包裝色彩學第二篇

第四章色彩的顯色系統(tǒng)表示法第五章CIE標準色度學系統(tǒng)第六章彩色密度第四章色彩的顯色系統(tǒng)表示法顏色立體包裝色彩學一、色彩的心理屬性（一）心理顏色日常生活中觀察的顏色在很大程度上受心理因素的影響，即形成心理顏色視覺。在色度學中，顏色的命名是三刺激值（X，Y，Z）；（R，G，B）；色相，明度，純度，主波長等。色相、色光、色彩表示的歸納為一組；明度、亮度、深淺度、明暗度、層次表示的歸納為一組；飽和度、鮮度、純度、彩度、色正不正等表示的歸納為一組。這樣的分組只是一種感覺，沒有嚴格的定義，彼此的含義不完全相同。心理顏色視覺的名稱，雖然和色度學中的幾個物理量相對應(yīng)，但這種對應(yīng)關(guān)系，不是簡單的正比關(guān)系，也不是一對一的關(guān)系，它們之間有許多不同的特征。色度純的定義為，色光中所含單色光的比例，表示某顏色與某中性色或白光的接近程度。這些心理上的顏色與白光的差別，通常稱為飽和度，以區(qū)別于色度學上的純度。心理上的亮度又可分為兩種，一種是聯(lián)系到物體，另一種是不聯(lián)系物體的亮度。通過一個小孔觀察物體的表面，這時觀察者看不見物體，無法聯(lián)系物體來判斷亮度，但它也與色度學中的亮度有差別，為了把物體表面的光亮和色度學中的亮度分開，稱它為明度。因此在心理上把色彩分為紅、黃、綠、藍四種，并稱為四原色。通常紅—綠、黃—藍稱為心理補色。任何人都不會想象白色從這四個原色中混合出來，黑也不能從其它顏色混合出來。所以，紅、黃、綠、藍加上白和黑，成為心理顏色視覺上的六種基本感覺。盡管在物理上黑是人眼不受光的情形，但在心理上許多人卻認為不受光只是沒有感覺，而黑確實是一種感覺。心理顏色和色度學顏色的另一區(qū)別是，色度學所研究的是色光本身，而不牽涉到研究的環(huán)境和觀察者在空間的位置以及觀察角度的變化等因素。例如，色光的背景，在CIE系統(tǒng)中是暗黑無色，并且用實驗證明了不同的背景并不改變匹配數(shù)值。但是，在心理顏色視覺上則不然，當背景改變時，許多心理作用如顏色分辨力、色相、飽和度、明度等都會改變。色度學中視野的大小對匹配有影響，黃斑在小視野中起的作用（如降低對藍光的靈敏度）影響到匹配。而在大視野時，由于一部分視野超過黃斑范圍，此時桿體細胞將起一定的作用。在日常生活中看到的不只是色，而是色和物體，不只是色光，而是與其它許多光夾在一起的混合色光，這樣便使問題進一步復(fù)雜了。（二）色彩的基本屬性為了定性和定量地描述顏色，國際上統(tǒng)一規(guī)定了鑒別心理顏色的三個特征量即色相、明度和飽和度。心理顏色的三個基本特征，又稱為心理三屬性，大致能與色度學的顏色三變數(shù)—主波長、亮度和純度相對應(yīng)。色相對應(yīng)于主波長，明度對應(yīng)于亮度，飽和度對應(yīng)于純度。這是顏色的心理感覺與色光的物理刺激之間存在的對應(yīng)關(guān)系。每一特定的顏色，都同時具備這三個特征。1、色相色相（Hue，簡寫為H）是指顏色的基本相貌，它是顏色彼此區(qū)別的最主要最基本的特征，它表示顏色質(zhì)的區(qū)別，從光的物理刺激角度認識色相：是指某些不同波長的光混合后，所呈現(xiàn)的不同色彩表象。從人的顏色視覺生理角度認識色相：是指人眼的三種感色錐體細胞受不同刺激后引起的不同顏色感覺。因此，色相是表明不同波長的光刺激所引起的不同顏色心理反應(yīng)。如圖4-1所示，不同波長的光，給人以不同的色覺。因此，可以用不同顏色光的波長來表示顏色的相貌，稱為主波長。如紅（700nm），黃（580nm）。如圖4-2所示的是顏色主波長隨光照強度的改變而發(fā)生偏移的情況。只有黃（572nm）、綠（503nm）、藍（478nm）三個主波長恒定不變，稱之為恒定不變顏色點。通常所談的色相是指在正常的照度下的顏色。在色環(huán)中，相距90度以內(nèi)的兩個顏色有共同的成份，稱之為類似色；位于90度—180度之間的兩個顏色由于它們的共同成分減少或消失，稱之為對比色；位于180度上的兩個顏色是互補色，在0度線上的所有顏色由于組成它們的是共同的色相和不同亮度，因此稱它們?yōu)橥N色。2、明度明度不等于亮度。根據(jù)光度學的概念，亮度是可以用光度計測量的、與人視覺無關(guān)的客觀數(shù)值，而明度則是顏色的亮度在人們視覺上的反映，明度是從感覺上來說明顏色性質(zhì)的。明度（Value，簡寫為V）是表示物體顏色深淺明暗的特征量，是顏色的第二種屬性。對于發(fā)光體（光源）發(fā)出的光的刺激所產(chǎn)生的主觀感覺量，則常用“明亮度”一詞。通常情況下是用物體的反射率或透射率來表示物體表面的明暗感知屬性的。圖4-4所示的是不同色相由于反射率的不同引起的明度差異，圖4-5所示的是相同色相反射率不同引起的明度不同的情況。圖4-4不同色彩的分光曲線圖4-5明度的差異反射或透射光的能量取決于兩個量：物體的表面照度和物體本身的表面狀況。物體的表面照度與入射光的強度有關(guān)；物體的表面是否光潔，將直接影響光的反射率或透射率大小。對消色物體來說，由于對入射光線進行等比例的非選擇吸收和反（透）射，因此，消色物體無色相之分，只有反（透）射率大小的區(qū)別，即明度的區(qū)別。如圖4-6所示，白色A最亮，黑色E最暗，黑與白之間有一系列的灰色，深灰D、中灰C與淺灰B等，就是由于對入射光線反（透）射率的不同所致。在觀察物體顏色的明暗程度時，還會受到該物體所處環(huán)景色的影響。圖4-7物體的明度受環(huán)境的變化

3、飽和度

飽和度（Saturation，簡寫為S）是指顏色的純潔性?？梢姽庾V的各種單色光是最飽和的彩色。當光譜色加入白光成分時，就變得不飽和。因此光譜色色彩的飽和度，通常以色彩白度的倒數(shù)表示。在孟塞爾系統(tǒng)中飽和度用彩度來表示。物體色的飽和度取決于該物體表面選擇性反射光譜輻射能力。物體對光譜某一較窄波段的反射率高，而對其它波長的反射率很低或沒有反射，則表明它有很高的選擇性反射的能力，這一顏色的飽和度就高。物體的飽和度還受物體表面狀況的影響。在光滑的物體表面上，光線的反射是鏡面反射，在觀察物體顏色時，我們可以避開這個反射方向上的白光，觀察顏色的飽和度。而粗糙的物體表面反射是漫反射，無論從哪個方向都很難避開反射的白光，因此光滑物體表面上的顏色要比粗糙物體表面上顏色鮮艷，飽和度大些。4、顏色三屬性的相互關(guān)系顏色的三個屬性在某種意義上是各自獨立的，但在另外意義上又是互相制約的。一個顏色的某一個屬性發(fā)生了改變，那么，這個顏色必然要發(fā)生改變。色彩空間是三維的，作為色彩空間三維坐標的三個獨立參數(shù)可以是色彩的心理三屬性：色相、明度、飽和度（圖4-9），也可以是其它三個參數(shù)如RGB、Lab或者CMY，只要描述色彩的三個參數(shù)相互獨立都可以作為色彩空間的三維坐標。色彩空間

的幾何模型在顏色立方體中三個基色的變化都是從0到100%連續(xù)地變化，因此它是一個連續(xù)性漸變的色立體。在這個色立體中的每一個點都可以用坐標y、m、c表示。y、m、c就是三個基色即黃、品紅、青的百分比色量。由于這是一個連續(xù)調(diào)色立體，給應(yīng)用和標定顏色帶來了一定的困難。為此也可將每一基色的色量變化進行分割，將0—100%的變化分割成0—9的10個梯級。圖4-11理想色立體的色量分割=752色黃7品紅5青2++=545色黃5品紅4青5++=267色黃2品紅6青7++圖4-12色立體中顏色編號的意義孟塞爾顏色系統(tǒng)孟塞爾所創(chuàng)建的顏色系統(tǒng)是用顏色立體模型表示顏色的方法。它是一個三維類似球體的空間模型，把物體各種表面色的三種基本屬性色相、明度、飽和度全部表示出來。以顏色的視覺特性來制定顏色分類和標定系統(tǒng)，以按目視色彩感覺等間隔的方式，把各種表面色的特征表示出來。目前國際上已廣泛采用孟塞爾顏色系統(tǒng)作為分類和標定表面色的方法。圖4-13孟塞爾顏色立體示意圖圖4-14孟塞爾色相的標定系統(tǒng)任何顏色都可以用顏色立體上的色相、明度值和彩度這三項坐標來標定，并給一標號。標定的方法是先寫出色相H，再寫明度值V，在斜線后寫彩度C（Chroma）。HV/C=色相明度值/彩度對于非彩色的黑白系列（中性色）用N表示，在N后標明度值V，斜線后面不寫彩度。NV/=中性色明度值/對于彩度低于0.3的中性色，如果需要做精確標定時，可采用下式：NV/（H，C）=

中性色明度值/（色相，彩度）圖4-15孟塞爾顏色立體的Y—PB垂直剖面圖4-16孟塞爾顏色立體的明度值5水平剖面奧斯特瓦爾德表色系統(tǒng)奧斯特瓦爾德（1853—1952），是德國的物理化學家，因創(chuàng)立了以其本人為名字的表色空間，而獲得諾貝爾獎金。該顏色體系包括顏色立體模型（如圖4-17所示）和顏色圖冊及說明書。圖4-17奧斯特瓦爾德色系的顏色立體圖4-18奧斯特瓦爾德色相環(huán)

奧斯瓦爾德的全部色塊都是由純色與適量的白黑混合而成，其關(guān)系為:白量W+黑量B+純色量C=100消色系統(tǒng)的明度分為8個梯級，附以a、c、e、g、i、l、n、p的記號。a表示最明亮的色標白，p表示最暗的色標黑，其間有6個階段的灰色。這些消色色調(diào)所包含的白和黑的量是根據(jù)光的等比級數(shù)增減的，明度是以眼睛可以感到的等差級數(shù)增減決定的。從表4-1可以看出，作為色標的白（a）比理想的白色含有11%的黑量；而作為色標的黑（p）則比理想的黑含有3.5%的白。并且還有如下關(guān)系：

記號acegilnp白量89563522148.95.63.5黑量114465788691.994.496.5表4-1奧斯瓦爾德的白黑量從這種明度分級的方法即可看出并不是按照視覺特征來分級的，這是該系統(tǒng)的一大缺點。

將分級的數(shù)字代入則得：

圖4-19奧斯特瓦爾德等色相三角形奧斯瓦爾德顏色系統(tǒng)共包括24個等色相三角形。每個三角形共分為28個菱形，每個菱形都附以記號，用來表示該色標所含白與黑的量。例如某純色色標為nc，n表示含白量為5.6%，c表示含黑量為44%，則其中所包含的純色量為：100—（5.6+44）=50.4%再如純色色標為pa，p含白量為3.5%，a含黑量11%，所以含純色量為:100—(3.5+11)=85.5%奧斯特瓦爾德色系通俗易懂，它給調(diào)配使用色彩的人提供了有益的指示。在做色彩構(gòu)成練習中的純度推移時，奧斯特瓦爾德色系的色相三角形不啻可以視為一種配方的指導(dǎo)，此外，色相三角形的統(tǒng)一性也為色彩搭配特性顯示了清晰的規(guī)律性變化。第五章CIE標準色度學系統(tǒng)色彩設(shè)計及處理軟件中的色彩模型HSB模型色相H：在0到360度的標準色輪上，色相是按位置度量的。在通常的使用中，色相是由顏色名稱標識的，比如紅、橙或綠色。

飽和度S：是指顏色的強度或純度。飽和度表示色相中彩色成分所占的比例，用從0%（灰色）到100%（完全飽和）的百分比來度量。在標準色輪上，從中心向邊緣飽和度是遞增的。亮度B：是顏色的相對明暗程度，通常用從0%（黑）到100%（白）的百分比來度量。絕大部分的可見光譜可以用紅、綠和藍(RGB)三色光按不同比例和強度的混合來表示。在顏色重疊的位置，產(chǎn)生青色、品紅和黃色。因為RGB顏色合成產(chǎn)生白色，所以RGB模型為加色模型，用于光照、視頻和顯示器。例如，顯示器通過紅、綠和藍熒光粉發(fā)射光線產(chǎn)生彩色。RGB模型L*a*b*色彩模型是在1931年國際照明委員會（CIE）制定的顏色度量國際標準的基礎(chǔ)上建立的。1976年，這種模型被重新修訂并命名為CIEL*a*b*。L*a*b*顏色設(shè)計為與設(shè)備無關(guān)；不管使用什么設(shè)備（如顯示器、打印機、計算機或掃描儀）創(chuàng)建或輸出圖像，這種顏色模型產(chǎn)生的顏色都保持一致。L*a*b*顏色由心理明度分量(L)和兩個色度分量組成；這兩個分量即a分量（從綠到紅）和b分量（從藍到黃）。L*a*b*模型CMYK模型CMYK模型以打印在紙張上油墨的光線吸收特性為基礎(chǔ)，當白光照射到半透明油墨上時，部分光譜被吸收，部分被反射回眼睛。

理論上，純青色(C)、品紅(M)和黃色(Y)色素能夠合成吸收所有顏色并產(chǎn)生黑色。由于這個原因，CMYK模型叫作減色模型。因為所有打印油墨都會包含一些雜質(zhì)，這三種油墨實際上產(chǎn)生一種土灰色，必須與黑色(K)油墨混合才能產(chǎn)生真正的黑色（使用K或Bk而不是B是為了避免與藍色混淆）。在色彩軟件中，當一種模型的參數(shù)改變時，其它模型的參數(shù)也隨之改變，如圖5-1所示。圖5-1色彩設(shè)計及處理軟件中的色彩模型CIE1931RGB真實三原色表色系統(tǒng)顏色匹配實驗把兩個顏色調(diào)整到視覺相同的方法叫顏色匹配，顏色匹配實驗是利用色光加色來實現(xiàn)的。不同的待配色光達到匹配時三原色光亮度不同，可用顏色方程表示：CR（R）+G（G）+B（B）式中C表示待配色光；（R）、（G）、（B）代表產(chǎn)生混合色的紅、綠、藍三原色的單位量；R、G、B分別為匹配待配色所需要的紅、綠、藍三原色的數(shù)量，稱為三刺激值；“”表示視覺上相等，即顏色匹配。圖5-2顏色匹配實驗三原色的單位量國際照明委員會（CIE）規(guī)定紅、綠、藍三原色的波長分別為700nm、546.1nm、435.8nm，在顏色匹配實驗中，當這三原色光的相對亮度比例為1.0000：4.5907：0.0601時就能匹配出等能白光，所以CIE選取這一比例作為紅、綠、藍三原色的單位量，即（R）：（G）：（B）=1：1：1。盡管這時三原色的亮度值并不等，但CIE卻把每一原色的亮度值作為一個單位看待，所以色光加色法中紅、綠、藍三原色光等比例混合結(jié)果為白光，即（R）+（G）+（B）=（W）。匹配光譜每一波長為C的等能光譜色所對應(yīng)的紅、綠、藍三原色數(shù)量，稱為光譜三刺激值，記為,它是CIE在對等能光譜色進行匹配時用來表示紅、綠、藍三原色的專用符號。因此，匹配波長為的等能光譜色的顏色方程為:式中（R）、（G）、（B）為三原色的單位量，分別為1.0000、4.5907、0.0601；在數(shù)值上表示等能光譜色的相對亮度，如圖5-3所示，其中最大值為C（555）。且有C（555）=1，即:圖5-4CIE—RGB光譜三刺激值負刺激值為了實現(xiàn)顏色匹配，在實驗中須將上方紅、綠、藍一側(cè)的三原色光之一移到待配色一側(cè)，并與之相加混合，從而使上下色光的飽和度相匹配。例如，將紅原色移到待配色一側(cè)，實現(xiàn)了顏色匹配，則顏色方程為:因此，待配色:所以出現(xiàn)了負值。在顏色匹配實驗中，為了表示R、G、B三原色各自在R+G+B總量中的相對比例，我們引入色度坐標r、g、b。從上式可知

r+g+b=1若待配色為等能光譜色，則上式可寫為：式中

為光譜色度坐標，計算出的數(shù)值見表5-2。圖5-5CIErg色度圖1931CIE-RGB系統(tǒng)的

光譜三刺激值是從實驗得出來的，本來可以用于顏色測量和標定以及色度學計算，但是實驗結(jié)果得到的用來標定光譜色的原色出現(xiàn)了負值，正負交替十分不便，不宜理解，因此，1931年CIE推薦了一個新的國際色度學系統(tǒng)1931CIE-XYZ系統(tǒng)，又稱為XYZ國際坐標制。1931CIE-XYZ標準色度系統(tǒng)所謂1931CIE-XYZ系統(tǒng)，就是在RGB系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，用數(shù)學方法，選用三個理想的原色來代替實際的三原色，從而將CIE-RGB系統(tǒng)中的光譜三刺激值

和色度坐標r、g、b均變?yōu)檎?。選擇三個理想的原色（三刺激值）X、Y、Z，X代表紅原色,Y代表綠原色,Z代表藍原色,這三個原色不是物理上的真實色，而是虛構(gòu)的假想色。它們在圖5-5中的色度坐標分別為：

CIE-RGB系統(tǒng)與CIE-XYZ系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換關(guān)系rgbX1.275-0.2780.003Y-1.7392.767-0.028Z-0.7430.1411.602經(jīng)數(shù)學變換，兩組顏色空間的三刺激值有以下關(guān)系：X=0.490R+0.310G+0.200BY=0.177R+0.812G+0.011BZ=0.010G+0.990B兩組顏色空間色度坐標的相互轉(zhuǎn)換關(guān)系為：x=（0.490r+0.310g+0.200b）/（0.667r+1.132g+1.200b）y=（0.117r+0.812g+0.010b）/（0.667r+1.132g+1.200b）z=（0.000r+0.010g+0.990b）/（0.667r+1.132g+1.200b）所以，只要知道某一顏色的色度坐標r、g、b，即可以求出它們在新設(shè)想的三原色XYZ顏色空間的的色度坐標x、y、z。通過式（5-9）的變換，對光譜色或一切自然界的色彩而言，變換后的色度坐標均為正值，而且等能白光的色度坐標仍然是（0.33，0.33），沒有改變。圖5-6CIExy色度圖CIE-XYZ光譜三刺激值的專用符號為。為了直觀的表示顏色的亮度，CIE規(guī)定=，因此不僅表達待配色（等能光譜色）中綠原色的數(shù)量，而且還表示待配色色光的亮度，用于計算顏色的亮度特性。由于

符合明視光譜光視效率函數(shù)，所以CIE-XYZ光譜三刺激值

又稱為“CIE1931標準色度觀察者光譜三刺激值”，簡稱“CIE標準色度觀察者”，在物體色色度值的計算中代表人眼的顏色視覺特征參數(shù)。CIE-XYZ光譜

三刺激值圖5-7光譜三刺激值圖中

各曲線所包含的總面積，分別表示X、Y、Z。表5-3中CIE1931標準觀察者等能光譜各波長的

總量、

總量和

總量是相等的，都是21.371，即X=Y=Z=21.371。這個數(shù)是個相對數(shù)，沒有絕對意義，它僅僅表明：一個等能白光（E光源）是由相同數(shù)量的X、Y、Z組成的。但是，由于刺激值

，符合明視覺光譜效率函數(shù)，所以，用

曲線可以計算一個顏色的亮度特性。例：波長=500nm光譜色的色度坐標為x()=0.0082，y()=0.5384，明視覺光譜光視效率函數(shù)=0.323，則其光譜三刺激值為：物體色三刺激值匹配物體反射色光所需要紅、綠、藍三原色的數(shù)量為物體色三刺激值，即X、Y、Z，也是物體色的色度值。物體色彩感覺形成了四大要素是光源、顏色物體、眼睛和大腦，物體色三刺激值的計算涉及到光源能量分布

、物體表面反射性能

和人眼的顏色視覺

、

、

三方面的特征參數(shù)，即：式中K為調(diào)整因數(shù)，Y刺激值既表示綠原色的相對數(shù)量，又代表物體色的亮度因數(shù)。上式表明當光源

或者物體

發(fā)生變化時，物體的顏色X、Y、Z隨即也發(fā)生變化，因此上式是一種最基本、最精確的顏色測量及描述方法，是現(xiàn)代設(shè)計軟件進行色彩描述的基礎(chǔ)。對于照明光源而言，光源三刺激值（X0、Y0、Z0）的計算僅涉及到光源的相對光譜能量分布

和人眼的顏色視覺特征參數(shù)，因此光源的三刺激值可以表示為：式中Y0表示光源的綠原色對人眼的刺激值量，同時又表示光源的亮度。為了便于比較不同光源的色度，將Y0調(diào)整到100，即Y0=100。從而調(diào)整因數(shù)將上式代入即可得到物體色的色度值。所以知道了照射光源（通常使用標準光源）的相對光譜能量分布

及物體的光譜反射率

，物體的顏色就可以用色度值X、Y、Z來精確地定量描述了。CIE1931Yxy

表色方法光反射率:=物體表面的亮度/入射光源的亮度=Y/Y0所以亮度因數(shù):

Y=100這樣，既有了表示顏色特征的色度坐標x、y，又有了表示顏色亮度特征的亮度因數(shù)Y，則該顏色的外貌才能完全唯一地確定。由物體三刺激值計算Yxy的公式為:由Yxy計算物體三刺激值：（一）亮度因數(shù)Y與孟塞爾明度值V的關(guān)系《孟塞爾新標系統(tǒng)》系統(tǒng)中的色樣編排在視覺上更接近等距，而且對每一色樣都給出相應(yīng)的CIE1931色度學系統(tǒng)的色度坐標，即Y、x、y值，這個新標系統(tǒng)的顏色樣品代表在CIE標準光源C的照明下可制出的所有表面色（非熒光材料）。由此可知，孟塞爾系統(tǒng)本身的每一色樣都是用HVC和Yxy兩種方法標定的，所以根據(jù)“孟塞爾新標系統(tǒng)”，就可以完成Yxy和HVC兩種表色方法之間的轉(zhuǎn)換計算。HVC與Yxy兩種表色

方法的數(shù)值轉(zhuǎn)換孟塞爾明度值與亮度因數(shù)之間的關(guān)系如圖5-10所示，圖中的曲線表明，亮度因數(shù)Y與明度值V之間是非線性關(guān)系。它們之間的函數(shù)關(guān)系，可用五次多項式表示：Y=1.2219V-0.2311V2+0.23951V3-0.021009V4+0.000840V5上式的最佳觀察條件是以Y20%的中性灰色為背景。孟塞爾明度值V與亮度因數(shù)Y之間的數(shù)值關(guān)系如表5-4所示。V10.009.008.007.006.005.004.003.002.001.000.00Y102.5778.6659.1043.0630.0519.7712.006.5553.1261.2100.00（二）色度坐標x、y與色相H、彩度C的轉(zhuǎn)換在孟塞爾顏色系統(tǒng)中，對于明度值相同的顏色樣品只有色相和彩度兩維坐標的變化，這在CIE1931色度圖上，就意味著只有色度坐標x、y的不同，在孟塞爾新標系統(tǒng)中，按照1~9的9個明度等級，根據(jù)視覺實驗，分別在CIE色度圖上繪制出恒定色相軌跡和恒定彩度軌跡線。這9張恒定色相軌跡和恒定彩度軌跡圖（圖5-11~圖5-19）就是我們將CIE1931色度學系統(tǒng)(Yxy表色法)與孟塞爾系統(tǒng)（HVC表色法）相互轉(zhuǎn)換的依據(jù)。CIEYxy顏色空間的不均勻性我們把人眼感覺不出的色彩差別量（變化范圍）叫做顏色的寬容量。顏色的寬容量反映在CIExy色度圖上即為兩個色度點之間的距離。因為，每種顏色在色度圖上是一個點，但對人的視感覺來說，當這種顏色的色度坐標位置變化很小時，人眼仍認為它是原來的顏色，感覺不出它的變化。美國柯達研究所的研究人員麥克亞當(D.L.Macadam)通過反復(fù)做50次配色實驗，計算各次所得色度坐標的標準差，即：麥克亞當?shù)膶嶒灲Y(jié)果表明了在xy色度圖各種顏色區(qū)域的寬容量不一樣，藍色區(qū)最小，綠色區(qū)最大。CIE1976L*a*b*色度空間從CIE1931RGB系統(tǒng)到CIE1931XYZ系統(tǒng)，再到CIE1960UCS系統(tǒng)，再到CIE1976LAB系統(tǒng)，一直都在向“均勻化”方向發(fā)展。CIE1931XYZ顏色空間只是采用簡單的數(shù)學比例方法，描繪所要匹配顏色的三刺激值的比例關(guān)系；CIE1960UCS顏色空間將1931xy色度圖作了線形變換，從而使顏色空間的均勻性得到了改善，但亮度因數(shù)沒有均勻化。CIE1976L*a*b*色度空間及色差公式CIE1976L*a*b*空間由CIEXYZ系統(tǒng)通過數(shù)學方法轉(zhuǎn)換得到，轉(zhuǎn)換公式為：其中X、Y、Z是物體的三刺激值；X0、Y0、Z0為CIE標準照明體的三刺激值；L*表示心理明度；a*、b*為心理色度。在這一坐標系統(tǒng)中，+a*表示紅色，-a*表示綠色，+b*表示黃色，-b*表示藍色，顏色的明度由L*的百分數(shù)來表示。色差是指用數(shù)值的方法表示兩種顏色給人色彩感覺上的差別。若兩個色樣樣品都按L*、a*、b*標定顏色，則兩者之間的總色差△E*ab以及各項單項色差可用下列公式計算：明度差：△L*=L*1-L*2色度差：△a*=a*1-a*2 △b*=b*1-b*2總色差：計算舉例：在2°標準觀察者和C光源的照明條件下，測得用黃色油墨印制的三個樣品的色度坐標為：No1：Y=71.79，x=0.4210，y=0.4788No2：Y=70.67，x=0.4321，y=0.4889No3：Y=67.95，x=0.4441，y=0.4947C光源：Y0=100，x0=0.3101，y0=0.3162首先根據(jù)式（5-14）求各樣品色的三刺激值：由此得到：No1:Y1=71.79，X1=63.13，Z1=15.02No2:Y2=70.60，X2=62.46，Z2=11.43No3:Y3=67.95，X3=61.00，Z3=8.40C光源：Y0=100，X0=98.07，Z0=118.22把這些數(shù)值代入式（5-17）求得：No.1No.2No.3假定以樣品色No.1為標準，則可計算出它們的色差值為：△L*△a*△b*△E*abNo.2-No.1-0.66381.32877.60537.7490No.3-No.1-1.97273.592014.305514.8809色差單位的提出與意義1939年，美國國家標準局采納了賈德等的建議而推行Y1/2、、色差計算公式，并按此公式計算顏色差別的大小，以絕對值1作為一個單位，稱為“NBS色差單位”。一個NBS單位大約相當于視覺色差識別閾值的5倍。彩色包裝裝潢印刷復(fù)制技術(shù)是多工序的系統(tǒng)工程，裝潢印刷品最終質(zhì)量的色彩誤差，多按正態(tài)分布規(guī)律N（u，σ2），采用“三倍標準差法”，取±3σ作為上、下控制公差。根據(jù)國內(nèi)、外的經(jīng)驗表明：對無特殊要求的一般產(chǎn)品，取6ΔE*ab色差單位作為裝潢印刷品顏色公差的控制范圍是較為合理的。NBS單位色差值感覺色差程度0．0～0.55～1.55～33～66以上（微小色差）感覺極微（trave）（小色差）感覺輕微（slight）（較小色差）感覺明顯（noticeable）（較大色差）感覺很明顯（appreciable）（大色差）感覺強烈（much）NBS單位與顏色差別感覺程度同色異譜色按照代替定律：凡是在視覺效果上相同的顏色都是等效的，便可互相代替，可以完全不涉及它們的光譜組成。從色度計算來說，若兩個顏色樣品的光譜反射（或透射）率為ρ1（λ）、ρ2（λ），在相同的照明條件SD（λ）下，其三刺激值分別為：式中SD（λ）—光源相對能量分布，通常用CIE標準照明體D65；

—通常用CIE1931標準觀察者光譜三刺激值。如果這兩個顏色樣品具有相同的視覺效果，即它們是同色的，則它們應(yīng)有相同的三刺激值：X1=X2，Y1=Y2，Z1=Z2由于公式（5-19）與（5-20）相等，可寫成：從式（5-21）可以看到有兩種情況：（1）如果兩個色樣具有完全相同的光譜反射（透射）率曲線ρ1（λ）=ρ2（λ），稱這兩個色樣的顏色為同色同譜色。（2）如果兩個色樣具有不同的光譜反射率曲線ρ1（λ）≠ρ2（λ），而有相同的三刺激值，則稱這兩個顏色叫做同色異譜色。同色異譜色在彩色復(fù)制技術(shù)中，具有非常重要的理論和實際意義。因為在實際生產(chǎn)中，復(fù)制品所用的色料同標準樣品（原稿）顏色的色料不可能完全相同；即使是同一顏色的同一產(chǎn)品，若先后生產(chǎn)時間不同，則所用的顏色色料與配方，往往有很大的差別。用不同色料復(fù)制的同樣顏色，其光譜反射曲線（透射曲線），就有可能不同（ρ1（λ）≠ρ2（λ））。同色異譜色的特性只有在特定的照明條件下和特定的標準觀察者光譜三刺激值時，它們才具有相同的三刺激值。如在式（5-19）和（5-20）中，改換標準光源SD（λ）時（保持

不變），就不保持同色了。例如，照明條件由光源D65改為光源A時的兩個同色異譜色的新三刺激值為：（5-22）（5-23）計算得出的兩個顏色樣品的新三刺激值是不等的X1X2，Y1Y2，Z1Z2這表明式（5-21）不再成立。即具有光譜反射曲線ρ1（λ）和ρ2（λ）的兩個顏色樣品的同色異譜性質(zhì)，由于改換了照明光源而遭到破壞，不再保持同色了，所以，同色異譜是有條件的?！疤厥馔愖V指數(shù)（改變照明體）”的原理是：對于特定的參照光源（推薦用標準光源D65）和標準觀察者（CIE1931），具有相同三刺激（X1=X2，Y1=Y2，Z1=Z2）的兩個同色異譜樣品，用具有不同相對能量分布的另一測試照明光源（推薦選用標準光源A），所造成的兩個樣品間的色差（ΔE），作為特殊同色異譜指數(shù)Mt。CIE當時規(guī)定色差是用CIE1964色差公式計算，如果用其它色差公式計算應(yīng)作說明。同色異譜程度

的定量評價設(shè)有三種顏色樣品，其光譜反射曲線如圖5-22所示，分別為ρ1（λ）、ρ2（λ）、ρ3（λ），它們的數(shù)值列于表5-6中。這三個色樣對于參照光源D65和CIE1931標準觀察者，是同色異譜色，具有相同的三刺激值，即X1=X2=X3，Y1=Y2=Y3，Z1=Z2=Z3，它們相互間的色差值都是零（表5-7）。Ⅰ光源Ⅱ顏色樣品Ⅲ三刺激值Ⅳ色度坐標ⅤCIE1976均勻顏色空間及色差XYZxyL*a*b*△E*ab參照光源D65142.7333.1915.180.46910.364364.3136.8434.77標準242.7333.1915.180.46910.364364.3136.8434.770342.7333.1915.180.46910.364364.3136.8434.770測試光源A159.2340.254.950.56800.384769.6537.7944.04標準260.0140.235.350.56800.381069.6339.6341.293.31357.2740.364.780.55920.394169.7332.9145.375.06當參照光源D65改換為測試光源A時，通過計算表明（式（5-22）、（5-23））三種顏色樣品有不同的三刺激值。計算結(jié)果列于表5-7中，從表中可以看到，它們相互間的色差也不再等于零。表5-7中計算出了各顏色樣品的三刺激值，同時計算了它們的色差。根據(jù)CIE確定同色異譜指數(shù)Mt的方法，導(dǎo)出（1，2）和（1，3）兩對顏色樣品的同色異譜指數(shù)列于表5-8中。表中，同色異譜指數(shù)的計算，是以樣品1為標準樣品，樣品2和3為復(fù)制品；在光源D65下，每一個復(fù)制品與標準樣品有相同的顏色（三刺激值）。它們是同色異譜色。但是在測試光源A下，它們的顏色產(chǎn)生了差異，三刺激值不再相同，在復(fù)制品與標準樣品之間產(chǎn)生了同色異譜指數(shù)。顏色樣品同色異譜指數(shù)CIE1976ΔE*ab（1，2）MA3.31（1，3）MA5.06從上面的分析計算，可以得出兩點結(jié)論：（1）三刺激值相同、光譜分布不同的顏色樣品叫做同色異譜色。而且從光譜分布的差異，可以粗略地判斷同色樣品的異譜程度。如果復(fù)制品與標準樣品之間的光譜反射率曲線形狀大致相同、交叉點和重合段多，就表明同色異譜程度低、特殊同色異譜指數(shù)低（色差值小）。如圖5-22中的光譜反射率曲線（1，2）。相反，如果復(fù)制品與標準樣品之間的光譜反射曲線形狀很不同，交叉點少，那么同色異譜的程度就高。這種根據(jù)光譜分布差異來判斷同色異譜程度的方法，是一種很有用的定性判斷法。（2）史泰魯斯（stiles）和維澤斯基（wyszecki）發(fā)現(xiàn)：兩個異譜的顏色刺激如要同色，則其光譜反射曲線ρ1（λ）與ρ2（λ）在可見光譜波段（400～700nm）內(nèi)，至少在三個不同波長上必須具有相同的數(shù)值。也就是兩者的光譜反射率曲線至少要有三個交叉點。圖5-22中的三種顏色樣ρ1（λ）、ρ2（λ）、ρ3（λ）的情況，已充分說明了這一結(jié)論的正確性。最后，應(yīng)該注意：在大多數(shù)情況下，精確的同色異譜色匹配（X1=X2，Y1=Y2，Z1=Z2）是很難做到的，一般只能做到近似的同色異譜匹配。對于包裝裝潢印刷，這種色差一般應(yīng)為ΔΕ*ab≤6。

第六章彩色密度物體對光的透射、

吸收和反射從顏色角度來看，所有物體可以分成兩類：一類是能向周圍空間輻射光能量的自發(fā)光體，即光源。其顏色決定于它所發(fā)出光的光譜成份；另一類是不發(fā)光體，其本身不能輻射光能量，但能不同程度地吸收、反射或透射投射其上的光能量而呈現(xiàn)顏色。這里，我們主要討論不發(fā)光體顏色的形成問題。密度圖中i為入射光通量；τ為透射光通量；為反射光通量；a為物體吸收的光通量。透射是入射光經(jīng)過折射穿過物體后的出射現(xiàn)象。被透射的物體為透明體或半透明體，如玻璃、濾色片等。若透明體是無色的，除少數(shù)光被反射外，大多數(shù)光均透過物體。為了表示透明體透過光的程度，通常用入射光通量i（見圖6-1）與透過后的光通量τ之比τ來表征物體的透光性質(zhì)，τ稱為光透射率。從色彩的觀點來說，每一個透明體都能夠用光譜透射率分布曲線來描述，此光譜透射率分布曲線為一相對值分布。所謂光譜透射率定義為在波長為λ的光照射下，從物體透射出的光通量τ與入射于物體上的光通量?之比。表示為物體對光的吸收有兩種形式：如果物體對入射白光中所有波長的光都等量吸收，稱為非選擇性吸收。如果物體對入射光中某些色光比其它波長的色光吸收程度大，或者對某些色光根本不吸收，這種不等量地吸收入射光現(xiàn)象稱為選擇性吸收。不同物體由于其分子和原子結(jié)構(gòu)不同，就具有不同的本征頻率，因此，當入射光照射在物體上，某一光波的頻率與物體的本征頻率相匹配時，物體就吸收這一波長（頻率）光的輻射能，使電子的能級躍遷到高能級的軌道上，這就是光吸收。分子結(jié)構(gòu)的某些基團吸收某種波長的光，而不吸收另外波長的光，從而使人覺得好像這一物質(zhì)“發(fā)出顏色”似的，因此把這些基團稱為“發(fā)色基團”。光照射到非選擇性吸收的物體上，反射或透射出來的光與入射光的強度相比，有不同程度的減少。反射率不到10%的非選擇性吸收的物體的顏色稱為黑色。反射率在75%以上的非選擇性吸收的物體的顏色稱為白色。非選擇性吸收的物體對白光反射率的大小標志著物體的黑白的程度。這里所說的反射是指選擇反射，非透明體受到光照射后，由于其表面分子結(jié)構(gòu)差異而形成選擇性吸收，從而將可見光譜中某一部分波長的輻射能吸收了，而將剩余的色光反射出來，這種物體稱為非透過體或反射體。反射分光曲線光反射率可以定義為“被物體表面反射的光通量ρ與入射到物體表面的光通量i之比?！笨杀硎緸楣庾V反射率

定義為“在波長為λ的光照射下，樣品表面反射的光通量

與入射光通量

之比。表示為物體對光的反射有三種形式，理想鏡面的全反射，粗糙表面的漫反射，及半光澤表面的吸收反射。實際生活中絕大多數(shù)彩色物體表面，既不是理想鏡面，也不是完全漫反射體,而是居二者之中，稱為半光澤表面。對于印刷用紙，其表面應(yīng)屬于半光澤表面，圖6-5所示是兩種紙張，入射角為45°，觀察者在0o位置，圖6-5（a）是涂料紙，圖6-5（b）是非涂料紙。在彩色印品中，通常是將透明油墨印在紙張上，當入射光以45°照射在印刷墨層表面上時，大約有4%的入射光在墨層表面被反射，稱為首層表面反射光；若印刷墨層表面光澤較強，則這4%的首層表面反射光作定向反射，因此不易進入人的眼睛；其余入射光穿過油墨層，經(jīng)過油墨的選擇性吸收后，再透射出來，這就是我們觀察到的主色光。同一種油墨印刷在不同的紙上，如果提高印刷表面光澤度，就可以使觀察到的色光中，減少首層表面反射的白光，從而提高了色彩的飽和度，促使顏色鮮艷。光密度光密度有透射密度和反射密度之分，表達式如下：光透射密度光反射密度光譜反射密度光譜反射密度反映了物體對不同波長上的光的吸收程度，圖6-2（c）是紅色物體的光譜反射密度曲線。在包裝印刷和攝影等現(xiàn)場（如印刷車間、工廠）測試中，對產(chǎn)品質(zhì)量進行檢測和控制最迅速、簡便而又有效的儀器測量法，就是密度測量法。色料（油墨）密度與厚度的關(guān)系朗伯-比爾定律朗伯定律指出，在一定的波長下，光的吸收量與吸光材料的厚度成正比。比爾定律指出，在一定的波長下，光的吸收量與吸光材料的濃度成正比。朗伯-比爾定律可以寫成下面的數(shù)學形式：式中

為介質(zhì)（如透明膠片、印刷油墨膜層等）的厚度（見圖6-7）；C為介質(zhì)的濃度（單位體積內(nèi)含色料的數(shù)量）；aλ稱為吸收物體的分子消光指數(shù)或吸光指數(shù)，它與吸收物體的分子結(jié)構(gòu)有關(guān)，與照射光的波長有關(guān)。朗伯定律只限于吸收物質(zhì)是均勻的，比爾定律也只限于吸收物質(zhì)在一定的濃度范圍內(nèi)，當濃度發(fā)生變化，產(chǎn)生離解、聚合等現(xiàn)象就不成立了。色料（油墨）密度與厚度的關(guān)系（一）影響油墨密度的因素根據(jù)朗伯—比爾定律，計算密度的一般表達式為：我們把只有吸收的情況稱為簡單減色法，實際情況要比這復(fù)雜得多，可暫稱為復(fù)雜的減色混合。下面分別來討論影響光密度的各種因素：1、油墨的首層表面反射

圖6-8及6-9所示為平滑有光澤的油墨表面和粗糙無光澤油墨表面。對光澤表面而言，當入射光的入射角為45°時，其反射角也為45°，首層表面反射率約為4%。對于粗糙墨層表面，首層表面反射無方向性，致使墨層密度值下降。2、油墨的多重內(nèi)反射

如圖6-10所示,由于油墨和紙的折射系數(shù)幾乎相同，光線由墨層至紙面或由紙面反射回墨層時所發(fā)生的表面反射可忽略不計。但當光線透出墨層時，一些光線被墨層的內(nèi)表面反射回紙面的現(xiàn)象，對于油墨的呈色則有較大影響。3、油墨的透明性不良

如圖6-11所示,油墨中顏料顆粒的表面反射和連接料與懸浮于其間顏料的折射系數(shù)差造成了油墨的透明性不良。當油墨疊印時，這是一種嚴重的缺陷。上層油墨的任何透明性不良，將影響光線透入下層油墨，因而不能被下層油墨充分地進行選擇性吸收。4、油墨的選擇性吸收不純

采用油墨作為減色法呈色的色料，正是基于油墨具有相對純凈的光譜選擇性吸收性能。四色膠印之所以要以黃、品紅和青墨作為三原色墨，也是基于它們的光譜選擇性吸收主要分別在藍色區(qū)、綠色區(qū)和紅色區(qū)。圖6-12是常用黃、品紅和青墨的光譜密度曲線。（二）油墨厚度的計算設(shè)飽和狀態(tài)時的密度值為D∞則可寫出下面的關(guān)系式：經(jīng)積分、整理后，有：式中m是與印刷用紙張平滑度有關(guān)的常數(shù)。例如用新聞紙在印刷適性儀（IGT）上，以

1=1.097μ、

2=2.194μ進行壓印，測知其相應(yīng)的密度為D1=0.69,D2=1.01,則按式（6-10）可寫出方程組：消去D∞則有解方程式可求得紙張平滑度常數(shù)m=0.571由式（6-11）可以求得飽和狀態(tài)時的密度值：將所求得的參數(shù)D∞和m代入式（6-10），就可以得到適合于新聞紙的油墨密度與厚度關(guān)系計算式：彩色密度彩色密度用紅、綠、藍三種濾色片測量的密度，稱為彩色密度或三濾色片密度，分別用DR、DG、DB表示。DR反映了色料對入射光光譜中紅光的吸收程度，同樣DG、DB分別表示色料對入射光光譜中綠光、藍光的吸收程度。因此可以用彩色密度這三個獨立的參數(shù)DR、DG、DB來準確地表示某一色樣的色彩屬性。（一）對油墨顏色質(zhì)量進行評價的必要性彩色圖象印刷品的最終色彩效果，在一定條件下與油墨的顏色質(zhì)量直接相關(guān)。因為油墨是彩色印刷品色彩的來源，其最后的視覺效果是依靠油墨印刷在紙張上的效果來決定的。所以彩色圖象印刷要求油墨的顏色能使印刷品色彩鮮艷、明亮。色料（油墨）顏色質(zhì)量的GATF密度評價方法（二）影響油墨顏色質(zhì)量的最主要因素前面已經(jīng)討論了影響油墨密度值的各種原因，其中對油墨顏色質(zhì)量最有影響的就是各原色油墨的光譜選擇性吸收不純。這涉及到油墨本身的色相和飽和度，是油墨顏色純潔性最根本的問題。1、不應(yīng)有吸收和不應(yīng)有密度色別紅濾色片（R）密度DR綠濾色片（G）密度DG藍濾色片（B）密度DB青

(C)1.230.500.14品紅(M)0.141.200.53黃

（Y）0.030.071.10表6-1一組青、品紅、黃三原色油墨用紅、綠