色彩基础知识（全）

色彩常识（一）、心理颜色　　日常生活中观察的颜色在很大程度上受心理因素的影响，即形成心理颜色视觉。在色度学中，颜色的命名是三刺激值（X，Y，Z）；（R，G，B）；色相，明度，纯度，主波长等。然而在生产中则习惯用桃红、金黄、翠绿、天蓝、亮不亮、浓淡、鲜不鲜等来表示颜色，这些通俗的表达方法，不如色度学的命名准确，名称也不统一。根据这些名称的共同特征，大致可分为三组。将色相、色光、色彩表示的归纳为一组；明度、亮度、深浅度、明暗度、层次表示的归纳为一组；饱和度、鲜度、纯度、彩度、色正不正等表示的归纳为一组。这样的分组只是一种感觉，没有严格的定义，彼此的含义不完全相同。例如，色相不等于色光，明度也不等于亮度，饱和度也不等到于纯度、鲜度、深浅度。但是在判断颜色时，它们也是三个变数，大致能和色度学中三个变数相对应。主波长对应于色相。人们常说的红色就有一定的波长范围，红色在色度图上也只是一个区域，人们绝不会把500nm的单色光称为红色。色度学中的亮度对应于明度、亮度、主观亮度、明亮度、明暗度和层次等，在相同的背景上，亮度小的颜色一般总是比亮度大的颜色显得暗些。色度学中的纯度对应于饱和度、鲜度、彩度、纯度等。　　心理颜色视觉的名称，虽然和色度学中的几个物理量相对应，但这种对应关系，不是简单的正比关系，也不是一对一的关系，它们之间有许多不同的特征，例如，色度学中的纯度分为刺激纯和色度纯两种。认为白光的纯度为零，一切单色光的纯度（不分刺激纯或色度纯）均为1。色度纯的定义为，色光中所含单色光的比例，表示某颜色与某中性色或白光的接近程度，但是，心理颜色视觉在分辨色光与中性色的区别时，却认为各个单色光的纯度并不是一样的。同样的单色光，黄、绿和白光的差别不大，红、蓝和白光的差别显著。所以在心理上认为，黄色光尽管也是单色光，但纯度却比蓝色光低些。这些心理上的颜色与白光的差别，通常称为饱和度，以区别于色度学上的纯度。心理上的亮度又可分为两种，一种是联系到物体，另一种是不联系物体的亮度。例如通过一个小孔观察物体的表面，这时观察者看不见物体，无法联系物体来判断亮度，但它也与色度学中的亮度有差别，为了把物体表面的光亮和色度学中的亮度分开，称它为明度。 在混合色方面，心理颜色和色度学的颜色也不相同，当看到橙色时，会感到它是红与黄的混合，看到紫红色时，会感到是蓝与红的混合等。但看到黄光时，却不会感到黄光可以由红光和绿光混合而成。在心理颜色视觉上一切色彩“好像”不能由其他颜色混合出来。一般觉得，颜色有红中带黄的橙，绿中带蓝的青绿，绿中带黄的草绿，但是，却没有黄中带蓝或红中带绿的颜色。　　因此在心理上把色彩分为红、黄、绿、蓝四种，并称为四原色。通常红-绿、黄-蓝称为心理补色。任何人都不会想象白色从这四个原色中混合出来，黑也不能从其它颜色混合出来。所以，红、黄、绿、蓝加上白和黑，成为心理颜色视觉上的六种基本感觉。尽管在物理上黑是人眼不受光的情形，但在心理上许多人却认为不受光只是没有感觉，而黑确实是一种感觉。例如看黑色的物体和闭着眼睛的感觉是不同的。奥斯特瓦尔德（德国）等在制作色标时，把黑和白放在重要的地位，以及赫林的红、绿、黄、蓝、黑、白对立学说等，表明这六种颜色是有生理和心理基础的。 　　心理颜色和色度学颜色的另一区别是，色度学所研究的是色光本身，而不牵涉到研究的环境和观察者在空间的位置以及观察角度的变化等因素。例如，色光的背景，在CIE系统中是暗黑无色，并且用实验证明了不同的背景并不改变匹配数值。但是，在心理颜色视觉上则不然，当背景改变时，许多心理作用如颜色分辨力、色相、饱和度、明度等都会改变。色度学中视野的大小对匹配有影响，黄斑在小视野中起的作用（如降低对蓝光的灵敏度）影响到匹配。而在大视野时，由于一部分视野超过黄斑范围，此时视杆细胞将起一定的作用。在日常生活中看到的不只是色，而是色和物体，不只是色光，而是与其他许多光夹在一起的混合色光，这样便使问题进一步复杂了。（二）、色彩的基本属性　　自然界的色彩是千差万别的，人们之所以能对如此繁多的色彩加以区分，是因为每一种颜色都有自己的鲜明特征。　　日常生活中，人们观察颜色，常常与具体事物联系在一起。人们看到的不仅仅是色光本身，而是光和物体的统一体。当颜色与具体事物联系在一起被人们感知时，在很大程度上受心理因素（如记忆，对比等）的影响，形成心理颜色。为了定性和定量地描述颜色，国际上统一规定了鉴别心理颜色的三个特征量即色相、明度和饱和度。心理颜色的三个基本特征，又称为心理三属性，大致能与色度学的颜色三变数---主波长、亮度和纯度相对应。色相对应于主波长，明度对应于亮度，饱和度对应于纯度。这是颜色的心理感觉与色光的物理刺激之间存在的对应关系。每一特定的颜色，都同时具备这三个特征。　　1、色相　　色相不等于色调。　　色相是指颜色的基本相貌，它是颜色彼此区别的最主要最基本的特征，它表示颜色质的区别，从光的物理刺激角度认识色相：是指某些不同波长的光混合后，所呈现的不同色彩表象。从人的颜色视觉生理角度认识色相：是指人眼的三种感色视锥细胞受不同刺激后引起的不同颜色感觉。因此，色相是表明不同波长的光刺激所引起的不同颜色心理反应。例如红、绿、黄、蓝都是不同的色相。但是，由于观察者的经验不同会有不同的色觉。然而每个观察者几乎总是按波长的次序，将光谱按顺序分为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫以及许多中间的过渡色。红色一般指610nm以上，黄色为570~600nm，绿色为500~570nm，500nm以下是青以及蓝，紫色在420nm附近，其余是介于他们之间的颜色。因此，色相决定于刺激人眼的光谱成分。对单色光来说，色相决定于该色光的波长；对复色光来说，色相决定于复色光中各波长色光的比例。如图5-1所示，不同波长的光，给人以不同的色觉。因此，可以用不同颜色光的波长来表示颜色的相貌，称为主波长。如红（700nm），黄（580nm）。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　图5-1色相的差异　　色相和主波长之间的对应关系，会随着光照强度的改变而发生改变，如图5-2所示的是颜色主波长随光照强度的改变而发生偏移的情况。只有黄（572nm）、绿（503nm）、蓝（478nm）三个主波长恒定不变，称之为恒定不变颜色点。通常所谈的色相是指在正常的照度下的颜色。　　　　　　　　　　　　　　图5-2颜色主波长随光照强度的改变而偏移　　在正常条件下，人眼能分辨光谱中的色相150多种，再加上谱外品红色30余种，共约180种。为应用方便，就以光谱色序为色相的基本排序即红、橙、黄、绿、青、蓝、紫。包装印刷行业是以三原色油墨黄、品红、青为主色，加上其间色红、绿、蓝共六种基本色彩组成印刷色相环，如彩图5-3所示。在色环中，相距90度以内的两个颜色有共同的成份，称之为类似色；位于90度---180度之间的两个颜色由于它们的共同成分减少或消失，称之为对比色；位于180度上的两个颜色是互补色，在0度线上的所有颜色由于组成它们的是共同的色相和不同亮度，因此称它们为同种色。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　彩图5-3印刷色环图　　在包装设计中，常将颜色分为三部分，一部分是长波长光包括红、橙、黄等色相，叫暖色；一部分是短波长光包括青、蓝、紫等色相，叫冷色；一部分是中波长光即绿色光，叫中性色。　　2、明度　　明度不等于亮度。根据光度学的概念，亮度是可以用光度计测量的、与人视觉无关的客观数值，而明度则是颜色的亮度在人们视觉上的反映，明度是从感觉上来说明颜色性质的。　　明度是表示物体颜色深浅明暗的特征量，是颜色的第二种属性。对于发光体（光源）发出的光的刺激所产生的主观感觉量，则常用"明亮度"一词。　　通常情况下是用物体的反射率或透射率来表示物体表面的明暗感知属性的。图5-4所示的是不同色相由于反射率的不同引起的明度差异，图5-5所示的是相同色相反射率不同引起的明度不同的情况。　　　　　　　　　　图5-4不同色彩的分光曲线　　　　　　图5-5明度的差异　　反射或透射光的能量取决于两个量：物体的表面照度和物体本身的表面状况。物体的表面照度与入射光的强度有关；物体的表面是否光洁，将直接影响光的反射率或透射率大小。　　对消色物体来说，由于对入射光线进行等比例的非选择吸收和反（透）射，因此，消色物体无色相之分，只有反（透）射率大小的区别，即明度的区别。如图5-6所示，白色A最亮，黑色E最暗，黑与白之间有一系列的灰色，深灰D、中灰C与浅灰B等，就是由于对入射光线反（透）射率的不同所致。图5-6消色物体明度与反射率的关系　　在观察物体颜色的明暗程度时，还会受到该物体所处环景色的影响，如图5-7所示，中间为均匀灰度的物体，由于物体与背景的不同亮度对比作用，增强或减弱了物体的固有亮度，因此，在包装色彩设计和印刷辨色时，一定要特别注意这种情况。图5-7物体的明度受环境的变化　　在彩色摄影、彩色印刷、彩色包装等色彩的应用中，色彩的明暗变化是十分重要的。一个画面只有颜色而没有深浅的变化，就显得呆板，缺乏立体感，不生动，从而失去真实性。因此，明度是表达彩色画面立体空间关系和细微层次变化的重要特征。　　3、饱和度　　饱和度是指颜色的纯洁性。可见光谱的各种单色光是最饱和的彩色。当光谱色加入白光成分时，就变得不饱和。因此光谱色色彩的饱和度，通常以色彩白度的倒数表示。在孟塞尔系统中饱和度用彩度来表示。物体色的饱和度取决于该物体表面选择性反射光谱辐射能力。物体对光谱某一较窄波段的反射率高，而对其它波长的反射率很低或没有反射，则表明它有很高的选择性反射的能力，这一颜色的饱和度就高。如图5-8所示，分光反射率曲线A比曲线B显示的颜色饱和度高。　　物体的饱和度还受物体表面状况的影响。在光滑的物体表面上，光线的反射是镜面反射，在观察物体颜色时，我们可以避开这个反射方向上的白光，观察颜色的饱和度。而粗糙的物体表面反射是漫反射，无论从哪个方向都很难避开反射的白光，因此光滑物体表面上的颜色要比粗糙物体表面上颜色鲜艳，饱和度大些。例如丝织品比棉织品色彩艳丽，就是因为丝织品表面比较光滑的缘故。雨后的树叶、花果颜色显得格外鲜艳，就是因为雨水洗去了表面的灰尖，填满了微孔，使表面变得光滑所致。有些彩色包装要上光覆膜，目的就是增加包装表面的光滑程度，使色彩更加饱和鲜艳。　　4、颜色三属性的相互关系　　颜色的三个属性在某种意义上是各自独立的，但在另外意义上又是互相制约的。一个颜色的某一个属性发生了改变，那么，这个颜色必然要发生改变。　　为了便于理解颜色三属性的独立性和制约性，以图示来加以说明。图5-9表示明度相同而色相发生变化的情况；图5-10表示色相相同、饱和度相同而明度不同的情况；图5-11表示色相相近，饱和度不同的情况。　　　　图5-9反射率相同色相不同的情况　　　　　　　图5-10色相相同明度值不同的情况图5-11饱和度不同的情况　　为了便于理解颜色三特征的相互关系，可用三维空间的立体来表示色相、明度和饱和度。如图5-12所示，垂直轴表示黑、白系列明度的变化，上端是白色，下端是黑色，中间是过渡的各种灰色。色相用水平面的圆圈表示。圆圈上的各点代表可见光谱中各种不同的色相（红、橙、黄、绿、青、蓝和紫），圆形中心是灰色，其明度和圆圈上的各种色相的明度相同。从圆心向外颜色的饱和度逐渐增加。在圆圈上的各种颜色饱和度最大，由圆圈向上（白）或向下（黑）的方向变化时，颜色的饱和度也降低。在颜色立体的同一水平面上颜色的色相和饱和度的改变，不影响颜色的明度。图5-12颜色立体 二、色彩空间的几何模型 　　为了使各种颜色能按照一定的排列次序并容纳在一个空间内，将三维坐标轴与颜色的三个独立参数对应起来，使每一个颜色都有一个对应的空间位置，反过来，在空间中的任何一点都代表一个特定的颜色，我们把这个空间称为色彩空间。色彩空间是三维的，作为色彩空间三维坐标的三个独立参数可以是色彩的心理三属性：色相、明度、饱和度（图5-12），也可以是其它三个参数如RGB、Lab或者CMY，只要描述色彩的三个参数相互独立都可以作为色彩空间的三维坐标。例如，以色料三原色黄、品红、青为基色，对应三维空间作色量的均匀变化，互相交织起来，组成一个理想的颜色立方体，如图5-13所示。　　首先将两个基色，利用x、y轴方向，交叉成一个平面，每个基色的色量作从0-100%的变化。然后再用第三个基色在z轴方向上也作色量从0-100%的变化，这样就组成了一个理想的颜色立方体。图5-13理想的颜色立方体　　在颜色立方体中三个基色的变化都是从0到100%连续地变化，因此它是一个连续性渐变的色立体。在这个色立体中的每一个点都可以用坐标y、m、c表示。y、m、c就是三个基色即黄、品红、青的百分比色量。由于这是一个连续调色立体，给应用和标定颜色带来了一定的困难。为此也可将每一基色的色量变化进行分割，将0-100%的变化分割成0-9的10个梯级，对应关系如图5-14所示。图5-14理想色立体的色量分割　　在这样的颜色立方体中，任何一点的颜色都能以一个数字来表示，这个数字就是三原色黄、品红、青的分量，例如颜色762为黄七成、品红六成、青二成合成后的颜色；颜色167为黄一成、品红六成、青七成合成后的颜色；颜色544为黄五成、品红四成、青四成合成后的颜色。如图5-15所示。图5-15色立体中颜色编号的意义　　颜色立方体从某种意义上可以认为是色谱的立体化，在颜色立方体中分割成103个即1000个颜色。当然这是人为的，如果每个基色分割成20个等级，则颜色数量就大大的增加了。　　电子分色机中，对色彩的复制技术是用彩色计算机来完成的，彩色计算机的工作模式也是颜色立方体。在色立体中，8个顶点分别为黑、白、红、绿、蓝、黄、品红、青，其中黑、白是两个极点，它们的连线为一根中性灰线，如图5-16所示。黄、品红、青三点为三原色或称第一次色，红、绿、蓝为三间色或称第二次色。图5-16色立体中的中性灰线　　在实际工作中，黑白两顶点的距离是用定标的方法来决定的，也就是图象的反差可以人为设定。但是，由于种种原因，其中包括滤色片、感光片、油墨等性能上的缺陷，使三原色和三间色的位置不能到达理想的顶点，实际能表现的色彩远远低于理想值，它们的位置在色立体中间的某些点上。未经颜色纠正的分色片会存在很大的色误差。电分机纠色的原理就是将偏色的色点用调整电平的方法纠正到较理想的位置上去。 第二节孟塞尔颜色系统表示法 　　孟塞尔所创建的颜色系统是用颜色立体模型表示颜色的方法。它是一个三维类似球体的空间模型，把物体各种表面色的三种基本属性色相、明度、饱和度全部表示出来。以颜色的视觉特性来制定颜色分类和标定系统，以按目视色彩感觉等间隔的方式，把各种表面色的特征表示出来。目前国际上已广泛采用孟塞尔颜色系统作为分类和标定表面色的方法。　　孟塞尔颜色立体如图5-17所示，中央轴代表无彩色黑白系列中性色的明度等级，黑色在底部，白色在顶部，称为孟塞尔明度值。它将理想白色定为10，将理想黑色定为0。孟塞尔明度值由0-10，共分为11个在视觉上等距离的等级。图5-17孟塞尔颜色立体示意图　　在孟塞尔系统中，颜色样品离开中央轴的水平距离代表饱和度的变化，称之为孟塞尔彩度。彩度也是分成许多视觉上相等的等级。中央轴上的中性色彩度为0，离开中央轴愈远，彩度数值愈大。该系统通常以每两个彩度等级为间隔制作一颜色样品。各种颜色的最大彩度是不相同的，个别颜色彩度可达到20。　　孟塞尔颜色立体水平剖面上表示10种基本色。如图5-18所示，它含有5种原色：红（R）、黄（Y）、绿（G）、蓝（B）、紫（P）和5种间色：黄红（YR）、绿黄（GY）、蓝绿（BG）、紫蓝（PB）、红紫（RP）。在上述10种主要色的基础上再细分为40种颜色，全图册包括40种色相样品。图5-18孟塞尔色相的标定系统　　任何颜色都可以用颜色立体上的色相、明度值和彩度这三项坐标来标定，并给一标号。标定的方法是先写出色相H，再写明度值V，在斜线后写彩度C。　　　　　HV/C=色相明度值/彩度　　例如标号为10Y8/12的颜色：它的色相是黄（Y）与绿黄（GY）的中间色，明度值是8，彩度是12。这个标号还说明，该颜色比较明亮，具有较高的彩度。3YR6/5标号表示：色相在红（R）与黄红（YR）之间，偏黄红，明度是6，彩度是5。　　对于非彩色的黑白系列（中性色）用N表示，在N后标明度值V，斜线后面不写彩度。　　　　　NV/=中性色明度值/　　例如标号N5/的意义：明度值是5的灰色。　　另外对于彩度低于0.3的中性色，如果需要做精确标定时，可采用下式：　　　　　　NV/（H，C）=中性色明度值/（色相，彩度）　　例如标号为N8/（Y，0.2）的颜色，该色是略带黄色明度为8的浅灰色。　　《孟塞尔颜色图册》是以颜色立体的垂直剖面为一页依次列入。整个立体划分成40个垂直剖面，图册共40页，在一页里面包括同一色相的不同明度值、不同彩度的样品。如图5-19所示，是颜色立体5Y和5PB两种色相的垂直剖面。中央轴表示明度值等级1-9，右侧的色相是黄（5Y）。当明度值为9时，黄色的彩度最大，该色的标号为5Y9/14，其它明度值的黄色都达不到这一彩度。中央轴左侧的色相是紫蓝（5PB），当明度值为3时，紫蓝色的彩度最大。该色的标号：5PB3/12。图5-19孟塞尔颜色立体的Y-PB垂直剖面　　又如图5-20所示,.是明度值为5的水平剖面，在明度值为5的条件下，红色（R）的彩度最大，黄色（Y）的彩度最小。图5-20孟塞尔颜色立体的明度值5水平剖面 第三节奥斯特瓦尔德色系表示法 　　奥斯特瓦尔德（1853-1952），是德国的物理化学家，因创立了以其本人为名字的表色空间，而获得诺贝尔奖金。该颜色体系包括颜色立体模型（如图5-21所示）和颜色图册及说明书。 图5-21奥斯特瓦尔德色系的颜色立体　　奥斯特瓦尔德颜色系统的基本色相为黄、橙、红、紫、蓝、蓝绿、绿、黄绿8个主要色相，每个基本色相又分为3个部分，组成24个分割的色相环，从1号排列到24号（如图5-22所示）。图5-22奥斯特瓦尔德色相环　　奥斯瓦尔德的全部色块都是由纯色与适量的白黑混合而成，其关系为　　　　　白量W+黑量B+纯色量C=100　　消色系统的明度分为8个梯级，附以a、c、e、g、i、l、n、p的记号。a表示最明亮的色标白，p表示最暗的色标黑，其间有6个阶段的灰色。这些消色色调所包含的白和黑的量是根据光的等比级数增减的，明度是以眼睛可以感到的等差级数增减决定的。　　　　　表5-1奥斯瓦尔德的白黑量 记号 a c e g i l n p 白量 89 56 35 22 14 8.9 5.6 3.5 黑量 11 44 65 78 86 91.9 94.4 96.5　　从表5-1可以看出，作为色标的白（a）比理想的白色含有11%的黑量；而作为色标的黑（p）则比理想的黑含有3.5%的白。并且还有如下关系：　　　　将分级的数字代入则得：　　 　　从这种明度分级的方法即可看出并不是按照视觉特征来分级的，这是该系统的一大缺点。　　把这个明度阶梯作为垂直轴，并作成以此为边长的正三角形，在其顶点配以各色的纯色色标，这个三角形就是等色相三角形（图5-23所示）。图5-23奥斯特瓦尔德等色相三角形　　奥斯瓦尔德颜色系统共包括24个等色相三角形。每个三角形共分为28个菱形，每个菱形都附以记号，用来表示该色标所含白与黑的量。例如某纯色色标为nc，n是含白量5.6%,c是含黑量44%，则其中所包含的纯色量为：　　　　　　100-（5.6+44）=50.4%　　再如纯色色标为pa，p含白量为3.5%,a含黑量11%,所以含纯色量为:　　　　　100-(3.5+11)=85.5%　　这样作成的24个等色相三色形，以消色轴为中心，回转三角形时成为一复圆锥体，也就是奥斯瓦尔德颜色立体（图5-21）。　　奥斯特瓦尔德色系通俗易懂，它给调配使用色彩的人提供了有益的指示。在做色彩构成练习中的纯度推移时，奥斯特瓦尔德色系的色相三角形不啻可以视为一种配方的指导，此外，色相三角形的统一性也为色彩搭配特性显示了清晰的规律性变化。　　奥斯特瓦尔德色系的缺陷在于等色相三角形的建立限制了颜色的数量，如果又发现了新的、更饱和的颜色，则在图上就难以表现出来。另外，等色相三角形上的颜色都是某一饱和色与黑和白的混合色，黑和白的色度坐标在理论上应该是不变的。则同一等色相三角形上的颜色都有相同的主波长，而只是饱和度不同而已，这与心理颜色是不符的。目前采用混色盘来配制同色相三角形，以弥补这一缺陷。