什么是光譜？認(rèn)識(shí)光源的光譜

在處理色彩問題時(shí)，光是一種可以被人的眼睛接受的電磁波。從本質(zhì)上看光是電磁波，但是光又只是電磁波中極小的一部分：波長大約從700mm(納米、毫微米)到390nm 的電磁波。那么，什么是光譜呢？本文簡單介紹了光源的光譜。

不同波長的光射入眼睛后產(chǎn)生不同的顏色感覺，具有單一波長的光稱為單色光，各種波長的單色光分別形成人們可能見到的各種最純凈、最飽和的顏色。不同色光按波長從短到長排列形成光譜，長波端是紅光，隨著波長的減小依次變?yōu)槌?、黃、綠、青、藍(lán)、紫。

在表3-1中列出了一些典型波長所對(duì)應(yīng)色光的顏色，供判斷光色時(shí)參考。在光波的波段附近，比紅光波長更長的電磁波稱為紅外光，比紫光波長更短的稱為紫外光，雖然人眼看不到這兩種光線，但是有些特殊的膠卷或光敏器件可以感受這些光線，從而形成紅外攝影與紫外攝影。數(shù)碼相機(jī)的光電轉(zhuǎn)換器件 CCD 對(duì)紅外光十分敏感，因此必須用紅外濾光鏡將其濾除(吸收)，否則所拍攝的畫面將嚴(yán)重偏紅。我們平時(shí)所見的色光與「白」光都是由多種單色光組成的混合光，三棱鏡可以將組成色光或白光的各種單色光分離開。

表3-1光譜色的分布與代表性波長

人們?cè)谂臄z與觀賞照片時(shí)最常用的是稱為「白」光的混合光。但是顯然日光、白熾燈或普通熒光燈(俗稱「管燈」、「日光燈」)所發(fā)出的「白」光是互不相同的?？梢杂没旌瞎獾墓庾V曲線描述它們的色彩屬性。用光譜曲線能夠比較準(zhǔn)確地描述光源的顏色屬性，但是需要有相關(guān)的知識(shí)，為了更簡明地表達(dá)光源的顏色屬性，又引入了色溫的概念。

設(shè)想在一個(gè)全黑的房間中加熱一個(gè)黑鐵塊，隨著鐵塊溫度的升高，鐵塊將依次呈現(xiàn)暗紅色、橙黃色、黃色、暖白色、白色、......，因此可以用鐵塊的溫度描述它所發(fā)出的光色。更嚴(yán)格地，我們將一個(gè)置于黑暗中(無可見光照射)的黑色中空球體(它可以全部吸收各種熱輻射)稱為絕對(duì)黑體。在球體上開一個(gè)洞，加熱此球體時(shí)，可以用黑體所達(dá)到的溫度表示從洞中所看到球體內(nèi)所發(fā)光的顏色，稱為「黑體輻射的色溫」。色溫用K氏溫標(biāo)(K氏的0度相當(dāng)于-273℃)計(jì)量。

圖3-1顯示出理想的黑體輻射的各種色溫與相應(yīng)的光譜曲線。日光、白熾燈、日光燈等實(shí)際的光源都只是在不同程度上接近黑體，因此采用最接近的黑體色溫表示這些實(shí)際光源的外觀顏色，稱為光源的「相關(guān)色溫」，簡稱「色溫」。在數(shù)碼相機(jī)中也常用色溫代替光源的類型設(shè)置白平衡。

色溫僅能用于描述光源的輻射(所發(fā)出的光的色彩)特性，不能用于描述物體的顏色。

我們都知道，在色光下物體可能嚴(yán)重偏色，例如在暗房的紅色安全燈下，各種顏色的物體都明顯地偏紅；在不同的「白光」下物體仍會(huì)有不同程度的偏色，用顯色指數(shù) 「Ra」表示實(shí)際光源使物體的顏色失真的程度。顯色指數(shù)是衡量光源正確顯示物體顏色能力的重要質(zhì)量指標(biāo)。由于人類在漫長的發(fā)展史中長期在日光(白天)與火光(夜晚)中工作，在這兩種條件下形成了準(zhǔn)確識(shí)別顏色的能力。因此評(píng)價(jià)一個(gè)人造光源時(shí)，若光源色溫較低，用黑體輻射的光源作為標(biāo)準(zhǔn)的參照光源，光源的色溫較高則用標(biāo)準(zhǔn)照明體D(理想的日光)作為標(biāo)準(zhǔn)的參照光源。若在實(shí)測(cè)光源與標(biāo)準(zhǔn)光源下物體呈現(xiàn)相同的顏色，則Ra=100%， Ra 的值越低，表明光源正確還原色彩的能力越差。從圖3-1中可見絕對(duì)黑體發(fā)光的光譜曲線都是連續(xù)的，日光的光譜曲線也是近似連續(xù)的，稱為「連續(xù)光源」；有的光源有凸起的光譜成分稱為「混合光源」，試驗(yàn)表明只要是連續(xù)光源(如白熾燈、碘鎢燈)的顯色系數(shù)都可以達(dá)到95%以上，更可以通過特定的濾光鏡，將其色溫調(diào)整到某個(gè)標(biāo)準(zhǔn)值。而對(duì)于多數(shù)混合光源，這種光源的顯色系數(shù)較低，只能達(dá)到Ra=70%~80%。濾光鏡可以改變或微調(diào)光源的色溫，卻難于提高光源的顯色指數(shù)。在各種人造光源中內(nèi)鎮(zhèn)流高壓水銀燈(Ra=30%~40%)與鈉燈(Ra=25%)是顯色質(zhì)量最差的光源。在拍攝過程中，顯色指數(shù)超過75%即可作為照明光源，但是在評(píng)價(jià)與對(duì)比色彩時(shí)，希望光源的顯色指數(shù)至少應(yīng)達(dá)到85%。