色彩科學(xué)的定義

      在人類的古代遺跡中，很早就有色彩的應(yīng)用，但色彩的科學(xué)，直到牛頓發(fā)現(xiàn)太陽光通過三棱鏡，而有七色光譜后才邁入新紀(jì)元，在16～17世紀(jì)間有很多關(guān)于光的反射、屈折的研究，先有德國物理學(xué)家Ostwald色彩論的發(fā)表，至20世紀(jì)續(xù)有美國Munsell的出現(xiàn)，而使得色彩的研究定下基礎(chǔ)。
     在生活的周圍，包含著自然界的動植物等均有各種顏色的存在，那什么是＂色″呢簡單的說『當(dāng)光線照射到物體后使視覺神經(jīng)產(chǎn)生感受，而有色的存在?！弧６亩x亦因用途之不同，而各有其定義：
     化學(xué)家 ：染料、顏料及其它物質(zhì)等之特性。
     運(yùn)用范圍：顏料、油漆、染料等之制造以及使用人員。
     物理學(xué)家： 光學(xué)范疇中之某種現(xiàn)象。
     運(yùn)用范圍：光學(xué)儀器制造業(yè)。
     心理、生理學(xué)家： 表示觀測者所意識到之意識。
     不論你扮演著那個(gè)角色，若想對顏色有所認(rèn)識，那你一定要對 —  色的三要素 ，光與色感，光、色之三原色 ， 色的三屬性，色的表示法，色變異性和色恒性，等加以暸解。
    色的構(gòu)成三要素：包括有被觀察的物質(zhì)、光的存在、觀測者的感受。 只因?yàn)楫?dāng)沒有物質(zhì)或光的存在時(shí)，則如處于暗房中你將感受不到色的存在，同時(shí)若閉上你的雙眼，相信你一樣感受不到色的存在。因此要進(jìn)一步認(rèn)識色的構(gòu)成要素，不妨由物體與色、光源與色、觀察者—人與色的關(guān)系著手。
    物體與色—當(dāng)光投射在物體上時(shí)，依物體的種類、構(gòu)造，而將可視光線中的一部份或全部呈反射、吸收、透過等現(xiàn)象而展現(xiàn)出物體的顏色。物體的顏色受反射、吸收、透過三基因所左右，如太陽光的照射起全反射（亂反射）則呈白色，光線的全部吸收則呈黑色，光線的全部通過則呈透明色。其說明：反射（Reflection）:光照射在物體之表面，部份光產(chǎn)生反射，反射角與入射角于同一視面稱之為反射，視覺之感受產(chǎn)生質(zhì)地感，全部光之反射，有可能為不透明感或鏡面感。 吸收（Absorption）： 若光線部份透過且部份被吸收，喪失某些可視光譜的光，則該物體將呈現(xiàn)顏色而成半透明感，若光線全部吸收，則呈黑色且不透明。透射（Transmission）： 當(dāng)光線照射到物體上，除了極少量之反射光，幾乎所有的光都透視物體則為無色透明體。散射（Scatting Diffusing）： 當(dāng)光線照射在含顆粒的纖維或粗糙表面的物體時(shí)，光線之反射角將產(chǎn)生角度上的變化，稱之為散射。
  光源與色—色的存在中，光的照射扮演著重要的角色。在初期的人類演進(jìn)歷史，一直習(xí)慣于太陽光下色的感覺，而今仍以太陽光為準(zhǔn)，但是在夜間有了人工光源（如電燈、螢光燈、水銀燈、鈉燈、油燈、 煤氣燈等），由于分光特性的不同，而呈現(xiàn)不相同的顏色。導(dǎo)致同一物體在不同光源下，色相有所差異，此差異性質(zhì)謂之演色性（ Colour Rendering ）。
    由于自然光源、色、時(shí)間、天候、觀察方向、季節(jié)及地理位置等條件影響而變化很大， 對色彩的評定極不方便，因此國際照明委員會（簡稱 CIE）。 于 1930 年訂定各種極為接近自然光的標(biāo)準(zhǔn)光源。
  光的解析—人類的肉眼，雖因個(gè)人之間敏感度上的差異；但肉眼對色感覺，仍不失為極精巧的測色機(jī)器，而對色感覺的同時(shí)則必要有光源的存在，以太陽光而言，有各種光線之放射。在電磁波譜中，可視光波之波長， 僅占很窄之范圍， 約由380nm ～760nm （ 1nm ＝ 10-9m ）其顏色分別為 380nm ～ 430nm 紫色、430nm ～485nm 藍(lán)色、 485nm ～ 570nm 黃色、585nm ～ 610nm 橙色、610 ～ 760nm紅色， 因每個(gè)人對光的感受不同， 因此以 380nm ～ 760nm略定為可視波長光的波長與明度—日光的光譜（ Spectra）依波長而有不同的明度。 可見光其中間區(qū)域較亮，而兩端較弱。視覺所感受的波長明度還有明亮處與暗處之別。例如在明亮處555nm 的黃綠色是最明亮的，而暗處則以 510nm 的藍(lán)綠色明度更高。這稱為Purkinie 現(xiàn)象。
  加法混色與減法混色—色光混合時(shí)一般說來會因光量的增加而產(chǎn)生明亮的感覺。這種色光的混合稱之為加法混色或正混色（ Additive Mixture ）。而染料或顏料混合時(shí)通常顏色會變暗， 稱之為減法混色或負(fù)混色（ Subtractive Mixture ）。以3原色作減法混色時(shí)，如果各色吸收量適當(dāng)?shù)脑?，最后會變成黑色；加法混色的情形，如果光的?qiáng)度適當(dāng)?shù)脑?，最后所看到的將是白而亮的光?
  人眼的視感—人眼所感覺的色一般可分為兩大類如表 ：
      ┌ 白
      ┌無彩色 ┼ 灰  
      │    └ 黑  
色彩  ┤  
      │ ┌ 純色  
      └彩色 ┤  
      └ 其它一般色彩  
  按照物理學(xué)上的說明，白、灰、黑仍能算是色彩。白含有數(shù)種不同波長的單色光的振動，即色光的定量混合，是統(tǒng)一的復(fù)合體。既經(jīng)物理全反射，當(dāng)然我們的眼睛無法察覺，實(shí)在不能說它是色彩。黑是外界的刺激，完全沒法達(dá)到我們眼睛的狀態(tài)，換句話說，假使黑不能取得周圍的物體的陪襯，那么黑色本身也全無它存在的意義。色環(huán)直徑兩端的色互為補(bǔ)色?；コ裳a(bǔ)色的二色適當(dāng)?shù)幕旌暇凸舛詣t為白色光，就色料而言則為黑色或灰色。
  依Young -Helmholtz 之假說， 視覺感觀存在三種基本之色感受視神經(jīng)。經(jīng)光傳至視神經(jīng)，刺激腦部而產(chǎn)生色的感覺，而這三種分光要素是紅、綠、藍(lán)的感受作用，此謂光的三原色。
  何以謂之光之三原色?以紅、綠、藍(lán)三原色光混合是白色之故。另物體之反射或透過可見之紅、黃、藍(lán)三色混合成黑色，以其為色的三原色。另在色料上的應(yīng)用一般亦以紅、黃、藍(lán)三原色色料的混合，結(jié)果反射光減少而呈黑色及近黑色之色相。色料中之紅、黃、藍(lán)三原色中的二色混合，會產(chǎn)生綠、紫、橙之色相，此即為二次色?，F(xiàn)以黃(Y)、紅(R)、藍(lán)(B)之代號表示，其二次色的衍生Y＋R＝O ，Y＋B＝G，B＋R＝P。
  色的表示法—色的運(yùn)用沿襲已古，在過去先以傳統(tǒng)之稱呼定名之，如金色、銀色、秋色等，隨之社會之演進(jìn)色彩之多，致使傳統(tǒng)色之表示法，無法正確的表達(dá)，而后有色卡、色樣之運(yùn)用，然色樣易招污損，變褪色，茲有較科學(xué)及歸納及光學(xué)研展。略于后：
(1) 定性的表示方法—色名法。
(2)定量的表示法—

1. 感覺的方法（三屬性的方法）。 
2. 物理的方法。
  色名法—而色的表示方法往往配合色的測定法而應(yīng)用于自動化方面。如美國現(xiàn)使用之 ISCC-NBS 法，此法由美國國內(nèi)色彩研究學(xué)會（Inter Society Colour Council ）作成， 而另由美國國家標(biāo)準(zhǔn)局（ National Bereau of Standand ）整理而成。
    此法能輕易表現(xiàn)，且以自然界的色彩為基準(zhǔn)。色彩可經(jīng)由概念來傳達(dá)，但是因其相互間沒有具體的數(shù)值關(guān)連，例如以色立體上的顏色稱之為黑、暗黑、中灰、淺灰及白等或于其色相前加以明度或彩色之 修飾語等來表示。所以難于以科學(xué)化來處理。 以日本的產(chǎn)業(yè)界為例，約使用 500 ～ 1200種易判別的色名。
  感覺的方法---即并記其三屬性的表示方法。依標(biāo)準(zhǔn)色票比較色名，以肉眼對照使其能適確表達(dá)， 在工業(yè)上的利用度大。而代表的表色系， 有 Ostwald 體系、Munsell 體系、日本色彩研究所體系。此三體系，皆以3 個(gè)數(shù)字或記號來表色。這三種方式，適用于染色物、涂裝物、陶磁物等類均一表面色的物品，但不 能表現(xiàn)透明、半透明的顏色。
  物理表色法—1931 年國際照明協(xié)會 簡稱 CIE（ Commission Intornation De'l E' clairage）或簡稱 ICI（ International Commission on Illumination）制定以物理測量的方法，用數(shù)字型態(tài)定量表示顏色，說明如下：
  物理表示法的原理： 以分光反射率表示物體色。被太陽白色光照射的物體表面，所以會出現(xiàn)色，乃是因選擇吸收了白色光中特定波長部份，而給人有特別的色感。屬于灰色的無彩色系列，是對可視領(lǐng)域的全波長做均一的吸收后，即所得到的色感覺。
    分光反射率曲線圖，是把400 nm到750 nm之間各波長的光照射到白色的表面與有色的表面，并以白色表面的反射光強(qiáng)度為100，以相對于此的百分比表示其它的白色。這種表示法比較容易了解，而且把已知構(gòu)造的染料，染于特定的織物時(shí)，可藉此配色及加減染料的濃度。但是，對于應(yīng)特定分光反射率曲線的色，只限于一色，而反過來要表現(xiàn)某一色時(shí)，充分的分光反射曲線的組合則無限多。而且這種表示法，因有演色性問題，故必須以標(biāo)準(zhǔn)光源來做測定光源。
  (1)X、Y、Z表示法：即利用物理學(xué)測定來表現(xiàn)數(shù)值的方法。 以 X、Y、Z 來表示衍生自三種原刺激的反刺激值，再導(dǎo)入色度坐標(biāo)。從分光反射率曲線可推算出三刺激值，其計(jì)算方法有等間隔波長法、選定波長法，可精密表示色彩。另外，例如變換三刺激值的 X、Y，于 X-Y 色度圖上，即可表示出各色度坐標(biāo)。
  (2)U*V*W*、Lab法：發(fā)展來自 X-Y-Z 法，使兩色間的色差數(shù)字，符合感覺上的差數(shù)，并使用色度坐標(biāo)空間的表色法。如果檢討色彩與標(biāo)準(zhǔn)色的差距，即所謂的色差，會有便利之處。色差 ( △ E) 相當(dāng)于標(biāo)準(zhǔn)色與試樣色空間的幾何距離，以數(shù)值表示。至于色差的單位， 一般慣用 NBS單位的色差。    
  色的測定法有：
  (1)視覺比較法：
  a. 并置比較法：以試樣與標(biāo)準(zhǔn)品鄰接并排，以肉眼比較兩者的顏色。此時(shí)須注意及試料的材質(zhì)，并排的方向，及照明光源等。 
  b. 混合等色法：試料以白色標(biāo)準(zhǔn)光源照射為基準(zhǔn)， 再以三原色依照光量的加減混色，而求出與試料相同的色光。
  (2)光電測色法：
  a.刺激值法。
  b.色光測色計(jì)算法。
  色變異性亦可稱為同色異譜、條件等色或條件對色等，亦可簡單定義為：二色刺激在某參考光源下(一般指仿真平均太陽光→D65)具有相同的色外觀(即所謂對色)，但是在某等二光源下(如鎢絲燈光→A)則二者呈現(xiàn)不同的色外觀(即所謂不對色)。在應(yīng)用上其色變異對于色彩相關(guān)行業(yè)而言(例如；印刷、紡織、油墨、塑料、彩電、照明、建筑、藝術(shù)等)，在色彩品質(zhì)管理上常造成很大的困擾，甚至?xí)庵戮苁?、賠償而提高生產(chǎn)成本之嚴(yán)重?fù)p失。因此色變異性之評估乃色彩檢測技術(shù)中重要的一環(huán)。
就色變異性色彩檢測技術(shù)而言，可分為定性法與定量法。常用的定性法為：
  (1) 目測法：藉多光源標(biāo)準(zhǔn)對色燈在不同標(biāo)準(zhǔn)光源下觀察色樣對的顏色或色差變化。
  (2) 反射率曲線法：依據(jù)物體色的反射率曲線(對于透明物體則依其透射率曲線)的交點(diǎn)數(shù)判定其色變異性之大小，即交點(diǎn)數(shù)愈多則色變異性愈小。不過至少有三個(gè)交點(diǎn)，亦即色變對之色變異性愈大則其反射率曲線之交點(diǎn)會集中在三個(gè)交點(diǎn)上。這三個(gè)交點(diǎn)為450nm、540nm、610nm其稱為Barocentric wavelengths。
  就定量法而言對于物體色則常用CIE L*a*b*、CMC等色差公式計(jì)算色樣對在不同光源下所呈現(xiàn)之色差，來評估此色樣對的色變異性大小。
  色恒性亦可稱為同色同譜或色彩恒常性。其相對特性即為非色恒性(colour non-constancy)即異色同譜。色恒性與色變異性二者乃是一體兩面，所以很容易被混淆。簡易的區(qū)分法為：色恒性是針對單一色刺激而言，然而色變異性則是指兩色刺激。換言之；若某一色刺激在某參考光源下與在其它光源下均具有相同的色外觀，則稱此色刺激具色恒性。在日常生渚中每個(gè)具有正常色視覺的人都會同樣的經(jīng)驗(yàn)，就是大部分的自然物體色在不同自然光下都具有恒定的色外觀，此現(xiàn)象即為色恒性。然而；由于人類科技文明的進(jìn)步其人造色料或油墨及光源或照明，日新月異和不斷增加且種類繁多，使日常生活與周遭環(huán)境中物體色之非恒定性大大提高。因此如何有效地進(jìn)行色彩應(yīng)用上的管理已成為現(xiàn)成極重要之課題。