何為「準確」的色彩？

我們又如何以「準確」的方式來量化色彩？

討論這個話題前，我們先來談談為什么量化色彩對于攝影師、設計師、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。

當我們試圖描述一種色彩，最常見的做法就是將某種色彩和具體對象連結起來。

例如，當我們說起「紅色」，人們通常用「蘋果」來描述「紅色」。但我們究竟在談論什么樣的蘋果？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)，更別提最后一個了，它甚至不是紅色的。

圖1: 不同品種的蘋果

因此，當我們使用對象來描述色彩時，會存在差異。我們需要找到一種可靠的方法，來減少溝通中的差異。

色彩空間

人類傾向于使用「數(shù)字」進行準確的測量，好比我們使用數(shù)字來描述長度、重量等等。這樣當顏色A和顏色B具有相同的數(shù)值，我們可以說它們的顏色是相同的。

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

XYZ值是通過將以下三個屬性相乘構成的：光源的光譜功率分布、目標對象的反射率，以及用于描述人類視覺系統(tǒng)特性的標準觀察者函數(shù)。

圖2: 計算XYZ值的公式

結果是，當顏色A與顏色B具有相同XYZ值時，可以說顏色A和顏色B看起來一樣。

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

我們使用色彩空間（色域）來共同定義顯示于熒幕上的、由打印機生成的，或者是由相機捕獲到的色彩范圍。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，這張圖并未真實反映人類視覺系統(tǒng)的敏感性。

以藍色和綠色為例，人類對藍色非常敏感，但是對綠色不太敏感：多一點的紅色我們認為是紫色，而一點點的綠色我們認為是青色。

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色度圖被提上臺面，用于反映人類視覺系統(tǒng)的感覺。

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

接下來的問題是，我們?nèi)绾螠y量顏色？

我們可以用尺子來測量長度，用秤來測量體重，而當我們測量色彩時，我們需要首先測量光線。測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來測量光線的光譜功率分布。

但是，這些儀器體積龐大、價格昂貴，攜帶不方便。因此，有人開發(fā)出一種更簡單的稱為「比色計」的設備。比色計通過一組XYZ濾光片測量光線，因此速度比光譜輻射計快，但精度較低。

（*XYZ濾光片: 光學濾光片，以每個波長的透射率來模擬XYZ值的光學特性。）

如前所述，當我們有一組相同數(shù)字的XYZ值時，我們可以說這些顏色看起來是一樣的。但有些時候XYZ值不一樣，然而看起來還是很相似的。

例如，當我們在明亮的房間里看到明亮的光線，而在昏暗的房間里看到明亮的光線時，測量到的XYZ值不一樣，雖然光強度可能不同，但我們?nèi)匀桓杏X到相同的光線色彩，以適應我們的視覺系統(tǒng)。

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

L*a*b*色彩空間（如圖5所示）隨后被提出，用于實現(xiàn)「標準化」目的。它將一個場景或媒體（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)在我們可以比較來自不同媒體、不同強度或色彩的光線了。

圖5: L*a*b*色彩空間

色彩感知的差異性

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

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

比如，以下面為例，有些人可能會把它的顏色稱為藍色，有些人可能會說它是綠色的，甚至還有人可能說它是青色的。針對一個對象的色彩，想要提供十分準確的描述，對普通人來說其實是相當困難的。

而我們平時講的「真色彩」（true color）,是基于現(xiàn)實世界原始圖像的準確色彩表現(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。通過計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。這個差異值被稱為「色差」。我們通常使用delta E *來標識「色彩差異」。

色差公式最簡單的版本稱為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，研究人員開發(fā)了一個更新版本的色差公式，以真實反映人類視覺系統(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算值與人類感知之間的相關性更高，因此delta E*00現(xiàn)已成為國際標準，推薦在所有科學研究工作中使用。

正如我們在上面公式中看到的那樣，需要兩組L*a*b*數(shù)值。如果我們需要判斷特定顏色的準確性，則需要一組測量的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獲得測量值，但我們?nèi)绾潍@得「定義值」或「標準值」呢？

定義值」或「標準值」可從標準圖表獲得（見圖6）。這些顏色圖表為圖表中的所有顏色定義了L*a*b*值，并且每個圖表都非常仔細地生成以滿足公差。因此，這些圖表可用作參考，因為這些值不會改變。

圖6-1: X-rite標準型色卡

圖6-2: X-rite數(shù)碼SG校色卡

為了判斷色彩的準確性，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沒有可察覺的差異。delta E * 00 <3.00意味著對典型的人來說察覺不到顯著差異。 （這里的專家包括色彩科學專業(yè)人士、經(jīng)驗豐富的攝影師、設計師或影像專業(yè)人士等）

總之，我們已經(jīng)掌握了如何使用數(shù)字來定義顏色及其背后的原因。我們還明確了每個色彩空間之間的差異，如XYZ和L*a*b*。最后，我們學習了測量顏色的方法，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確。

關于色彩

在人眼視網(wǎng)膜中，有兩種類型的細胞負責對于色彩的感知：一種是桿體細胞（rod），一種是椎體細胞（cone）。

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

而桿體細胞對于光的強度非常敏感。在人眼中，桿體細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。

然而，由于桿體細胞對光的敏感性大大優(yōu)于椎體細胞，因此我們在弱光環(huán)境下感知物體色彩的能力反而變差了。

關于光線

感知色彩需要光線。當光線照射物體時，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，屬于電磁波譜中的可見光部分。

從短波長到長波長，色彩范圍由紫色開始，接著是藍色、綠色、黃色、橙色，最后是紅色。

為什么投影機需要強調(diào)色準？

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