體細(xì)胞（cone）。

其中，對(duì)色彩分外敏感的椎體細(xì)胞，能夠在強(qiáng)光下發(fā)揮顯著功能，產(chǎn)生明視覺(jué)，它們以三種形態(tài)存在，對(duì)于不同波長(zhǎng)的外界光線存在不同的吸收曲線。

而桿體細(xì)胞對(duì)于光的強(qiáng)度非常敏感。在人眼中，桿體細(xì)胞讓我們能夠在昏暗甚至黑暗的環(huán)境下分辨物體，產(chǎn)生暗視覺(jué)。

然而，由于桿體細(xì)胞對(duì)光的敏感性大大優(yōu)于椎體細(xì)胞，因此我們?cè)谌豕猸h(huán)境下感知物體色彩的能力反而變差了。

關(guān)于光線

感知色彩需要光線。當(dāng)光線照射物體時(shí)，有些被吸收，有些被反射。

人眼之所以能夠看到色彩，是由于光波的反射，而人眼所能感知的波長(zhǎng)，屬于電磁波譜中的可見(jiàn)光部分。

從短波長(zhǎng)到長(zhǎng)波長(zhǎng)，色彩范圍由紫色開(kāi)始，接著是藍(lán)色、綠色、黃色、橙色，最后是紅色。

為什么投影機(jī)需要強(qiáng)調(diào)色準(zhǔn)？

而我們平時(shí)講的“真色彩”（true color）,是基于現(xiàn)實(shí)世界原始圖像的準(zhǔn)確色彩表現(xiàn)。