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什么是色彩之觀察者與顏色的形成

2010-09-16

      相反色：紅-綠、藍(lán)黃

     有些基本的人類(lèi)顏色視覺(jué)特性不僅用三色學(xué)說(shuō)不能圓滿(mǎn)地解釋?zhuān)铱雌饋?lái)還是與三色學(xué)說(shuō)相矛盾的。
     奇怪的黃顏色。許多人都聽(tīng)說(shuō)過(guò)這樣一種說(shuō)法：三原色是紅、黃和藍(lán)，而不是紅、綠和藍(lán)。研究表明，在人類(lèi)文明史中，“黃色”這個(gè)顏色名稱(chēng)的出現(xiàn)甚至比“藍(lán)色”這個(gè)顏色名稱(chēng)要早很多，而我們將“黃”顏色的含義歸類(lèi)為一個(gè)更基本的顏色，比“青”和“品紅”這類(lèi)顏色還要基本。雖然Thomas Young首先證明了黃光可以由紅光與綠光混合產(chǎn)生，但它還是有違于是們對(duì)顏色的直覺(jué)。事實(shí)上，你無(wú)法想像任何一種顏色中會(huì)同時(shí)含有紅色和綠色的感覺(jué)。
     其他三色學(xué)說(shuō)無(wú)法解釋的顏色視覺(jué)現(xiàn)象。我們無(wú)法想像一種帶紅的綠或帶綠的紅。這一事實(shí)說(shuō)明有些現(xiàn)象已經(jīng)超出了三種獨(dú)立感受器（三色學(xué)說(shuō)）所能解釋的范疇。對(duì)于藍(lán)和黃也同樣存在這種問(wèn)題，因?yàn)槲覀円矡o(wú)法想像帶有黃色的藍(lán)。圖1-12和圖1-13所示的的同時(shí)對(duì)比與負(fù)后像現(xiàn)象是另外兩個(gè)顏色視覺(jué)現(xiàn)象的例子，它們說(shuō)明，若缺少了某個(gè)顏色，則會(huì)產(chǎn)生出與該顏色互補(bǔ)的顏色感覺(jué)。后，顏色視覺(jué)異常的人（色盲）缺失的顏色感覺(jué)通常是成對(duì)的：一個(gè)人的紅色響應(yīng)異常，則通常他也缺少綠色辨別能力；一個(gè)人若沒(méi)有藍(lán)色響應(yīng)，則也一定沒(méi)有黃色響應(yīng)。

（圖1-12：同時(shí)對(duì)比）

（圖1-13：先后對(duì)比）

     相反色。19世紀(jì)后期，Ewald Hering針對(duì)這些成對(duì)的相反色進(jìn)行了一系列觀察實(shí)驗(yàn)。為什么我們可以有偏紅的黃色（橙色）、藍(lán)綠色和藍(lán)紅色（紫色），但沒(méi)有偏紅的綠色也沒(méi)有偏黃的藍(lán)色？說(shuō)一種顏色又紅又綠，就好像是說(shuō)什么東西在同一時(shí)刻即明又暗一樣，是違反視覺(jué)規(guī)律的。相反色學(xué)說(shuō)（也稱(chēng)為Hering學(xué)說(shuō)）認(rèn)為，視網(wǎng)膜上存在6個(gè)基本色，它們可以根據(jù)不同波長(zhǎng)的光產(chǎn)生相反色的信號(hào)。相反色學(xué)說(shuō)的關(guān)鍵在于，視網(wǎng)膜上的6個(gè)基本色不是獨(dú)立的感受器，但不會(huì)對(duì)其相鄰的感受器產(chǎn)生影響，卻會(huì)以一種對(duì)抗的或相反的形式成對(duì)地發(fā)生作用。這些相反色對(duì)是亮-暗、紅-綠和黃-藍(lán)。
     統(tǒng)一相反色學(xué)說(shuō)與三色學(xué)說(shuō)。相反色學(xué)說(shuō)與三色學(xué)說(shuō)的倡導(dǎo)者們?yōu)榈降啄姆N理論能夠更好地描述顏色視覺(jué)而爭(zhēng)論了許多年，后這兩個(gè)學(xué)說(shuō)統(tǒng)一為顏色的階段學(xué)說(shuō)。階段學(xué)說(shuō)認(rèn)為，在視網(wǎng)膜的第一層（或第一階段）含有三色錐體細(xì)胞，而第二層將這三種錐體細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)化為對(duì)抗信號(hào)：亮-暗、紅綠和黃藍(lán)。在我們不斷對(duì)視網(wǎng)膜的層狀結(jié)構(gòu)有了進(jìn)一步了解后，階段學(xué)說(shuō)得到了證實(shí)，并且可以用簡(jiǎn)單的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型來(lái)解釋對(duì)抗信號(hào)是如何由加色信號(hào)產(chǎn)生的（見(jiàn)圖1-14）。

（圖1-14：神網(wǎng)膜中的三色學(xué)說(shuō)與相反色學(xué)說(shuō)）

     CIE模型中的相反色學(xué)說(shuō)。假如相反色學(xué)說(shuō)與三色學(xué)說(shuō)將你的腦袋塞得要爆炸的話，我們向你保證，這與色彩管理的關(guān)系非常大，CIE顏色視覺(jué)模型是色彩管理中進(jìn)行顏色計(jì)算的基礎(chǔ)。然而重要的是，在Photoshop和大多數(shù)色彩管理系統(tǒng)（CMS）中所使用的很多CIE模型，例如CIE LAB，是三色學(xué)說(shuō)與相反色學(xué)說(shuō)合并的結(jié)果。CIE LAB是基于類(lèi)似圖1-10所示三色刺激值實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，但是它使用三人表征相反色系統(tǒng)的數(shù)值來(lái)描述顏色：L*（亮-暗），a*（紅-綠色對(duì)），b*（黃-藍(lán)色對(duì)）。
     因此，我們可以使用LAB將測(cè)得的三刺激值（測(cè)色儀器是仿照我們的錐體細(xì)胞感受器去測(cè)量的）轉(zhuǎn)化為相反色系統(tǒng)數(shù)值。要實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)并不容易，離完美的相反色還差得很遠(yuǎn)，但是它很靈驗(yàn)，而且是一個(gè)獲得了巨大成功的顏色模型。特別是，當(dāng)你不僅僅把它看做是印刷工業(yè)中用于電腦計(jì)算的工具，而是把它作為對(duì)顏色視覺(jué)理論的一種驗(yàn)證明，它的意義就顯得更加重大了。
      同色異譜現(xiàn)象

     如果你以前曾經(jīng)遇到過(guò)“同色異譜”這個(gè)術(shù)語(yǔ)的話，你很可能聽(tīng)說(shuō)過(guò)將它解釋為人們視覺(jué)存在的一種問(wèn)題或一個(gè)“錯(cuò)誤”的說(shuō)法。但是，就像程序員總愛(ài)說(shuō)的一句話：這不是一種缺陷，而是一種特性。同色異譜現(xiàn)象不僅僅是三色視覺(jué)所固有的特性，也是便顏色復(fù)制成為可能的一種特性。
     簡(jiǎn)而言之，同色異譜就是兩個(gè)不同的顏色樣品會(huì)產(chǎn)生相同顏色感覺(jué)的一種現(xiàn)象。我們所謂“不同的顏色樣品”是指兩個(gè)物體具有不同的光譜特性。請(qǐng)回憶一下我們用光源-物體觀察者來(lái)對(duì)顏色下的定義，如果兩個(gè)不同的物體產(chǎn)生了相同的“顏色”（同樣的顏色感覺(jué)），這種顏色的匹配條件可能取決于（1）：照明兩個(gè)物體的光源，或（2）：觀察兩個(gè)樣品的觀察者。換了不同的光源，或由不同的觀察者來(lái)觀察，這兩個(gè)樣品也許就不再匹配了，我們稱(chēng)其為條件匹配。
     兩個(gè)光譜不同，但顏色感覺(jué)卻相同的顏色樣品就稱(chēng)為同色異譜色?；蛘哒f(shuō)，這兩個(gè)顏色樣品在特定的光源下或?qū)τ谔囟?lèi)型的觀察者來(lái)說(shuō)是同色異譜的。
     你可能會(huì)遇到不同的、似乎相互矛盾的同色異譜定義。例如，許多書(shū)上會(huì)給出下面兩種定義：
     ?同色異譜是兩個(gè)顏色樣品在特定光源下產(chǎn)生相同顏色感覺(jué)的現(xiàn)象。
     ?同色異譜是當(dāng)兩個(gè)顏色樣品在特定光源下產(chǎn)生不同顏色感覺(jué)的現(xiàn)象。
     事實(shí)上，對(duì)于同樣一對(duì)顏色樣品來(lái)說(shuō)，上面兩種情況都可能發(fā)生時(shí)才是同色異譜的定義。兩個(gè)顏色樣品在一些光源下顏色匹配，而在另外一些光源下顏色不匹配。第一種說(shuō)法強(qiáng)調(diào)不同的光譜分布可以產(chǎn)生顏色匹配的現(xiàn)象；而第二種說(shuō)法則強(qiáng)調(diào)條件匹配現(xiàn)明是脆弱的。你需要理解同色異譜的原因在于，實(shí)際上我們所有的顏色匹配工作都是在進(jìn)行兩個(gè)顏色或一系列顏色之間的一種同色異譜匹配，例如比較看臺(tái)上樣張和顯示器上掃描圖像中的顏色，或比較一個(gè)樣張與一個(gè)印張。兩個(gè)顏色樣品擁有同樣的光譜分布一般是不太可能的，但由于同色異譜現(xiàn)象的存在，使我們可以讓它們的顏色達(dá)到一致，至少在一些照明條件是一致的。
     兩個(gè)顏色樣品之間的關(guān)聯(lián)。同色異譜總是相對(duì)于兩個(gè)顏色樣品而言的，單一顏色樣品不可能存在同色異譜問(wèn)題，它的光譜特性是惟一的。你也許聽(tīng)到有些人說(shuō)“一個(gè)同色異譜色”，或提到一個(gè)打印機(jī)使用“同色異譜油墨”，但是我們認(rèn)為這種說(shuō)法既是理解上的混淆，也是概念上的錯(cuò)誤。如果一個(gè)打印機(jī)使用的油墨要是真的與其他油墨是同色異譜色的話，那它就不會(huì)好用，因?yàn)檫@些油墨要在特定光源下看起來(lái)顏色都一樣。同色異譜油墨的真正含義是，這些油墨的光譜特性使得它們?cè)诓煌墓庠凑彰魃?，顏色發(fā)生的變化令會(huì)比其他大多數(shù)油墨大得多。
     為什么會(huì)出現(xiàn)同色異譜現(xiàn)象。出現(xiàn)同色異譜現(xiàn)明的原因是由于眼睛將所有外界光的光譜分解為三種錐體細(xì)胞的刺激。兩個(gè)顏色刺激有可能具有根本不同的光譜能量分布，但是如果它們的能量都被相同地分配給了這三種類(lèi)型的錐體細(xì)胞，以同樣的強(qiáng)度刺激它們，就會(huì)產(chǎn)生出相同的顏色感覺(jué)。
     根據(jù)光源-物體-觀察者的顏色模型（請(qǐng)記住圖1-1），顏色的“產(chǎn)生過(guò)程”是三種因素的產(chǎn)物：光源提供具有各種波長(zhǎng)的光波；物體或表面對(duì)光波產(chǎn)生反射；反射到眼睛里的光波被分配給三種感受器（眼睛里的錐體細(xì)胞），結(jié)果就產(chǎn)生了顏色感覺(jué)。
     顏色不是由哪一種單獨(dú)因素形成的，而是由以上三種因素共同作用的結(jié)果。如果光波分別來(lái)自A、B兩個(gè)物體，并在三種錐體細(xì)胞上產(chǎn)生了相同的刺激，于是你就會(huì)得出二者相同的結(jié)論——二者顏色感覺(jué)相同（見(jiàn)圖1-15）。

（圖1-15：同色異譜現(xiàn)象）

     在日常生活中的同色異譜現(xiàn)象。不知你是否有過(guò)這樣的經(jīng)歷：從一家商店買(mǎi)過(guò)兩個(gè)“顏色相配”的東西，比如相同顏色的一條領(lǐng)帶和一塊手帕，或是一只提包和一雙鞋，沒(méi)想到把它們拿到陽(yáng)光下或室內(nèi)光下來(lái)觀看，結(jié)果顏色就不一樣了，這時(shí)你就是遇到同色異譜現(xiàn)象了。Fred有一雙白色的運(yùn)動(dòng)鞋，在房間里看時(shí)兩只鞋的顏以是相同的，可是到了屋外就可以明顯地看出一只經(jīng)另一只明顯發(fā)藍(lán)。這可能是因?yàn)椋◤牡览砩戏治觯?，這兩只鞋曾被分別用含有不同UV增白劑的清洗劑洗過(guò)。制作分類(lèi)廣告的人都普遍遇到過(guò)這樣的問(wèn)題，即客戶(hù)買(mǎi)回家的物品顏色與分類(lèi)廣告中宣傳的顏以不一樣，這可能是由于同色異譜色在印刷廠的照明條件下匹配，而在顧客家里卻不匹配了。
     這些例子都說(shuō)明，顏色匹配的結(jié)果被打破，是多么的容易——當(dāng)我們匹配顏色時(shí)，往往只是在某一特定的照明條件下實(shí)現(xiàn)了同色異譜的匹配。這就是為什么當(dāng)我們?cè)u(píng)價(jià)樣張-印張時(shí)要使用標(biāo)準(zhǔn)照明條件的原因。
     理論上，如果制作分類(lèi)廣告的人知道將來(lái)廣告在什么環(huán)境下觀察的話，他就可以將顏色復(fù)制改在那樣一個(gè)環(huán)境中進(jìn)行，但實(shí)際上同乎不可能知道預(yù)期的顧客會(huì)在哪一種光照下觀看，是在中午的日光，辦公室的熒光燈下，或是家中的白熾燈下，或是借著舒適的火光蜷縮地躺在燭光之下觀看。
     ，我們只能把同色異譜現(xiàn)象看做是領(lǐng)地的一部分去接受它，然而如果你承接了一個(gè)特殊的項(xiàng)目，比如要為一間奇特的餐廳設(shè)計(jì)一個(gè)菜單，該餐廳在大多數(shù)時(shí)間下只能在燭光下點(diǎn)餐——那你就應(yīng)該在各種不同的觀察環(huán)境下來(lái)檢驗(yàn)一下重要顏色的匹配情況。
     同色異譜是你的朋友。你需要與同色異譜色和平共處。許多人起初將同色異譜當(dāng)做一個(gè)問(wèn)題來(lái)看待，因?yàn)榻?jīng)過(guò)很大努力才在一種光源下達(dá)到匹配的顏色，由于某種油墨或紙張的奇特性質(zhì)，在其他不同光源下就不再匹配了。但這并不是像某些人所講的那樣，是我們視覺(jué)系統(tǒng)的缺陷。我們的視覺(jué)系統(tǒng)是經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期進(jìn)化而形成的精美系統(tǒng)，它只是用三種類(lèi)型的感受器就可以從各種波長(zhǎng)的光波中獲得顏色信息，而同色異譜僅僅是這個(gè)明智的進(jìn)化方案的一個(gè)副產(chǎn)品。
     對(duì)于色彩管理來(lái)講更重要的是，只有利用同色異譜色才使顏色復(fù)制成為可能。同色異譜色使我們?cè)陲@示器上顯示黃色或膚色時(shí)無(wú)須使用專(zhuān)門(mén)的黃色或皮膚色的熒光粉。同色異譜色使我們?cè)趶?fù)制葉綠素（植物體內(nèi)一種色素）的綠色特征時(shí)，不用使用葉綠色素的油墨，或使用一種我們稱(chēng)為綠色的油墨（見(jiàn)圖1-16）！

（圖1-16：同色異譜色的作用）

     如果沒(méi)有同色異譜現(xiàn)象，就只能完全按照原始顏色刺激的光譜組成絲毫不差地復(fù)制形成顏色的光譜了（附帶說(shuō)一句，這正是聲音復(fù)制不得不做的事情——將原聲刺激一個(gè)波一個(gè)波長(zhǎng)地復(fù)制）。如果覺(jué)得現(xiàn)在的油墨花費(fèi)太高了，那就請(qǐng)你想像一下用數(shù)千種顏色的油墨取代現(xiàn)在僅僅用四色油墨的結(jié)果！
     相機(jī)與掃描儀的同色異譜。我們?cè)谇懊嬖?jīng)說(shuō)過(guò)，兩個(gè)樣品間同色異譜色的關(guān)系不僅依賴(lài)于照明光源，也同時(shí)取決于觀察這兩個(gè)顏色樣品的特定的觀察者。同樣一對(duì)顏色樣品，對(duì)第一個(gè)觀察者可能會(huì)產(chǎn)生相同的顏色感覺(jué)，但對(duì)第二個(gè)觀察者卻不一定能產(chǎn)生相同的顏色感覺(jué)。在觀察者是人工的三色視覺(jué)設(shè)備時(shí)，這種“觀察者同色異譜色”現(xiàn)象可能會(huì)成為色彩管理的一個(gè)問(wèn)題。
     如果一臺(tái)掃描儀的紅、綠、藍(lán)探測(cè)器的響應(yīng)與我們的錐體細(xì)胞感受器不同，掃描儀看上去是相互匹配的同色異譜色對(duì)，你我的眼睛看上去就可能是不同的顏色。反過(guò)來(lái)也一樣，一對(duì)我們看起來(lái)一樣的顏色，掃描儀會(huì)認(rèn)為是不同的顏色（如圖1-7所示）。有時(shí)我們將這種現(xiàn)象稱(chēng)為掃描儀同色異譜特性，這就是難以將掃描儀作為一種測(cè)量設(shè)備去制作特性文件的原因。同樣地，假如一臺(tái)膠卷照相機(jī)或一臺(tái)數(shù)字相機(jī)具有與我們視覺(jué)系統(tǒng)不同的同色異譜匹配特性，我們就將其稱(chēng)為相機(jī)的同色異譜特性。由于色彩管理對(duì)此實(shí)際是無(wú)能為力的，因此你必須將它看做是一個(gè)問(wèn)題。

（圖1-17：掃描儀同色異譜是如何產(chǎn)生的）