第五章 數值概念的色彩體系 1
五 數值概念的色彩體系 一 牛頓的混光研究 牛頓 IsaacNewton 1642 1727 除了光譜的分光實 驗 牛頓還提出成為今日混色基礎的色盤結構與混色法則混 色的計算 預測 是由參與混色的各個色彩在色盤中的位 置 取其共同的平衡點 重心 這個平衡點的所在色彩就 是混色結果的色彩 為符合完整的牛頓重心 平衡 法則 國際照明委員會CIE 經由測色實驗的修正 於1931年完成色彩 定位與光度計測 將牛頓的色盤表示方式 調整為馬蹄鐵狀 色度圖 2
圖51 PCCS 體系之色調概念圖 3
二 葛萊斯曼的混光法則 關於混色的定律 數學家葛萊斯曼 H.G.G r as s ma n n 18 0 9 77 於1 8 5 3 年提出以下四個法則 1 所有色彩的印象 可以用三個數理性要素決定 也就是色彩本身的 色相 明亮度 以及參與混色的白色光亮度 2 二個參與混色的色光 一個色光保持原條件 另一個色光以連續性 變化調整 混合光則會呈現連續性的視覺印象 4
3 無論一次或二次混色 只要是視覺上相同的色彩 在本質上是不變 的 這些視覺相同的色彩若再一次與同質色混合 結果也是相同的 4 混合光的強度 等於參與混合的各個色光的強度總和 圖5-2 PCCS體系之色調概念圖 5
三 近代的混光實驗 三原色光的紅 綠 藍分別以R G B 表示 其混合量分別為R G B 由以上色光與個別混合量 得到C 色光 等色方程式為 1 R R GG BB C 2 x RR x G G xb B x C 3 R R' R GG B B C R 'R 除了上述代表混色記號的 與等色記號的 在實際的混 色實驗中還會出現 記號 代表的不是數理的減號 而是從混 色要素中 移除 的概念 6
四 C I E 的色彩體系 以數值算式表示的色彩不需要借助任何如色票 螢幕 列印等媒介的再 現 是一種非視覺化的表色方式 1 R GB 色彩體系 國際照明委員會於1 9 31 年選定混色基本刺激R G B 的標準波長各為 70 0 nm 5 4 6. 1 nm 4 3 5. 8 nm 非整數的理由 是因為其數值從水銀的光 譜波長換算而來 CI E將這類一方面投射特定光譜色光 目標色 另一方面混合基本刺 激R G B 的含量 模擬色 以達到視覺一致的實驗 加以標準化 IE的RGB色彩體系 系統化 成為C 7
圖53 瑞特的混光實驗數據 8
2 XYZ 色彩體系 C I E在發表RGB 色彩體系的同時 以算式變換的方式發表另一 個色彩體系 也就是目前世界上使用最為廣泛的XYZ 色彩體 系 以X Y Z 三度空間所傳達的色彩比較複雜且不易理解 若是投影 成為二度的平面空間 則會比較單純 馬蹄形曲線為光譜各色光在色度圖上的位置軌跡 數值表示 波長 所有的可視光都包含在馬蹄形範圍內 因為數值均為 正數 整個光譜跡都落在色度座標的第一象限之內 x y 33 0. 3座標位置的W 是所有可視光混合而成的白色光 9
圖5-4 CIE 制定的RGB 表色系統之等色係數 10
2 XYZ 色彩體系 C I E 在發表RGB 色彩體系的同時 以算式變換的方式發表另 一個色彩體系 也就是目前世界上使用最為廣泛的XYZ色彩 體系 以X Z 三度空間所傳達的色彩比較複雜且不易理解 若是投 Y 影成為二度的平面空間 則會比較單純 馬蹄形曲線為光譜各色光在色度圖上的位置軌跡 數值表 示波長 所有的可視光都包含在馬蹄形範圍內 因為數值 均為正數 整個光譜跡都落在色度座標的第一象限之內 x y 0.333座標位置的W 是所有可視光混合而成的白色 光 11
圖5-5 CIE 制定的XYZ 表色系統之等色係數 12
3 均等的色空間 色彩的形成與其強弱 決定於眼睛感知的心理量與光能源的 物理量之間的相互關係 42 1 9 年 麥可亞當 MacAdam 以xy色度圖進行25 組的色差 實驗 為了營造色度圖中的等色差關係 理想的色差圖為大 小均一的正圓 麥可亞當提出均等空間UCS 並據此發表 U V W 色彩體系 爾後為CIE 所推薦 13
圖5-6 CIE 色度圖與光譜軌跡 14
C I E 採用麥可亞當的均等空間學說與換算方程式 運用在色 相 明度 彩度等三屬性結構上 完成均等知覺色空間 U L C S 經過各界的使用與修訂 於1976年推薦了L*u*v* 與 L * a *b* 二個色彩體系 L * u *v* 色彩體系修訂於1964 年CIE 版本的UVW 體系 簡稱為 C I E LUV 其立論來自於麥可亞當的均等空間學說 偏差橢圓 的比例均一 色差控制極佳 但曼賽爾的等色相線與等彩度 線的分布不甚理想 15
圖5-7 xy色度圖表與麥可亞當的偏差橢圓 16
L* a *b * 色彩體系向來為纖維與染織業界所使用 經委託CI E 標準化之後完 成 簡稱為C I EL A B 其立論來自亞當斯均等知覺色空間學說 並採用曼賽 爾體系的明度指數 在偏差橢圓的表現上雖略遜 L * u* v * 但是色差控制 仍佳 而且曼賽爾的等色相線與等彩度線的分布平均 再加上換算方程式 的簡便性 在CI E 發佈上述二個建議體系的同時 L * a * b* 色彩體系就已穩 居主流地位 圖5-8 u v 色度圖與麥可亞當的偏差橢圓 17
圖59 曼塞爾色票的色度座標xy( 明度5) 18
圖5-1 0 曼塞爾色票的色度座標u * v* ( 明度5 ) 19
圖5-1 1 曼塞爾色票的色度座標a * b* ( 明度5 ) 20
圖5-12 均等的三次元色彩空間 21
圖5-13 L*a*b 均等色空間的色彩結構 22
圖5-1 4 L *a *b 均等色空間的橫向斷面 23
第六章 混色 1
六 混色 我們平時所感知的白色光 是由 波長各異的色光混合而成 相同 的 存在環境四周的色彩 也都 是經由某些混色原理所混合而 成 一 加法混色 色光的混合大多屬於加法混色 若以色光三原色紅R 綠G 藍B 的含量 或比例 r g b混合 成為色彩I 等色方程式則為 I r G b B R g 圖6-1 光譜的成分與色彩的顯色 2
1 同時加法混色 同時加法混色為加法混色的基本形 態 加法混色的三原色也稱為 色光三 原色 一般簡稱為R G B 若以色 相特性正確的描述三原色 R 為帶 黃的紅 G 約略等同於綠 B 為帶紫 的藍 而色光三原色混色產生的色 彩即為色料三原色 R G Y Y el l ow 黃 G B C C ya n 帶 綠的藍 B R M M ag e nt a 紫 紅 圖6-2 色光的加法混色 3
圖6-3 互補色光混合出白色光 圖6-4 色光三原色混合出色料三原色 4
圖6-5 電視畫面與 螢幕擴大之光點 5
圖6-6 一定距離觀看造成的視覺混色 6
2 並置加法混色 在有彩色與生活應用方面 如馬賽 克壁畫 紡織品的縱橫絲線 點描 畫法的作品 都屬於並置加法混色 的應用 並置混色的結果 約略可 得到各混合色彩的中間明度 彩度 的飽和更是色料混色所無法比較 的 屬於提高部分明度與彩度的加 法混色 而混合的二色若為補色關 係 則會呈現彩度降低的灰色視覺 7c 圖67 點描繪畫造成的視覺混色( P.Signa )
3 交互加法混色 物理學者麥斯威爾 J.C.Ma x we l l 18 3 1 79 以圓盤旋轉實驗 解釋色彩視覺暫留的生理過程 不同於 同時加法混色 使新的混色光更加明亮 以 並置加法混 色 或 交互加法混色 方式所產生的色彩明度 大約是原混合色彩 明度的平均值 因此 這類混色也被稱為中間混色 圖6-8 混色實驗的各式旋轉色盤 8
圖6-9 旋轉色盤與其混色效果 9
二 減法混色 減法混色原理大多應用於色料混合 所以也稱為色料三原色 在色料混合的過程當中 色彩的明度與彩度一般呈現逐漸下降的現象 而在色光混合方面 也存在著少數減法混色的現象例如 光線通過灰色 濾片或透明性較低的玻璃板 如毛玻璃 時 一部分的光被濾片或玻璃 板吸收 使得透過的光比原來的光更暗 相對於使色光更趨明亮的加法 混色 稱為減法混色 圖6-1 1 減法三原色相互組合的混色 圖6-1 0 減法混色的結構 10
圖612 色彩膠捲的多層結構 11
圖6-1 3 彩色膠捲的發色與 其原理 12
三 加減法混色 染料及顏料的混色基本原理為減法混色 但是上彩的媒材與被上彩的素材具有反 光或平光 具透明性或不透明等特性差異 無法以單純的減法混色完全的理解或 說明 圖6-1 4 彩色照片 的發色與其原理 13
1 印刷油墨的混色 印刷的混色方式可分為三大類 以特殊媒材或不同油墨色彩混合 出 預定的顏色後個別製版印 刷 雖然發色品質較好 但是在 經濟與效率層面不佳 大多只使 用於特殊場合 所以稱為特別 色 將圖像以色料混色的三原色C M Y 減法 分離出三個印刷色版 這三個色版經由網點的重疊印 刷 在紙張上進行網點之間的並 置加法混色與油墨重疊的減法混 色 圖6-1 5 彩色印刷之網點放大圖 14
網點的大小一致 以網點的膜層厚度決定色彩濃淡的混色方式 應 用於凹版印刷 圖6-1 6 印刷色彩之濃淡與其原理 15
2 顏料的混色 當顏料或塗料較薄時 光線容易直接 進入素材層 使得顏料色彩的反射光 線比例下降 屬於減法混色 但是當 顏料或塗料較厚 或是厚薄不一時 光線的反射呈現不規則狀態 容易產 生如之點描繪畫般的並置加法混色 3 纖維的混色 紡織製品的多彩變化 是由不同色 彩 不同比例 與不同配置的縱橫纖 維所交織而成 其混色方式與馬賽克 排列的壁畫類似 屬於並置加法混 色 圖6-1 7 縱橫絲線構成的混色與其放大圖 16