数字影像的色彩管理与色彩控制（之二）

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    我们常用多种名称描述各种红色，例如大红、粉红，橙红、桃红、砖红、玫瑰红、樱桃红、石竹红，洋红等，还常在前面冠以鲜、淡、深、浅，暗、等描述语。图1是苹果与番茄的“合影”在拍摄前首先对数字相机与显示器进行了严格的色彩管理，又假设在印刷中颜色也控制得相当准确，使你所见的图片与实物的色彩十分接近。请问：你能描述出国中的苹果与番茄的红色吗，能说出两者颜色的异同吗，显然，要想控制与管理色彩，必须掌握命名颜色的方法、了解颜色的特征并能够找出两种颜色的差异。
    从产生颜色的方法上为色彩命名有两种最常用的色彩命名方法；加色法与减色法，它们都是从产生颜色的方法中衍生出来的。

    1．加色沾
   上一讲“眼睛与颜色”中曾指出，我们能够看到各种颜色是由于眼睛中有感红、感蓝与感绿三种锥体细胞，可以分别感受红、绿、蓝三种色光，通过这三种细胞接受光刺激的不同来辨别色彩。因此人们自然想到用红、绿，蓝三种基本的光线混合(重叠相加)来形成各种颜色并用这三种色光数量多少来命名所形成的颜色，红、绿、蓝光被称为“原色”光。
用不同量值的“原色”重叠相加形成颜色的方法称为加色法。在试验室中投射任何颜色的光线到屏幕的一侧．而在屏幕的另一侧投射3千原色光，改变三原色光的强度比例直到屏幕两侧的光看起来颜色相同，即可以知道被测色光中三原色的成分了。试验与理论计算表明只要所用的红、绿、蓝光是独立的(每种光都不能用另外两种光混合构成)都可以作为加色法的原色光。更进一步  国际照明委员会(CIE)规定用波长为700nm的红光，546.1nm的绿光、435．8nm的蓝光作为标准的原色光。

    让我们再作一个试验，用等量的红、绿、蓝三原色光投射到白色的屏幕上其中产生了黄、品、青三种颜色，红-绿、蓝与黄、品、青6种颜色可以组成一个色6星形(图2)。其中形成3对互相对立的颜色-红——青、绿——品、蓝——黄，称为互补的颜色。与三个原色对应，将青、品、黄称为补色。在图中我们还标出了这6种色光英文名称的首字母，并引用这些字母代表相应的颜色。
    根据以上实验，显然可见到当等量的色光相加时有以下的规律(图3)    
    (1)原色+原色：(第3种原色的)补色(图3a)。
    (2)补色+补色：浅(更明亮的)原色(图3b)。
    即色6星形上的任何一种颜色可由它两侧的颜色相加合成。
    当两种不等量的原色光相加时可以得到介于两种原色之间的各种中间色(图4)。
    (3)原色+对应的补色=白色，由此不难推出：三原色相加或三补色相加均为白色(图3c)。
    反之从(图3c)还可以推出；
    (4)白色—原色：对应的补色。
    (5)白色—补色：对应的原色。
    从(3)一(5)不难发现  原色与其对应的补色间存在着一种此消彼长的关系  在饱和度不变的条件下，增加一方必然减弱另一方二者不可能同时增强这在今后调整色彩时十分重要。既然用3种原色相加可以得到各种颜色，人们自然联想到用某种色光中所包含的三个原色光的量值：R(红)．G(绿)、B(蓝)来命名这种颜色，这种命名色彩的方法又称为RGB模式。例如在Photoshop中用吸管工具点击(图1)中苹果与番茄中圆圈的中心  在Photoshop的颜色面板或信息面板中立即显示出番茄A部的RGB色值约为Ra=144、Ga=45、Ba-28，苹果B处的色值约为Rb-130、Gb=35。Bb=51(取中间值)。

    加色法的特征是相加的光越多，产生的颜色越亮。等量的三个原色光相加得到白光。因此在RGB色彩模式下色值越大  色彩越明亮。

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    在数字相机与扫描仪中，我们为感光的CCD覆盖红、绿、蓝的滤色镜阵列，测定每个像素所接受的红、绿、蓝光，并将它们相加以确定每个像素所接受光的颜色与亮度(图5)。显示器与电视机的屏幕呈以可发出红、绿、蓝光的三个光点为一组，表示一个像素(图6)虽然在放大镜下红、绿、蓝色的发光点是不重合的，但是在正常的观察距离下，相邻两个光的距离小于眼睛的极限分辨率，此时他们的亮度与颜色均按加色法的规律融合，被眼睛视为一千光点。多数平板扫描仪与胶片扫描仪则是用三排分别蒙着红，绿。蓝滤光镜的CCD接受3种原色光线(图7)。显然它们都是以加色法为基础显示与记录色彩的设备。

    2．减色法
    首先让我们设想-一块黄玻璃与一块青玻璃重叠后将呈现什么颜色?第一讲中曾指出透明物体只能透过自身的颜色．从(图8a)中可见由于黄光是由红光与绿光组成的．因此黄玻璃可以透过红光与绿光，同样可知青玻璃能透过绿光与蓝光．二者重叠后入射光中的蓝光被黄玻璃吸收。红光被青玻璃吸收，只有绿光能同时透过二者因此黄、青玻璃重叠后呈现绿色。同理可知，黄、品玻璃重叠呈红色(图8b)，青、品玻璃重叠呈蓝色(图8c)。而一块红玻璃与一块蓝玻璃重叠后，白光中的红光被蓝玻璃吸收，蓝光被红玻璃吸收、绿光同时被红、蓝玻璃吸收因此将呈现黑色。同样可知任意两块原色玻璃重叠都将呈现黑色。将颜料涂到白纸上成色的原理与重叠色玻璃类似．打印机与印刷机的墨水与油墨都是半透明的，光线穿透颜料再被白纸反射(图9)：每种颜料只能透过或反射自身的颜色，在青、品、黄中．任意两种颜料混合或重叠均会产生一种原色，因此用黄。品、青作颜料还可以形成红、绿、蓝三种原色(图9a)。这种用补色滤色镜或色料吸收光线形成各种颜色的方法称为减色法。与加色法最大的不同是；减色法混合的颜色越多，生成的颜色越暗．理论上三种补色同时混合则成黑色。但是由于人们难于获得纯净的黄、品、青色料，导致三种补色混合后得不到纯黑．也由于一种黑色料同时使用三种色料更便宜，为此在减色法成色时多数还必须使用黑色。减色法使用C(青)、M(品)、Y(黄)。K{黑)四个色值表示颜色，色值越大颜色越暗，这种命名颜色的方法又称为CMYK模式。几手所有的彩色打印机与印刷机都使用青、品、黄。黑颜料或油墨，因此它们都是以减色法为基础的硬件设备。在Photoshop中将颜色调板设置为CMYK模式，可以用拾色器读出番茄A部的色值为Ca=41％、Ma=95％ Ya=100％、Ka=7％(图10)，苹果B处的色值为Cb=45％、Mb 100％、Yb=85％、Kb=13％。  

色彩的特征
    我们虽然已经从数据上分辨出了(图1)中两种颜色的差异但是由于RGB与CMYK的数值难于直接表达颜色的特征，因此仅从这些数据很难令人明白两种色彩的特性与视觉上的差异。
    我们平时是从颜色的三大特征对颜色进行辨认的——即色相，饱和度与明度。这正是我们的眼睛与大脑对组成色光的光谱成分所产生的生理与心理的感觉。

    色相(Hue)又称色调，是颜色感觉最基本的特征。颜色的基本名称  红、橙、黄、绿、青、蓝、紫就是根据色相确定的。前面所说的桃红、橙红、洋红、砖红等则是对红色从色相上进一步地细分。一旦颜色的色相进入了另一种颜色的范围，人眼会立即发现它的变化。色相是人眼对色光主波长的认知。所谓主波长是指与混合光线色相相同的单色光的波长图11a)。由于自然光中无品色，我们所见的品色都是由红光与蓝光合成的，因此品光对应着红。蓝两个波段的主波长(图11b)。
    明度(Lightness 或 Value)表示颜色明暗的程度，对于单色光，明度表示了光线的强弱对于物体，明度表示物体反射或透射光线的能力，反射率越高，明度就越高。人们常用“深”、“浅”表示颜色的明度，例如“深红”、“浅红”。在色光的光谱分布曲线中，明度表示波峰与波谷平均值的大小。涉及到色彩的明暗时还要注意明度与亮度的区别：亮度是指色光所含光能量的大小，是一个物理量，可以用各种仪器直接测量。明度则是人对色彩明暗程度的心理感觉，它与亮度有关，但不成比例。此外明度还与色光的色相有关，对于不同色相的物体。即使亮度相同明度也不同，黄色、黄绿色最壳、蓝紫色最暗。(图12a)是几种亮度相同、明度不同的颜色的外观效果，(图彩的明度差异。(图12c)是将(图12a)用Photoshop的“去色”处理之后阶调相同，证明原(图12a)各色块的亮度的确相同。这个试验表明，明度不仅是人对色光物理特征的生理反映，还包含着复杂的心理因素。  

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    在RGB色彩模式中，三个色值越高颜色的明度越高，在CMYK模式中四个色值(尤其是K值)越高色彩的明度越低。

    饱和度(Saturation)有时又称彩度(Chroma)，表示颜色纯净(鲜艳)的程度．实际上是显示出色光中彩色成分与消色成分(中性色  如黑、白、灰)的比例关系。中性色越多，饱和度越低。从色光的光谱分布曲线看。表明曲线波峰与波谷差值的大小，差值越大，饱和度越高。特别要注意的是：当颜色由于加入白色或黑色而降低饱和度时，还会伴随着明度的变化(图13)。例如与“鲜红”相比，“粉红”与“暗红”不仅饱和度较低，明度也不同。饱和度与彩度在表示方法上略有不同，饱和度常用纯色成分在总色彩成分(纯色成分+中性色成分)中所占的百分比表示，而彩度则常用于表示色彩中纯色成分的主观相对量(见下节“孟塞尔系统”的彩度)。饱和度还会受到物体表面特性与照明光线特性的影响：粗糙表面或散射光照明都会降低饱和度。
    一般情况下在以上两种色彩模式中，R、G、B和C、M、Y色值中最大值与最小值相差的越多，饱和度越高。
    一个从事色彩设计与色彩复制的人，经过实践的锻炼，能够辨认超过130种色相的颜色。在此基础上进一步通过对不同明度与饱和度的辨识，在中等亮度下可分辨的色彩总量可达数十万种。   
    我们是用色相、明度与饱和度来辨识与评价颜色的，而RGB与CMYK并不能直接反映色彩的这些特征，现实生活中的诸多形容词又无法定量的描色彩。因此我们更愿意使用一些能够直接表现色彩大特征的颜色系统，这就是我们下节将要研究的题了。