颜色描述的方式有哪些?显色系统和混色系统都有哪些类型?

  DOHO标准光源箱     |      2023-08-10

颜色描述的方式有哪些?在色度学中,颜色的描述方式大致可以分为两种:颜色的显色系统表示法和混色系统表示法。颜色的显色系统表示法与混色系统表示法是现在存在的两类可以对颜色进行定量描述的方法。那么,颜色显色系统和混色系统都有哪些类型?本文对颜色描述的方式及显色系统和混色系统的类型做了介绍。

颜色混色系统表色法

颜色描述的方式:

人类自从对颜色开始研究至今对其描述的方式大致可分为两种:颜色的显色系统表示法(Color appearance system)和颜色的混色系统表示法(Color mixing system)。

显色系统是建立在真实样品基础上,按直观颜色视觉的心理感受,将颜色划分为有系统、有规律的色序系统。其中,最为典型的显色系统为美国的孟塞尔颜色体系、瑞典的自然颜色体系(NCS)、奥斯瓦尔德颜色空间等。这种主观表色方法受主观心理影响较大,而且不同的观察者之间还存在不定的因素,因而无法准确地运用于实际工业生产中。

混色系统表色法根据色度学理论与实验证明任何色彩都可以由色光三原色混合匹配的理论而建立,它是一种客观物理量,可用于对颜色的标定和测量。这种表色系统的发展相对前者较快,因为不论在印刷行业还是纺织染料和涂料工业中对颜色的复制和标定是客观的,只要其三刺激值确定,那么对颜色的复制就可规范化,且不受时间和地域的影响。国际照明委员会(CIE)自1931年来推出CIE1931 标准色度学系统以来,世界各国的颜色工作者对混色系统颜色空间及色差公式的研究孜孜不倦,至今已得到较为满意的成果。下面就这两种对颜色的标定方式做详细的介绍。


颜色显色系统表示法的类型:

1.孟塞尔颜色系统

孟塞尔所创建的孟塞尔颜色系统(Munsell color system)是用颜色立体模型表示表面色的一种方法。它用一个三维空间的类似球体模型把各种表面色的3种基本特性即色相、明度、彩度全部表示出来。在立体模型中的每一部位各代表一个特定的颜色,并给予一定的标号。这是从心理学的角度根据颜色的视觉特点所制定的颜色分类和标定系统。目前国际上广泛采用孟塞尔颜色系统作为分类和标定表面色的方法。它包括颜色图册、颜色立体模型和颜色表示说明书三部分。对某一具体的颜色标定用符号HV/C来表示,其中H表示孟塞尔色相;V表示孟塞尔明度;C表示孟塞尔彩度。如10G6/8表示它的色相是绿和蓝绿的中间色,明度为6,彩度为8。对中性色由于其彩度为零,用符号NV/表示。

2.瑞典自然色系(NCS)

瑞典物理学家约翰森提出的NCS色系以白、黑、黄、红、蓝和绿6个心理原色为基色,且后4个原色为单色调色,其它颜色如绿调的黄色、蓝调的红色等,均可看做是两个单色调色以各种比例混合的结果。它与其它颜色体系不同的是它不需要測色仪器,也不必经过色样比较。它对颜色的确定是基于颜色知觉的一种绝对度量。自然色系对某种颜色的标定方式为首先确定其色调,然后按其含黑色S的相对分量、彩色C的相对分量及色调的依次顺序标定出颜色。如一颜色经目测判定后其处于G和Y之间,且其色调为20%的G和80%的Y,可称其为带有20%绿的黄,标记为Y20G。然后再目测判别出其含彩量C为70%、非彩量W为20%,便可算出其含黑量为10%(100-70-20=10),故对此颜色总的标定为1070Y20G。

3.奥斯瓦尔德颜色空间

奥斯瓦尔德于1921年创立奥斯瓦尔德颜色空间。此颜色体系的基本色相为黄、橙、红、紫、蓝、蓝绿、绿色、黄绿色8色,每个基本色相又分为3个等级组成,24 个分割的色相环。它包括颜色立体模型、颜色图册和说明书三部分。奥斯瓦尔德的全部色块都是由纯色和适量的白黑混合而成,其关系为:白量W+黑量B+纯色量C=100。

奥斯瓦尔德消色系统的明度分为8个梯级,个梯级间有6个等级的灰色。这些消色色调所包含的白和黑也是根据光的等比级数增减时,明度是以眼睛可以感觉到的等级差级数增减决定的。


颜色混色系统表示法的类型:

1.CIE1931颜色空间

国际照明委员会(CIE)对混色空间的标定是从1931年开始的。CIE综合莱特和吉尔德两项视觉实验结果(把两人的实验结果取平均值)而得到CIE1931-RGB真实三原色表色系统。图形为偏马蹄形,如下图所示。

1931CIE-RGB色度图

1931CIE-RGB系统的r、g、b 光谱三刺激值是从实验得出的,本可以用于色度学计算标定颜色。但标定光谱色的原色出现负值,计算起来不方便,且更不易理解。1931CIE-XYZ色度图的建立消除了这一矛盾。它是在1931CIE-RGB系统的基础上,改用三个假想的原色(X)、(Y)、(Z)建立起来的坐标。(X)表示红原色、(Y)表示绿原色、(Z)表示蓝原色。如上图所示。它是在2°视场下得到的。在大面积视场观察条件下(大于4°),由于杆体细胞的参与以及中央窝黄色素的影响,使得饱和度降低,颜色视场出现不均匀现象。CIE1964是为适应10°大视场出现的,简称“CIE1964补充标准观察者”。

2.CIE1960均匀颜色空间

CIE在1931 年作出决定时,没有考虑到上述颜色分辨率的问题。出于对工业上确定产品所存在的色差和用仪器鉴定色差的迫切需要,必须创建一种新的色度图或颜色空间,且这种新的颜色空间必须“均匀化”,即在此空间中的距离与视觉上的色彩感觉差别成正比;另外,新的颜色空间的三坐标一定要由原来的X、Y、Z 三刺激值换算得出。

麦克亚当宽容度椭圆图

麦克亚当(D.L.MacAdam)在CIE1931色度图上不同位置选了25个颜色点,如上图所示。实际上,在CIE色度图上,每一个点都代表某一确定的颜色,这个颜色的位置由一定数量的红绿蓝三原色的相加混合确定。但对视觉来说,当这种颜色的坐标位置变化很小时,人眼仍认为它是原来的颜色,而感觉不出它的变化。因而,每一个颜色在色度图上虽占一个点的位置,但对视觉来说,它实际上是一个范围,在这个范围内的变化在视觉上是等效的。从上图可见,在色度图的不同地方,颜色的宽容量不同,如蓝区宽容量最小,绿区最大。即在色度图蓝区同样的空间内,人眼能看见更多的各种蓝色,而在绿区则较少。图中人眼对蓝色恰可辨别的最小距离对绿色恰可辨别的最大距离之比达到1:20。可见,1931CIE-XYZ不是理想的色度图,在视觉上是非均匀的。为克服CIE1931色度图的上述缺点,就必须创立一种新的色度图,此图上的每一颜色的宽容量最好都近似圆形,大小一致。

1960年CIE根据麦克亚当的工作制定了CIE1960均匀色度标尺图(CIE1960Uniform Chromaticity-Scale Diagram),简称CIE1960 UCS。在这个图上,每一个颜色的宽容量都近似圆形、大小一致,且把CIE1931色调图中宽容度椭圆最大长轴与最小短轴之比从 20:1降至2:1。1960匀色空间用u、v分别表示纵横坐标。

3.CIE1964均匀颜色空间

CIE1960UCS图解决了CIE1931色度图的不均匀性,显示了它的优越性。但它没有明度坐标,在给出u、v时须单独注明Y值,这在计算颜色差异时很不方便。在实际应用中,许多颜色问题都涉及到物体的亮度因数Y。所以,把CIE1960UCS图的两维空间扩充到包括亮度因数在内的三维均匀空间又成了急需解决的问题。1964年CIE规定了“均匀颜色空间”的标定方法,在均匀颜色空间中,色差的计算可不限于具有相等亮度因数的颜色。CIE1964均匀颜色空间用明度指数W*、色度指数U*、V*坐标系统来表示。

4.CIE1976均匀颜色空间

为了进一步统一评价颜色差别的方法,CIE在1976年又推荐了CIE1976L*a*b*和CIE1976L*U*V*匀色空间及色差公式。两者都是反映物体色在人眼知觉上均匀的空间一客观两物体的色差大小和人眼视觉感受到的大小相同,即为所谓的均匀颜色空间。CIE1976L*a*b*的优点是当颜色的色差大于视觉的识别阈限(恰可察觉)而又小于孟塞尔系统中相邻两级的色差值时,能较好地反映物体色的心理感受效果。CIE1976L*U*V*实际上由CIE1931和CIE1964匀色空间改进而来,使其与代表视觉等间隔的孟塞尔系统靠拢,并将V坐标增加50%而改善U、V色度图的均匀性。CIE1976L*U*V*和CIE1976L*a*b*色空间都有较好的均匀性,两者都较广泛地运用于工业中。由于CIE1976L*U*V*系统中,U*V*色度图仍保留了马蹄形的光谱轨迹,较适合于对光源色、彩色电视等工业部门做研究工具;CIE1976L*a*b*主要用于印刷、染料、颜料及油墨等表面颜色工业部门。