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什么是色彩之观察者与颜色的形成

发布时间:2010-09-16   来源:11317仪器商城  

      相反色:红-绿、蓝黄

     有些基本的人类颜色视觉特性不仅用三色学说不能圆满地解释,而且看起来还是与三色学说相矛盾的。
     奇怪的黄颜色。许多人都听说过这样一种说法:三原色是红、黄和蓝,而不是红、绿和蓝。研究表明,在人类文明史中,“黄色”这个颜色名称的出现甚至比“蓝色”这个颜色名称要早很多,而我们将“黄”颜色的含义归类为一个更基本的颜色,比“青”和“品红”这类颜色还要基本。虽然Thomas Young首先证明了黄光可以由红光与绿光混合产生,但它还是有违于是们对颜色的直觉。事实上,你无法想像任何一种颜色中会同时含有红色和绿色的感觉。
     其他三色学说无法解释的颜色视觉现象。我们无法想像一种带红的绿或带绿的红。这一事实说明有些现象已经超出了三种独立感受器(三色学说)所能解释的范畴。对于蓝和黄也同样存在这种问题,因为我们也无法想像带有黄色的蓝。图1-12和图1-13所示的的同时对比与负后像现象是另外两个颜色视觉现象的例子,它们说明,若缺少了某个颜色,则会产生出与该颜色互补的颜色感觉。最后,颜色视觉异常的人(色盲)缺失的颜色感觉通常是成对的:一个人的红色响应异常,则通常他也缺少绿色辨别能力;一个人若没有蓝色响应,则也一定没有黄色响应。

(图1-12:同时对比)

 

(图1-13:先后对比)

     相反色。19世纪后期,Ewald Hering针对这些成对的相反色进行了一系列观察实验。为什么我们可以有偏红的黄色(橙色)、蓝绿色和蓝红色(紫色),但没有偏红的绿色也没有偏黄的蓝色?说一种颜色又红又绿,就好像是说什么东西在同一时刻即明又暗一样,是违反视觉规律的。相反色学说(也称为Hering学说)认为,视网膜上存在6个基本色,它们可以根据不同波长的光产生相反色的信号。相反色学说的关键在于,视网膜上的6个基本色不是独立的感受器,但不会对其相邻的感受器产生影响,却会以一种对抗的或相反的形式成对地发生作用。这些相反色对是亮-暗、红-绿和黄-蓝。
     统一相反色学说与三色学说。相反色学说与三色学说的倡导者们为到底哪种理论能够更好地描述颜色视觉而争论了许多年,最后这两个学说统一为颜色的阶段学说。阶段学说认为,在视网膜的第一层(或第一阶段)含有三色锥体细胞,而第二层将这三种锥体细胞信号转化为对抗信号:亮-暗、红绿和黄蓝。在我们不断对视网膜的层状结构有了进一步了解后,阶段学说得到了证实,并且可以用简单的神经网络模型来解释对抗信号是如何由加色信号产生的(见图1-14)。

 

(图1-14:神网膜中的三色学说与相反色学说)

     CIE模型中的相反色学说。假如相反色学说与三色学说将你的脑袋塞得要爆炸的话,我们向你保证,这与色彩管理的关系非常大,CIE颜色视觉模型是色彩管理中进行颜色计算的基础。然而重要的是,在Photoshop和大多数色彩管理系统(CMS)中所使用的很多CIE模型,例如CIE LAB,是三色学说与相反色学说合并的结果。CIE LAB是基于类似图1-10所示三色刺激值实验的结果,但是它使用三人表征相反色系统的数值来描述颜色:L*(亮-暗),a*(红-绿色对),b*(黄-蓝色对)。
     因此,我们可以使用LAB将测得的三刺激值(测色仪器是仿照我们的锥体细胞感受器去测量的)转化为相反色系统数值。要实现这一点并不容易,离完美的相反色还差得很远,但是它很灵验,而且是一个获得了巨大成功的颜色模型。特别是,当你不仅仅把它看做是印刷工业中用于电脑计算的工具,而是把它作为对颜色视觉理论的一种验证明,它的意义就显得更加重大了。
      同色异谱现象

     如果你以前曾经遇到过“同色异谱”这个术语的话,你很可能听说过将它解释为人们视觉存在的一种问题或一个“错误”的说法。但是,就像程序员总爱说的一句话:这不是一种缺陷,而是一种特性。同色异谱现象不仅仅是三色视觉所固有的特性,也是便颜色复制成为可能的一种特性。
     简而言之,同色异谱就是两个不同的颜色样品会产生相同颜色感觉的一种现象。我们所谓“不同的颜色样品”是指两个物体具有不同的光谱特性。请回忆一下我们用光源-物体观察者来对颜色下的定义,如果两个不同的物体产生了相同的“颜色”(同样的颜色感觉),这种颜色的匹配条件可能取决于(1):照明两个物体的光源,或(2):观察两个样品的观察者。换了不同的光源,或由不同的观察者来观察,这两个样品也许就不再匹配了,我们称其为条件匹配。
     两个光谱不同,但颜色感觉却相同的颜色样品就称为同色异谱色。或者说,这两个颜色样品在特定的光源下或对于特定类型的观察者来说是同色异谱的。
     你可能会遇到不同的、似乎相互矛盾的同色异谱定义。例如,许多书上会给出下面两种定义:
    
?同色异谱是两个颜色样品在特定光源下产生相同颜色感觉的现象。
    
?同色异谱是当两个颜色样品在特定光源下产生不同颜色感觉的现象。
     事实上,对于同样一对颜色样品来说,上面两种情况都可能发生时才是同色异谱的定义。两个颜色样品在一些光源下颜色匹配,而在另外一些光源下颜色不匹配。第一种说法强调不同的光谱分布可以产生颜色匹配的现象;而第二种说法则强调条件匹配现明是脆弱的。你需要理解同色异谱的原因在于,实际上我们所有的颜色匹配工作都是在进行两个颜色或一系列颜色之间的一种同色异谱匹配,例如比较看台上样张和显示器上扫描图像中的颜色,或比较一个样张与一个印张。两个颜色样品拥有同样的光谱分布一般是不太可能的,但由于同色异谱现象的存在,使我们可以让它们的颜色达到一致,至少在一些照明条件是一致的。
     两个颜色样品之间的关联。同色异谱总是相对于两个颜色样品而言的,单一颜色样品不可能存在同色异谱问题,它的光谱特性是惟一的。你也许听到有些人说“一个同色异谱色”,或提到一个打印机使用“同色异谱油墨”,但是我们认为这种说法既是理解上的混淆,也是概念上的错误。如果一个打印机使用的油墨要是真的与其他油墨是同色异谱色的话,那它就不会好用,因为这些油墨要在特定光源下看起来颜色都一样。同色异谱油墨的真正含义是,这些油墨的光谱特性使得它们在不同的光源照明上,颜色发生的变化令会比其他大多数油墨大得多。
     为什么会出现同色异谱现象。出现同色异谱现明的原因是由于眼睛将所有外界光的光谱分解为三种锥体细胞的刺激。两个颜色刺激有可能具有根本不同的光谱能量分布,但是如果它们的能量都被相同地分配给了这三种类型的锥体细胞,以同样的强度刺激它们,就会产生出相同的颜色感觉。
     根据光源-物体-观察者的颜色模型(请记住图1-1),颜色的“产生过程”是三种因素的产物:光源提供具有各种波长的光波;物体或表面对光波产生反射;反射到眼睛里的光波被分配给三种感受器(眼睛里的锥体细胞),结果就产生了颜色感觉。
     颜色不是由哪一种单独因素形成的,而是由以上三种因素共同作用的结果。如果光波分别来自A、B两个物体,并在三种锥体细胞上产生了相同的刺激,于是你就会得出二者相同的结论——二者颜色感觉相同(见图1-15)。

(图1-15:同色异谱现象)

     在日常生活中的同色异谱现象。不知你是否有过这样的经历:从一家商店买过两个“颜色相配”的东西,比如相同颜色的一条领带和一块手帕,或是一只提包和一双鞋,没想到把它们拿到阳光下或室内光下来观看,结果颜色就不一样了,这时你就是遇到同色异谱现象了。Fred有一双白色的运动鞋,在房间里看时两只鞋的颜以是相同的,可是到了屋外就可以明显地看出一只经另一只明显发蓝。这可能是因为(从道理上分析),这两只鞋曾被分别用含有不同UV增白剂的清洗剂洗过。制作分类广告的人都普遍遇到过这样的问题,即客户买回家的物品颜色与分类广告中宣传的颜以不一样,这可能是由于同色异谱色在印刷厂的照明条件下匹配,而在顾客家里却不匹配了。
     这些例子都说明,颜色匹配的结果被打破,是多么的容易——当我们匹配颜色时,往往只是在某一特定的照明条件下实现了同色异谱的匹配。这就是为什么当我们评价样张-印张时要使用标准照明条件的原因。
     理论上,如果制作分类广告的人知道将来广告在什么环境下观察的话,他就可以将颜色复制改在那样一个环境中进行,但实际上同乎不可能知道预期的顾客会在哪一种光照下观看,是在中午的日光,办公室的荧光灯下,或是家中的白炽灯下,或是借着舒适的火光蜷缩地躺在烛光之下观看。
     ,我们只能把同色异谱现象看做是领地的一部分去接受它,然而如果你承接了一个特殊的项目,比如要为一间奇特的餐厅设计一个菜单,该餐厅在大多数时间下只能在烛光下点餐——那你就应该在各种不同的观察环境下来检验一下重要颜色的匹配情况。
     同色异谱是你的朋友。你需要与同色异谱色和平共处。许多人起初将同色异谱当做一个问题来看待,因为经过很大努力才在一种光源下达到匹配的颜色,由于某种油墨或纸张的奇特性质,在其他不同光源下就不再匹配了。但这并不是像某些人所讲的那样,是我们视觉系统的缺陷。我们的视觉系统是经过长期进化而形成的精美系统,它只是用三种类型的感受器就可以从各种波长的光波中获得颜色信息,而同色异谱仅仅是这个明智的进化方案的一个副产品。
     对于色彩管理来讲更重要的是,只有利用同色异谱色才使颜色复制成为可能。同色异谱色使我们在显示器上显示黄色或肤色时无须使用专门的黄色或皮肤色的荧光粉。同色异谱色使我们在复制叶绿素(植物体内一种色素)的绿色特征时,不用使用叶绿色素的油墨,或使用一种我们称为绿色的油墨(见图1-16)!

 

(图1-16:同色异谱色的作用)

     如果没有同色异谱现象,就只能完全按照原始颜色刺激的光谱组成丝毫不差地复制形成颜色的光谱了(附带说一句,这正是声音复制不得不做的事情——将原声刺激一个波一个波长地复制)。如果觉得现在的油墨花费太高了,那就请你想像一下用数千种颜色的油墨取代现在仅仅用四色油墨的结果!
     相机与扫描仪的同色异谱。我们在前面曾经说过,两个样品间同色异谱色的关系不仅依赖于照明光源,也同时取决于观察这两个颜色样品的特定的观察者。同样一对颜色样品,对第一个观察者可能会产生相同的颜色感觉,但对第二个观察者却不一定能产生相同的颜色感觉。在观察者是人工的三色视觉设备时,这种“观察者同色异谱色”现象可能会成为色彩管理的一个问题。
     如果一台扫描仪的红、绿、蓝探测器的响应与我们的锥体细胞感受器不同,扫描仪看上去是相互匹配的同色异谱色对,你我的眼睛看上去就可能是不同的颜色。反过来也一样,一对我们看起来一样的颜色,扫描仪会认为是不同的颜色(如图1-7所示)。有时我们将这种现象称为扫描仪同色异谱特性,这就是难以将扫描仪作为一种测量设备去制作特性文件的原因。同样地,假如一台胶卷照相机或一台数字相机具有与我们视觉系统不同的同色异谱匹配特性,我们就将其称为相机的同色异谱特性。由于色彩管理对此实际是无能为力的,因此你必须将它看做是一个问题。

 

(图1-17:扫描仪同色异谱是如何产生的)

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