色彩的物理理論

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色彩的物理理論

第一節(jié)光源

-的炮嫁

我們生活在一個(gè)多彩的世界里.白天，在陽(yáng)光的照耀下，各種色彩爭(zhēng)奇斗艷，尹隨著照射光的改變而變化無(wú)窮.但是，

每當(dāng)黃昏，大地上的景物，無(wú)論多么鮮艷，部將被夜幕緩緩?fù)虥](méi).在漆黑的夜晚，我們不但看不見(jiàn)物體的顏色，甚至連物

體的外形也分辨不清。同樣，在暗室里，我們什么色彩也感覺(jué)不到.這些事實(shí)告訴我們：沒(méi)有光就沒(méi)有色，光是人們感知

色彩的必要條件，色來(lái)源于光.所以說(shuō)：光是色的源泉，色是光的表現(xiàn)。

為了了解色彩產(chǎn)生的原因，首先必須對(duì)光作迸一步的了解.

二、光的本質(zhì)

人們對(duì)光的本質(zhì)的認(rèn)識(shí)，最早可以追溯到十七世紀(jì).從牛頓的微粒說(shuō)到惠更斯的彈性波動(dòng)說(shuō),從麥克斯韋的電磁理論，

到愛(ài)因斯坦的光量子學(xué)說(shuō)，以至現(xiàn)代的波粒二象性理論.

光按其傳播方式和具有反射、干涉、衍射和偏振等性質(zhì)來(lái)看，有波的特征；但許多現(xiàn)象又表明它是有能量的光量子組

成的，如放射、吸收等.在這兩點(diǎn)的基礎(chǔ)上，發(fā)展了現(xiàn)代的波粒二象性理論.

光的物理性質(zhì)由它的波長(zhǎng)和能量來(lái)決定.波長(zhǎng)決定了光的顏色，能量決定了光為強(qiáng)度。光映射到我們的眼睛時(shí)，波長(zhǎng)

不同決定了光的色相不同.波長(zhǎng)相同能量不同，則決定了色彩明暗的不同。

在電磁波輻射范圍內(nèi)，只有波長(zhǎng)380nm到780nmQnm=10-6mm）的輻射能引起人們的視感覺(jué)，這段光波叫做可見(jiàn)光.

如圖2-1所示。

圖2-1電磁波及可見(jiàn)光波長(zhǎng)范圍圖2-2色散現(xiàn)象

在這段可見(jiàn)光譜內(nèi)，不同波長(zhǎng)的輻射引起人們的不同色彩感覺(jué)。英國(guó)科學(xué)家牛頓在1666年發(fā)現(xiàn)，把太陽(yáng)光經(jīng)過(guò)三棱鏡折射,

然后沿射到白色屏幕上，會(huì)顯出一條象彩虹一樣美麗的色光帶譜,從紅開(kāi)始,依次桂臨的星樣.苗.綠、吉.藍(lán).紫七色.

如圖2-2所示.這是因?yàn)槿展庵邪胁煌ㄩL(zhǎng)的幅射能，在它們分別刺激我們的眼睛時(shí)，會(huì)產(chǎn)生不同的色光，而它們混

合在一起并同時(shí)刺激我們的眼睛時(shí)，則是白光，我們感覺(jué)不出它們各自的顏色。但是，當(dāng)白光經(jīng)過(guò)三棱鏡時(shí)，由于不同波

長(zhǎng)的折射系數(shù)不同，折射后投影在屏上的位置也不同，所以一束白光通過(guò)三棱鏡便分解為上述七種不同的顏色，這種現(xiàn)象

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稱(chēng)為色散.從圖2-2中可以看到紅色的折射率最小，紫色最大。這條依次排列的彩色光帶稱(chēng)為光譜。這種被分解過(guò)的色光,

即使再一次通過(guò)三棱鏡也不會(huì)再分解為其它的色光。我們把光譜中不能再分解的色光叫做單色光。由單色光混合而成的光

叫做復(fù)色光，自然界的太陽(yáng)光，白熾燈和日光燈發(fā)出的光都是基色光。色散所產(chǎn)生的各種色光的波長(zhǎng)如表2-1所示.

光色波長(zhǎng)入(nm)代表波長(zhǎng)

紅(Red)780-630700

橙(Orange)630~600620

黃(Yellow)600-570

580

1

綠(Green)

570~500

550

ra(Cyan)500?470

cnn

三、相對(duì)光譜能量分布

一般的光源是不同波長(zhǎng)的色光混合而成的復(fù)色光，如果將它的光譜中每種色光的強(qiáng)度用傳感器測(cè)量出來(lái)，就可以獲得

不同波長(zhǎng)色光的輻射能的數(shù)值.圖2-3就是一種用來(lái)測(cè)量各波長(zhǎng)色光的輻射能儀器的簡(jiǎn)要原理圖，這種儀器稱(chēng)為分光輻射

度計(jì)。

圖2-3分光輻射度計(jì)原理圖

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意一種譜色挑選出來(lái)，所以，在光電接收器二記錄的是光譜中各種不同波長(zhǎng)色光的輻射能。若以qe表示光的輻射能，入

表示光譜色的波長(zhǎng)，則定義：在以波長(zhǎng)X為中心的微小波長(zhǎng)范圍內(nèi)的輻射能與該波長(zhǎng)的寬度之比稱(chēng)為光譜密度.寫(xiě)成數(shù)學(xué)

oe（A）=d（pe/d入（W/nm）

光譜密度表示了單位波長(zhǎng)區(qū)間內(nèi)輻射能的大小.通常光源中不同波長(zhǎng)色光的輻射能是隨波長(zhǎng)的變化而變化的，因此，

光譜密度是波長(zhǎng)的函數(shù).光譜密度與波長(zhǎng)之間的函數(shù)關(guān)系稱(chēng)為光譜分布.

在實(shí)用上更多的是以光譜密度的相對(duì)值與波長(zhǎng)之間的函數(shù)關(guān)系來(lái)描述光譜分布，稱(chēng)為相對(duì)光譜能量（功率）分布，記

為S（入）.相對(duì)光譜能量分布可用任意值來(lái)表示，但通常是取波長(zhǎng)A=555nm處的輻射能量為100,作為參考點(diǎn)，與之進(jìn)

行比較而得出的.若以光譜波長(zhǎng)X為橫坐標(biāo)，相對(duì)光譜能量分布S（入）為縱坐標(biāo)，就可以繪制出光源相對(duì)光譜能量分布

曲線(xiàn)。

知道了光源的相對(duì)光譜能量分布，就知道了光源的顏色特性.反過(guò)來(lái)說(shuō)，光源的顏色特性，取決于在發(fā)出的光線(xiàn)中，

不同波長(zhǎng)上的相對(duì)能量比例，而與光譜密度的絕對(duì)值無(wú)關(guān).絕對(duì)值的大小只反映光的演弱，不會(huì)引起光源顏色的變化.從

圖2-4中可以看到：正午的日光有較高的輻射能，它除在藍(lán)紫色波段能量較低外，在其余波段能量分布均較均勻，基本上

是無(wú)色或白色的。熒光燈光源在405nm、430nm、540nm和580nm出現(xiàn)四個(gè)線(xiàn)狀帶譜，峰值在615nm,而后在長(zhǎng)波段（深紅）

處能量下降，這表明熒光光源在綠色波段（550nm~560nm）有較高的輻射能，而在紅色波段（650nm~700nm）輻射能減弱.

對(duì)比之下，白熾燈光源，它在短波藍(lán)色波段，輻射能比熒光光源低，而在長(zhǎng)波紅色區(qū)間，有相對(duì)高的能量。因此，白熾燈

光源，總帶有黃紅色.紅寶石激光器發(fā)出的光,其能量完全集中在一個(gè)很窄的波段內(nèi)，大約為694nm,看起來(lái)是典型的深

紅色。在顏色測(cè)量計(jì)算中，為了使其測(cè)量結(jié)果標(biāo)準(zhǔn)化，就要采用CIE標(biāo)準(zhǔn)光源（如A、B、C、D65等）。CIE標(biāo)準(zhǔn)光源將在

以后介紹。

圖2-4

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根據(jù)對(duì)圖2-4各曲線(xiàn)的分析表明，沒(méi)有一種實(shí)際光源的能量分布是完全均勻一致的，也沒(méi)有一種完全的白光；然而，盡管

［文曲光源（自然光或人造光）在光譜分布上有很大的不同，在視覺(jué)上也有差別，但白干人眼有很大的話(huà)應(yīng)件，因此，習(xí)假

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上這些光都稱(chēng)為"白光但是在色彩的定量研究中，1931年國(guó)際照明委員會(huì)（縮寫(xiě)QE）建議，以等能量光譜作為白光的

定義，等能白光的意義是：以輻射能作縱坐標(biāo)，光譜波長(zhǎng)為橫坐標(biāo)，則它的光譜能量分布曲線(xiàn)是一條平行橫軸的直線(xiàn)。即：

S（A）=C（常數(shù)）.等能白光分解后得到的光譜稱(chēng)為等能光譜，每一波長(zhǎng)為人的等能光譜色色光的能量均相等.

四、光源色溫

能自行發(fā)光的物體叫做光源.光源的種類(lèi)繁多，形狀千差萬(wàn)別，但大體上可分為自然光源和人造光源.自然光源受自

然氣候條件的限制，光色瞬息萬(wàn)變，不易穩(wěn)定，如最大的自然光源太陽(yáng)。人造光源有各種電光源和熱輻射光源，如電燈光

源等。

不同的光源，由于發(fā)光物質(zhì)不同，其光譜能量分布也不相同,一定的光譜能量分布表現(xiàn)為一定的光色，對(duì)光源的光色

變化，我們用色溫來(lái)描述。

根據(jù)能量守恒定律：物體吸收的能量越多，加熱時(shí)它輻射的本領(lǐng)愈大.黑色物體對(duì)光能具有較大的吸收能力。如果一

個(gè)物體能夠在任何溫度下全部吸收任何波長(zhǎng)的輻射，那么這個(gè)物體稱(chēng)為絕對(duì)黑體.絕對(duì)黑體的吸收本領(lǐng)是一切物體中最大

的，加熱時(shí)匕輻射本領(lǐng)也最大.天然的、埋想的絕對(duì)黑體是不存化的.人造黑體是用耐火金屬制成的具自小孔的空心容器.

如圖2-5所示，進(jìn)入小孔的光，將在空腔內(nèi)發(fā)生多次反射，每次反射都被容器的內(nèi)表面吸收一部分能量，直到全部能量被

吸收為止，這種容器的小孔就是絕對(duì)患體.

圖2-5絕對(duì)黑體示意圖

黑體輻射的發(fā)射本領(lǐng)只與溫度有關(guān)。嚴(yán)珞地說(shuō)，一個(gè)黑體若被加熱，其表面按單位面積輻射光譜能量的大小及其分布

完全決定于它的溫度.因此我們把任一光源發(fā)出的光的嵌色與黑體加熱到一定溫度下發(fā)出的光的嵌色相比較，來(lái)描述光源

的光色。所以色溫可以定義為："當(dāng)某一種光源的色度與某一溫度下的絕對(duì)黑體的色度相同時(shí)絕對(duì)黑體的溫度。.因此，色

溫是以溫度的數(shù)值來(lái)表示光源顏色的特征.在人工光源中，只有白熾燈燈絲通電加熱與黑體加熱的情況相似,對(duì)白熾燈以

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外的其它人工光源的光色，其色度不一定準(zhǔn)確地與黑體加熱時(shí)的色度相同.所以只能用光源的色度與最相接近的黑體的色

度的色溫來(lái)確定光源的色溫，這樣確定的色溫叫相對(duì)色溫.

色溫用絕對(duì)溫度"K"表示，絕對(duì)溫度等于碾氏溫度加273。如正午的日光具有色溫為6500K,就是說(shuō)濯體加熱到6500K

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時(shí)發(fā)出的光的顏色與正午的顏色相同。其它如白熾燈色溫約為2600K。表2-2列出了一些常見(jiàn)的光源色溫.

色溫是光源的重要指標(biāo)，一定的色光具有一定的相對(duì)能量分布：當(dāng)黑體連續(xù)加熱,溫度不斷升高時(shí)，其相對(duì)光譜能量

分布的峰值部位將向短波方向變化，所發(fā)的光帶有一定的顏色，其變化順序是紅?黃?白-藍(lán).

表2-2常見(jiàn)光源色溫

光源色溫（K）

晴天室外光13000

全陽(yáng)天室外光6500

白天直射日光5550

45。斜射日光4800

晝光色、熒光燈6500

放燈5600

炭精燈5500-6500

五、光源顯色性

人類(lèi)在長(zhǎng)期的生產(chǎn)生活實(shí)踐中，習(xí)慣于在日光下辨認(rèn)顏色.盡管日光的色溫和光譜能量分布隨著自然條件的變化有很

大的差異，但人眼的辨認(rèn)能力依然是準(zhǔn)確的，這是人們?cè)谧匀还庀麻L(zhǎng)期實(shí)踐對(duì)顏色形成了記憶的結(jié)果。

隨著照明技術(shù)的發(fā)展，許多新光源的開(kāi)發(fā)利用，人們經(jīng)常在不同的環(huán)境下辨認(rèn)顏色。有些燈光的顏色與日光很相似如

熒光燈、汞燈等，但其光譜能用分布與日光卻有很大的差別.這些光港中缺少某些波長(zhǎng)的單色光成份.人們?cè)谶@些光源下

觀(guān)察到的顏色與日光下看到的顏色是不同的，這就涉及到光源的顯色性問(wèn)題.

什么是光源的顯色性？由于同一個(gè)顏色洋品在不同的光源下可能使人眼產(chǎn)生不司的色彩感覺(jué)，而在日光下物體顯現(xiàn)的

顏色是最準(zhǔn)確的.因此，可以用日光標(biāo)準(zhǔn)（參照光源），將白熾燈、熒光燈、鈉燈等人工光源（待測(cè)光源）與其比較，顯

示同色能力的強(qiáng)弱叫做該人工光源的顯色性,我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn).光源顯色性評(píng)價(jià)方法GB5702-85.中規(guī)定用普朗克輻射體（色

溫低于5000K）和組合日光（色溫高于5000K）做參照光源.為了檢驗(yàn)物體在待測(cè)光源下所顯現(xiàn)的顏色與在參照光源下所顯

現(xiàn)的顏色相符的程度,采用.一股顯色性指數(shù).作為定量評(píng)價(jià)指標(biāo).顯色性指數(shù)最高為100.顯色性指數(shù)的高低，就表示物

體在待測(cè)光源下'變色‘和"失亙”的程度。例如，在日光下觀(guān)察一副畫(huà)，然后拿到高壓汞燈下觀(guān)察，就會(huì)發(fā)現(xiàn)，某些顏色已

變了色。如粉色變成了紫色，藍(lán)色變成了藍(lán)紫色。因此，在高壓汞燈下，物體失去了?真實(shí)”顏色，如果在黃色光的低壓鈉

燈底下來(lái)觀(guān)察，則藍(lán)色會(huì)變成黑色，顏色失真更厲害，顯色指數(shù)更低.光源的顯色性是由光源的光譜能量分布決定的.日

光、白熾燈具有連續(xù)光譜，連續(xù)光譜的光源均有較好的顯色性.

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通過(guò)對(duì)新光源的研究發(fā)現(xiàn)，除連續(xù)光譜的光源具有較好的顯色性外，由幾個(gè)特定波長(zhǎng)色光組成的混合光源也有很好的

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顯色效果。如450nm的藍(lán)光，540nm的綠光，610nm的桔紅光以適當(dāng)比例混合所產(chǎn)生的白光，雖然為高度不連續(xù)光譜，但卻

具有良好的顯色性.用這樣的白光去照明各色物體，都能得到很好的顯色效果.

光源的顯色性以一股顯色性指數(shù)Ra值區(qū)分：

Ra值為100-75顯色優(yōu)良

75-50顯色一般

50以下顯色性差

光源顯色性和色溫是光源的兩個(gè)重要的顏色指標(biāo)。色溫是衡量光源色的指標(biāo)，而顯色性是衡量光源視覺(jué)質(zhì)量的指標(biāo)。

假若光源色處于人們所習(xí)慣的色溫范圍內(nèi)，則顯色性應(yīng)是光源質(zhì)任的更為重要的指標(biāo).這是因?yàn)轱@色性直接影響著人們所

觀(guān)察到的物體的顏色.

六、光源三刺激值

在定量研究中我們發(fā)現(xiàn)，某種光源所發(fā)出的光，可以通過(guò)紅、綠、藍(lán)三種單色光按不同比例混合匹配產(chǎn)生.這種用來(lái)匹配

某光源所需要的紅、綠、藍(lán)三原色的R叫做該光源三刺激值.光源的紅、綠、藍(lán)三刺激值分別用xo、Y0.ZO來(lái)表示

關(guān)于三刺激值的相關(guān)內(nèi)容，可參看第五章.

七、標(biāo)準(zhǔn)光源

我們知道，照明光源對(duì)物體的顏色影響很大。不同的光源，有著各自的光譜能量分布及顏色，在它們的照射下物體表

面呈現(xiàn)的顏色也隨之變化.為了統(tǒng)一對(duì)顏色的認(rèn)識(shí)，首先必須要規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)的照明光源0因?yàn)楣庠吹念伾c光源的色溫密切

相關(guān)，所以C1E規(guī)定了四種標(biāo)準(zhǔn)照明體的色溫標(biāo)準(zhǔn)：

前隹照明體A:彳睡完全翩體在2856K發(fā)出的光(X0=109.87,Y0=100.00,Z0=35.59);

恭隹照明體B:代表相關(guān)色壁為4874K的直射陽(yáng)光(X0=99.09,Y0=100.00,Z0=85.32);

標(biāo)準(zhǔn)照明體C:代表相關(guān)色溫大約為6774K的平均日光，光色近似限天天空的日光(X0=98.07,Y0=100.00,Z0=118.18);

布隹照明體D65:代表相關(guān)色;聯(lián)約為6504K的日光(X0=95.05,Y0=100.00,Z0=108.91);

標(biāo)準(zhǔn)照明體D:代表標(biāo)準(zhǔn)照明體D65以外的其它日光.

CIE規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)照明體是指特定的光譜能量分布，是規(guī)定的光源做色標(biāo)準(zhǔn).它并不是必須由一個(gè)光源直接提供，也并

不一定用某一光源來(lái)實(shí)現(xiàn)。為了實(shí)現(xiàn)CIE規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)照明體的要求，還必須規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)光源，以具體實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)照明體所要求

的光譜能啟分布.QE推薦下列人造光源來(lái)實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)照明體的規(guī)定：

標(biāo)準(zhǔn)光源A:色溫為2856K的充氣螺旋君絲燈，其光色偏黃.

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標(biāo)準(zhǔn)光源B:色溫為4874K,由A光源加罩B型D-G液體謔光器組成.光色相當(dāng)于中午日光.

標(biāo)準(zhǔn)光源C:色溫為6774K,由A光源加等C型D-G液體濾光器組成，光色相當(dāng)于有云的天空光.

QE標(biāo)準(zhǔn)光源A、B、（:的相對(duì)光譜能量分布曲線(xiàn)如圖2-6所示.

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圖2-6標(biāo)準(zhǔn)光源相對(duì)光譜能量分布

CIE標(biāo)準(zhǔn)照明體A、B、C由標(biāo)準(zhǔn)光源A、B、（：實(shí)現(xiàn)，但對(duì)于模擬典型日光的標(biāo)準(zhǔn)照羽體D65,目前CIE還沒(méi)有推薦相應(yīng)的標(biāo)

準(zhǔn)光源。因?yàn)樗墓庾V能量分布在目前還不能由真實(shí)的光源準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)。當(dāng)前國(guó)際上正在進(jìn)行著與標(biāo)準(zhǔn)照明體D65相對(duì)應(yīng)

的標(biāo)準(zhǔn)光源的研制工作。

現(xiàn)在研制的三種模擬D65人造光源分別為：帶濾光器的高壓鼠弧燈、帶濾光器的白熾燈和熒光燈.它們的相對(duì)光譜能

量分布與D65有所符合,帶濾光器的高壓密，弧燈提供了最好的模擬，帶謔光器的白熾燈在紫外區(qū)的模擬尚不太理想，熒光

燈的模擬較差.為了滿(mǎn)足精細(xì)辨色生產(chǎn)活動(dòng)的需要，還有采用熒光燈和帶濾器的白熾燈組成的混光光源，稱(chēng)為D75光源。

其色溫可達(dá)7500K.主要運(yùn)用在原棉評(píng)級(jí)等精細(xì)辨色工作中.

第二節(jié)：色彩的混合

一色光加色法

（一）、色光三原色的確定

三原色的本質(zhì)是三原色具有獨(dú)立性，三原色中任何一色都不能用其余兩種色彩合成.另外，三原色具有最大的混合色

域，其它色彩可由三原色按一定的比例混合出來(lái)，并且混合后得到的顏色數(shù)目最多.

在色彩感覺(jué)形成的過(guò)程中，光源色與光源、眼睛和大腦三個(gè)要素有關(guān)，因此對(duì)于色光三原色的選擇，涉及到光源的波

長(zhǎng)及能量.人眼的光諳響應(yīng)區(qū)間等因素.

從能量的觀(guān)點(diǎn)來(lái)看，色光混合是亮度的疊加，混合后的色光必然要亮于混合前的各個(gè)色光，只有明亮度低的色光作為原色

才能混合出數(shù)目比較多的色彩，否則，用明亮度高的色光作為原色，其相加則更亮，這樣就永遠(yuǎn)不能混合出那些明亮度低

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的色光.同時(shí)，三原色應(yīng)具有獨(dú)立性，三原色不能集中在可見(jiàn)光光譜的某一段區(qū)域?yàn)?，否則，不僅不能混合出其它區(qū)域的

色光，而且所選的原色也可能由其它兩色混合得到，失去其獨(dú)立性，而不是真正的原色.

在白光的色散試驗(yàn)中，我們可以觀(guān)察到紅、綠、藍(lán)三色比較均勻地分布在整個(gè)可見(jiàn)光譜上，而且占據(jù)較寬的區(qū)域.如

果適當(dāng)?shù)剞D(zhuǎn)動(dòng)三棱鏡,使光譜有寬變窄，就會(huì)發(fā)現(xiàn)：其中色光所占據(jù)的區(qū)域有所改變.在變窄的光譜上，紅(R)、綠(G)、

藍(lán)(B)三色

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光的顏色最顯著，其余色光顏色逐漸減退，有的差不多已消失。得到的這三種色光的波長(zhǎng)范圍分別為：R(600~700nm),G

(500~570nm),B(400-470nm),在色彩學(xué)中，一般將整個(gè)可見(jiàn)光譜分成藍(lán)光區(qū)，綠光區(qū)和紅光區(qū)進(jìn)行研究。

當(dāng)用紅光、綠光、藍(lán)光三色光進(jìn)行混合時(shí)，可分別得到黃光、青光和品紅光。品紅光是光譜上沒(méi)有的，我們稱(chēng)之為譜

外色，如果我們將此三色光等比例混合，可得到白光；而將此三色光以不同比例混合，就可得到多種不同色光.

從人的視覺(jué)生理特性來(lái)看，人眼的視網(wǎng)膜上有三種感色視推細(xì)胞一感紅細(xì)胞、感綠細(xì)胞、感藍(lán)細(xì)胞，這三種細(xì)胞分別

對(duì)紅光、綠光、藍(lán)光敏感。當(dāng)其中一種感色知胞受到較強(qiáng)的刺激，就會(huì)引起該感色細(xì)胞的興奮，則產(chǎn)生該色彩的感覺(jué).人

眼的三種感色細(xì)胞，具有合色的能力.當(dāng)一復(fù)色光刺激人眼時(shí)，人眼感色細(xì)胞可將其分解為紅、綠、藍(lán)三種單色光，然后

混合成一種顏色.正是由于這種合色能力，我們才能識(shí)別除紅、綠、藍(lán)三色之外的更大范圍的顏色.

綜上所述，我們可以確定：色光中存在三種最基本的色光，它們的顏色分別為紅色、綠色和藍(lán)色.這三種色光既是白

光分解后得到的主要色光，又是混合色光的主要成分，并且能與人眼視網(wǎng)膜細(xì)胞的光譜響應(yīng)區(qū)間相匹配，符合人眼的視覺(jué)

生理效應(yīng).這三種色光以不同比例混合，幾乎可以得到自然界中的一切色光，混合色域最大；而且這三種色光具有獨(dú)立性，

其中一種原色不能由另外的原色光混合而成，由此，我們稱(chēng)紅、綠、藍(lán)為色光三原色，為了統(tǒng)一認(rèn)識(shí)，1931年國(guó)際照明委

員會(huì)(QE)規(guī)定了三原色的波長(zhǎng)AR=700.0nrr,AG=546.lnm,AB=435.8nme在色彩學(xué)研究中，為了便于定性分析，常將白

光看成是由紅、綠、藍(lán)三原色等量相加而合成的.

(二)色光加色法

由兩種或兩種以上的色光相混合時(shí)，會(huì)同時(shí)或者在極短的時(shí)間內(nèi)連續(xù)刺激人的視覺(jué)器官，使人產(chǎn)生一種新的色彩感覺(jué).

我們稱(chēng)這種色光混合為加色混合。這種由兩種以上色光相混合，呈現(xiàn)另一種色光的方法，稱(chēng)為色光加色法.

國(guó)際照明委員會(huì)(CIE)進(jìn)行顏色匹配試驗(yàn)表明：當(dāng)紅、綠、藍(lán)三原色的亮度比例為1.0000:4.5907:0.0601時(shí)，就

能匹配出中性色的等能白光，盡管這時(shí)三原電的亮度值并不相等，但CIE卻把每一原色的亮度值作為一個(gè)單位看待，所以

色光加色法中紅、綠、藍(lán)三原色光等比例混合得到白光.其表達(dá)式為(R)+(G)+(B)=(W).紅光和綠光等比例混合得

到黃光，即(R)+(G)=(Y);紅光和藍(lán)光等比例混合得到品紅光，即(R)+(B)=(M);綠光和藍(lán)光等比例混合得到

青光，即(B)+(G)=(C),如圖2-7所示.如果不等比例混合，則會(huì)得到更加豐富的混合效果，如：黃綠、藍(lán)紫、青藍(lán)

等.

圖2-7加色混色圖

從色光混合的能量角度分析，色光加色法的混色方程為：

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式中：C為混合色光總量；（R）、（G）、（B）為三原色的單位罡;a、b、g為三原色分量系數(shù)。此混色方程十分明確地

表送了每色光中的三原色成分.

從人眼對(duì)色光物理刺激的生理反應(yīng)角度分析，色光加色混合的數(shù)學(xué)形式為：

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式中：c為混合色覺(jué)；為光譜三刺激值.

芻然界和現(xiàn)實(shí)生活中，存在很多色光混合加色現(xiàn)象。例如太陽(yáng)初升或?qū)⒙鋾r(shí)，一部分色光被較厚的大氣層反射到太空

中，一部分色光穿透大氣層到地面，由于云層厚度及位置不同，人們有時(shí)可以看到透射的色光，有時(shí)可以看到部分透射和

反射的混合色光，使天空出現(xiàn)了豐富的色彩變化.

（三）加色法實(shí)質(zhì)

加色法是色光與色光混合生成新色光的呈色方法.參加混合的每一種色光都具有一定的能量，這些具有不同能量的色

光混合時(shí)，可以導(dǎo)致混合色光能量的變化。

色光直接混合時(shí)產(chǎn)生新色光的能量是參加混合的各色光的能量之和.如圖2-8所示，照射面積相同的兩種色光--紅光

與綠光混合，混合后的面積依然與混合前單色光的面積相同，但光的能量卻增大了，所以導(dǎo)致了混合后色光亮度的增加.

（四）加色混合種類(lèi)

色光混合的實(shí)現(xiàn)方法主要分為兩類(lèi)：一類(lèi)是視覺(jué)器官外的混合，另一類(lèi)是視覺(jué)器官內(nèi)的混合.

1、視覺(jué)器官外的加色混合

視覺(jué)器官外的加色混合是指色光在進(jìn)入人眼之前就已經(jīng)混合成新的色光。色光的直接匹配就是視覺(jué)器官外的加色混合.

光譜上各種單色光形成白光，是最典型的視覺(jué)器官外的加色混合這種加色混合的特點(diǎn)是：在進(jìn)入人眼之前各色光的能量就

已經(jīng)強(qiáng)加在一起，混合色光中的各原色光對(duì)人眼的刺激是同時(shí)開(kāi)始的，是色光的同時(shí)混合。

2、視覺(jué)器官內(nèi)的加色混合

視覺(jué)器官內(nèi)的加色混合是指參加混合的各單色光，分別刺激人眼的三種感色細(xì)抱，使人產(chǎn)生新的綜合色彩感覺(jué)，它包

括靜態(tài)混合與動(dòng)態(tài)混合。

（1）靜態(tài)混合

睜?wèi)B(tài)混合是指各種顏色處于睜?wèi)B(tài)時(shí)，反射的色光同時(shí)刺激人眼而產(chǎn)生的混合，如細(xì)小色點(diǎn)的并列與各單色細(xì)線(xiàn)的縱橫

交錯(cuò)，所形成的顏色混合，均屬靜態(tài)混合，各色反射光是同時(shí)刺激人眼的，也是色光的同時(shí)混合.細(xì)小色點(diǎn)并列的加色混

合如圖2-9a及彩圖2-9b所示.

由于視銳度所限，人們不能將相隔太近，且面積又很小的色點(diǎn)或色線(xiàn)分辨開(kāi)來(lái)，而將它們視為一種混合色.圖2-9a

是黃色點(diǎn)與青色點(diǎn)并列時(shí)的放大圖，黃色與青色的反射光同時(shí)刺激人眼的感色細(xì)胞，使人產(chǎn)生的色彩感覺(jué)既不是單純的黃

色，也不是單純的青色，而是吉色與黃色的混合色一綠色，這是由于色點(diǎn)相距太近，人眼的感色細(xì)胞無(wú)法區(qū)分開(kāi)，從而產(chǎn)

生了綜合色覺(jué).

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圖2-9a色光的靜態(tài)混合

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彩圖2-9b空混構(gòu)成

（2）動(dòng)態(tài)混合

動(dòng)態(tài)混合是指各種顏色處于動(dòng)態(tài)時(shí)，反射的色光在人眼中的混合，如彩色轉(zhuǎn)盤(pán)的快速轉(zhuǎn)動(dòng),各種色塊的反射光不是同

時(shí)在人眼中出現(xiàn)，而是一種色光消失，另一神色光出現(xiàn)，先后交替刺激人眼的感色到胞，由于人眼的視覺(jué)暫留現(xiàn)象，使人

產(chǎn)生混合色覺(jué).

人眼之所以能夠看清一個(gè)物體，乃是由于該物體在光的照射下，物體所反射或透射的光進(jìn)入人眼，刺激了視神經(jīng)，引

起了視覺(jué)反應(yīng).當(dāng)這個(gè)物體從眼前移開(kāi)，對(duì)人眼的刺激作用消失時(shí)，該物體的形狀和顏色不會(huì)隨著物體移開(kāi)而立即消失，

它在人眼還可以作一個(gè)短暫停留，時(shí)間大約為1/10秒.物體形狀及顏色在人眼中這個(gè)短暫時(shí)間的停留，就稱(chēng)為視覺(jué)暫留現(xiàn)

象。正因?yàn)橛辛诉@種視覺(jué)哲留現(xiàn)象，人們才能欣賞到電影、電視的連續(xù)畫(huà)面。視覺(jué)暫留現(xiàn)象是視錯(cuò)覺(jué)的一種表現(xiàn)。

人眼的視覺(jué)暫留現(xiàn)象是色光動(dòng)態(tài)混合呈色的生理基礎(chǔ)，如圖2-10所示的彩色轉(zhuǎn)盤(pán).

在轉(zhuǎn)盤(pán)上以1:1的比例間隔均勻地涂上紅、綠兩種顏色,快速轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)盤(pán)，可以看到轉(zhuǎn)盤(pán)上已不再是紅、綠兩種麻色，

而是一個(gè)黃色。這是因?yàn)椋寒?dāng)轉(zhuǎn)盤(pán)快速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，如果紅色反射光進(jìn)入人眼，就會(huì)刺激感紅細(xì)胞。當(dāng)紅色轉(zhuǎn)過(guò)，綠色反射光

進(jìn)入人眼，就刺激了感綠細(xì)胞.此時(shí)，感紅細(xì)胞所受刺激并沒(méi)有消失，它繼續(xù)停留L/10秒地時(shí)間.在這個(gè)瞬間，感紅細(xì)胞

與感綠細(xì)胞同時(shí)興奮，就產(chǎn)生了綜合的黃色感覺(jué).彩色轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)地越快，這種混合就越徹底.

動(dòng)態(tài)混合是由參加混合的色光先后交替連續(xù)刺激人眼，因此又稱(chēng)為色光的先后混合.

圖270色光動(dòng)態(tài)混合

通常情況卜，人眼RJ以止偏地觀(guān)察及判斷外界事物的狀態(tài),如大小、形狀、顏色等,但如果商品包裝的顏色分布太雜，

顏色面積太小或多種顏色的交替速度過(guò)快，人眼的分辨能力則受到影響，就會(huì)使所觀(guān)察到的顏色與實(shí)際有所差別.

（五）色光混合規(guī)律

\色光連續(xù)變化規(guī)律

由兩種色光組成的混合色中，如果一種色光連續(xù)變化，混合色的外貌也連續(xù)變化。可以通過(guò)色光的不等量混合實(shí)驗(yàn)觀(guān)

察到這種混合色的連續(xù)變化.紅光與綠光混合形成黃光，若綠光不變，改變紅光的強(qiáng)度使其逐漸減弱，可以看到混合色由

黃變綠的各種過(guò)渡色彩，反之，若紅光不變，改變綠光的強(qiáng)度使其逐漸減弱，可以看到混合色由黃變紅的各種過(guò)渡色彩。

2、補(bǔ)色律

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在色光混合實(shí)蛉中可以看到：三原色光等量混合，可以得到白光。如果先將紅光與綠光混合得到黃光，黃光再與藍(lán)光

混合，也可以得到白光.白光還可以由另外一些色光混合得到.如果兩種色光混合后得到白光，這兩種色光稱(chēng)為互補(bǔ)色光.

這兩種顏色稱(chēng)為補(bǔ)色。

補(bǔ)色混合具有以下規(guī)律：每一個(gè)色光都有一個(gè)相應(yīng)的補(bǔ)色光，某一色光與其補(bǔ)色光以適當(dāng)比例混合，便產(chǎn)生白光，最

基本的互補(bǔ)色有三對(duì)：紅-青，綠-品紅，藍(lán)-黃.

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補(bǔ)色的一個(gè)重要性質(zhì)：一種色光照射到其補(bǔ)色的物體上，則被吸收。如用藍(lán)光照射黃色物體，則呈現(xiàn)黑色。如圖2-11所

示.

圖2-11物體對(duì)補(bǔ)色光的吸收

利用這個(gè)道理，我們可以用某一色光的補(bǔ)色控制這一色光.如果控制綠色，可以通過(guò)調(diào)節(jié)品紅顏料層的濃度來(lái)控制其反射

(透射)率，以達(dá)到合適的強(qiáng)度.

3、中間色律

中間色律的主要內(nèi)容是：任何兩種非補(bǔ)色光混合，便產(chǎn)生中間色。其顏色取決于兩種色光的相對(duì)能量，其鮮艷程度取

決于二者在色相順序上的遠(yuǎn)近.

任何兩種非補(bǔ)色光混合，便產(chǎn)生中間色是典型的實(shí)例是三原色光兩兩等比例混合，可以得到它們的中間色：(R)+(G)=

(；⑹+(B)=(；(R)+(B)=(.其它擱卜色混合，都可以產(chǎn)生中間包嵌色環(huán)上的橙紅光與青綠光混合，產(chǎn)生

Y)C)M)

的中間色的位置在橙紅光與青綠光的連線(xiàn)上，其顏色由橙紅光與青綠光的能量決定：若橙紅光的強(qiáng)度大，則中間色偏橙，

反之則偏青綠色。其鮮艷程度由相混合的兩色光在顏色環(huán)上的位置決定：此兩色光距離愈近,產(chǎn)生的中間色愈靠近顏色環(huán)

邊線(xiàn)，就愈接近光譜色，因此，就愈鮮艷；反之，產(chǎn)生的中間色靠近中心白光，其鮮艷程度下降.

4、代替律

顏色外貌相同的光，不管它們的光譜成分是否一樣在色光混合中都具有相同的效果.凡是在視覺(jué)上相同的顏色都是等

效的.即相似色混合后仍相似.

如果顏色光A=B、C=D,刃陷：A+C-B+D

色光混合的代替規(guī)律表明：只要在感覺(jué)上色是相似的便可以相互代替，所得的視覺(jué)效果是同樣的.設(shè)A+B=C,如果

沒(méi)有直接色光B,而X+Y=B,那么根據(jù)代替律，可以由A+X+Y=C來(lái)實(shí)現(xiàn)C.由代替津產(chǎn)生的混合色光與原來(lái)的混合色光在視

覺(jué)上具有相同的效果.

色光混合的代替律是非常重要的規(guī)律.限據(jù)代替律，可以利用色光相加的方法產(chǎn)生或代替各種所需要的色光.色光的

代替律,更加明確了同色.異譜色的應(yīng)用意W.

5、亮度相加律

由幾種色光混合組成的混合色的總亮度等于組成混合色的各種色光亮度的總和.這一定律叫作色光的亮度相加律.色

光的亮度相加規(guī)律，體現(xiàn)了色光混合時(shí)的能量強(qiáng)加關(guān)系，反映了色光加色法的實(shí)質(zhì).

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以上五個(gè)規(guī)御是色光混合的基本規(guī)律。從這些規(guī)律中可以看出：以各種比例的三原色光相混合，可以產(chǎn)生自然界中的

各種色彩.熟悉了色光混合的基本規(guī)律，就可以大體知道一個(gè)比較怠雜的色光，是蟲(chóng)那幾個(gè)原色光蛆成的.或者幾個(gè)比蛟

單純的色光混合起來(lái)，會(huì)形成什么樣的色光.這對(duì)于我們?cè)诎b色彩的設(shè)計(jì)和彩色原稿的分析中，都有著十分重要的意義.

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二色料減色法

<->色料E原色

在光的照耀下，各種物體都具有不同的顏色。其中很多物體的顏色是經(jīng)過(guò)色料的涂、染而具有的.凡是涂染后能夠使

無(wú)色的物體呈色、有色物體改變顏色的物質(zhì)，均稱(chēng)為色料.色料可以是有機(jī)物質(zhì)，也可以是無(wú)機(jī)物質(zhì)。色料有染料與顏料

之分.

色料和色光是截然不同的物質(zhì)，但是它們都具有眾多的顏色。在色光中，確定了紅、綠、藍(lán)三色光為最基本的原色光.

在眾多的色料中，是否也存在幾種最基本的原色料，它們不能由其它色料混合而成，卻能調(diào)制出其它各種色料？通過(guò)色料

混合實(shí)驗(yàn)，人們發(fā)現(xiàn)：采用與色光三原色相同的紅、綠、藍(lán)三種色料混合，其混色色域范圍不如色光混合那樣寬廣.紅、

綠、施任意兩種色料等量混合，均能吸收絕大部分的輻射光而呈現(xiàn)具有某種色彩傾向的深色或黑色。從能量觀(guān)點(diǎn)來(lái)看，色

料混合，光能量減少，混合后的顏色必然暗于混合前的顏色.因此，明度低的色料周配不出明亮的顏色，只有明度高的色

料作為原色才能混合出數(shù)目較多的顏色，得到較大的色域.

從色料混合實(shí)驗(yàn)中，人們發(fā)現(xiàn)，能透過(guò)（或反射）光譜較寬波長(zhǎng)范圍的色料青、品紅、黃三色，能匹配出更多的色彩.

在此實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，人們進(jìn)一步明確：由青、品紅、黃三色料以不同比例相混合，得到的色域最大，而這三色料本身，卻不

能用其余兩種原色料混合而成.因此，我們稱(chēng)青、品紅、黃三色為色料的三原色.

需要說(shuō)明的是，在包裝色彩設(shè)計(jì)和色彩更制中，有時(shí)會(huì)將色料三原色稱(chēng)為紅、黃、藍(lán)，而這里的紅是指品紅（洋紅），而

藍(lán)是指吉色（湖藍(lán)）。

（二〉色料減色法及其實(shí)質(zhì)

顏色是物體的化學(xué)結(jié)構(gòu)所固有的光學(xué)特性.一切物體呈色都是通過(guò)對(duì)光的客觀(guān)反映而實(shí)現(xiàn)的.所謂“減色”，是指加入

一種原色色料就會(huì)減去入射光中的一種原色色光（補(bǔ)色光）.因此，在色料混合時(shí)，從復(fù)色光中減去一種或幾種單色光，

呈現(xiàn)另一種顏色的方法稱(chēng)為減色法.

b

圖2-12

我們以色光照射理想沌色片為例來(lái)說(shuō)明。當(dāng)一束白光照射品紅湯色片的情況，如圖2-12a所示.根據(jù)補(bǔ)色的性質(zhì)，品

紅濾色片吸收了R、G、B三色中G,而將剩余R和B透射出來(lái),從而呈現(xiàn)了品紅色圖2-12b為青和品紅二原色色料等比

例疊加的情況，當(dāng)白光照射育、品紅漉色片時(shí)，青濾色片吸收了R,品紅濾色片吸收了G,最后只剩下了B,也就是說(shuō)，W

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色和品紅色色料等比例混合呈現(xiàn)出藍(lán)色，表達(dá)式為：(c)+(M)=(B).同樣，青、黃二原色色料等比例混合得到綠色.

即(C)+(Y)=(G)：品紅.黃二原色色料等用混合得到紅色，即(M)+(Y)=(R)；而吉.品紅、苗三種原色色料茅

比例混合就得到黑色，即(C)+(M)+(Y)=(Bk).三原色料等比例混合可由圖2-13表示.

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圖2-13減色混色圖

青、品紅、黃是色料中用來(lái)配制其它顏色的最基本的顏色，稱(chēng)之為原色或第一次色.間色是由兩種原色料混合而得到

的，冰為第二次色.對(duì)于紅色色料可以認(rèn)為是黃色色料和品紅色料的混合，即（R）=（M）+（Y）；同理,綠色色料有（G）

-（C：i+（Y）;藍(lán)色色料有（B）-（C）+（M）.這樣在對(duì)間色呈色原理進(jìn)行分析時(shí)，色料的間色就可以用原色來(lái)表示.復(fù)

色是由三種原色料混合而得到的顏色。

色料的呈色是由于色料選擇性地吸收了入射光中的補(bǔ)色成分，而將剌余的色光反射或透射到人眼中。減色法的實(shí)質(zhì)是

色料對(duì)復(fù)色光中的某一單色光的選擇性吸收，而使入射光的能量減弱。由于色光能量下降，使混合色的明度降低。

（三）色料混合變化規(guī)律

\三種原色的混合

三種原色料等比例混合，可以得到黑色即：

式中，表示色料混合后反射（透射）出的色光.

三種原色料不等量混合時(shí)，可以得到復(fù)色，其一股形式為：

式中：C減為混合色料；（Y）、（M）、（C）為色料三原色的單位量；a、b、g為三原色料份量系數(shù).

通過(guò)混色方程，可以了解各種混合色中三原色料的比例關(guān)系，為正確調(diào)制顏料提供依據(jù).

2、原色與間色混合

（1）互補(bǔ)色料

三原色料等比例混合可以得到黑色，即：（Y）+（M）+（C）=（Bk）.若先將黃色與品紅色混合得到其間色紅色,然

后再與青色混合，上式可以寫(xiě)成：（R）+（C）=（Bk）.

象這樣兩種色料相混合成為黑色，我們亦這兩種色料為互補(bǔ)色料，這兩種顏色稱(chēng)為互補(bǔ)色。其意義在于給青色補(bǔ)充一

個(gè)紅色可以得到黑色；反之，給紅色補(bǔ)充一個(gè)青色亦成為黑色.除了紅、青兩色是一對(duì)互補(bǔ)色外，在色料中，品紅與綠，

黃與藍(lán)也各是一對(duì)互補(bǔ)色。

由于三原色比例的多種變化，構(gòu)成補(bǔ)色關(guān)系的顏色有很多并不僅限于以上幾對(duì)，只要兩種色料混合后形成黑色，就是

一對(duì)互補(bǔ)色料.任何色料都有其對(duì)應(yīng)的補(bǔ)色料.

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色料混合中，補(bǔ)色的應(yīng)用是十分廣泛的.如在繪畫(huà)中，畫(huà)面上某處色彩需要加暗時(shí)，并不一定要使用黑色，只要在該處涂

以原色彩的補(bǔ)色即可.彩色印刷過(guò)程中，調(diào)用專(zhuān)用磨色時(shí)，應(yīng)特別注意補(bǔ)色的使用.當(dāng)調(diào)用較鮮艷的淺色時(shí)，如不恰當(dāng)?shù)?/p>

加入了補(bǔ)色，則會(huì)使墨色變得灰暗。

(2)間色與其非互補(bǔ)色的原色混合

間色與其互補(bǔ)色色料混合呈現(xiàn)黑色，而間色與非互補(bǔ)色的原色色料混合呈色瞰則較為更雜。為了更好地解釋這一現(xiàn)

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象，極設(shè)1個(gè)單位厚度的原色色料能將1個(gè)單位的補(bǔ)色光完全吸收.以理想的紅濃色片和黃濾色片售合為例，當(dāng)1個(gè)單位

的白光入射時(shí)，呈色過(guò)程如圖2-14所示，表達(dá)式如下：

①1個(gè)單位厚的紅濾色片和1個(gè)單位厚的黃滴色片疊合：

{(Y)+(M))+(Y)-2(Y)+(M)T(R)紅色

②1/2個(gè)單位厚的紅濾色片和1/2個(gè)單位厚的黃漉色片受合：

{1/2(Y)+1/2(M))+1/2(Y)=(Y)+1/2(M)Tl/2(R)+1/2(Y)紅黃

③1/4個(gè)單位厚的紅漉色片和1/4個(gè)單位厚的黃流色片疊合：

{1/4(Y)+1/4(M))+1/4(Y)=1/2(Y)+1/4(M)Tl/4(R)+1/4(Y)+1/2(W)淡紅黃

間色與非互補(bǔ)色的原色混合，隨著濃度的不同，不僅明度和飽和度發(fā)生變化，而且色相也產(chǎn)生了變化?；旌仙蠞舛?/p>

(厚度)大時(shí)，呈現(xiàn)出間色的色相；當(dāng)濃度減小時(shí)，變?yōu)殚g色和原色的混合色相.

(3)間色與間色混合

兩種間色色料混合，隨有色料的濃度的不同，呈現(xiàn)的色彩出現(xiàn)了很大的變化。將理想紅沌色片和綠濾色片疊合在一起，

當(dāng)1個(gè)單位的白光入射時(shí)，隨著濾色片厚度的變化，會(huì)呈現(xiàn)出不同的顏色.呈色過(guò)程如圖2-15所示，表達(dá)式如下：

①1個(gè)單位的紅混色片和1個(gè)單位的綠濾色片斡合：

{(Y)+(M)}+{(Y)+(C)}-2(Y)+(M)+(C)(BK)黑色

②1/2個(gè)單位厚的紅濾色片和1/2個(gè)單位厚的綠濾色片使合：

{1/2(Y)+1/2(M)}+(1/2(Y)+1/2(C))=iY)+1/2(M)+1/2(C)1/2(Y)雌

③1/4個(gè)單位厚的紅濾色片和1/4個(gè)單位厚的綠濾色片段合：

{1/4(Y)+1/4(M))+{1/4(Y)+1/4(C)}=1/2(Y)+1/4(M)+1/