摄影基础颜色管理

1、数字影响的色彩管理于色彩控制（之一）在没有文字发明之前人类的祖先就已在世界各地的岩壁上留下了大量的岩画，它们大都由各种颜色的矿物颜料绘制而成。这表明人类早已了解并运用了色彩，但认识色彩却是一个极其漫长的过程真正揭示了色彩的本质并严格控制与管理色彩，则呈近百年内的事了。 严格的色彩控制一直是摄影人不懈努力的方向但 是受诸多条件的限制，对色彩的追求却始终是一个可望而不可及的目标。随着数字影像的普及，摄影人在获得了前所未有的影像控制能力时才发现由于色彩知识的贫 乏，现在能够控制色彩了却不知如何控制、可以管理色彩了却不知如何管理。因此我们必须恶补有关色彩的基本知识。 色彩与形成颜色的三要素 什么是颜色

2、，颜色是我们对不同波长的光所做出的视觉响应，颜色是一种人的感觉。人们要想感知颜色，必须具备三个条件。 首先，光是形成颜色的先决条件是形成颜色的物理基础没有光一切均呈黑色。 其次，能使我们看到光线的物体有两种一种是发 光体在摄影中称为光源；另一种是不发光体，它们将光源的光线在不透明的反射体表面反射或经过透明的物体透射进入我们的眼睛才使我们可以看到颜色。在洁 净夜晚我们看不见射向天空的探照灯光柱，因为光源(探照灯)发出的定向光并未进入我们的眼睛，一旦大气有烟雾、灰尘，它们会散射部分灯光进入我们的眼睛。 此时探照灯的光柱即清晰可见了。在进入眼睛之前光的发射、反射、透射、吸收、强弱及形成的其它特征都是

3、物理过程。 最后还要涉及人的眼睛与大脑的视觉神经中枢。 受到视神经传入的信号后经过分析与处理，才能形成色彩的感觉，这是一个心理的过程。 由于通过光物体眼睛与大脑形成颜色的 过程中先后涉及到物理生理心理等因素(图1)。因此，使色彩的测量，比较，控制与管理比我们常涉及的其它物理量(如质量、长度、速度、温度等)复 杂得多。在控制与管理色彩时我们经常需要明白。在所涉及的具体问题中。哪些是物理的、哪些是生理或心理的，分门别类、分清主次分别处理，才能准确有效 地解决问题。 光的颜色属性 光是什么，在处理色彩问题时，光是一种可以被 人眼接受的电磁波。从本质上看光是电磁波，与生活中的交流电，广播、电视、手机，

4、微波通讯信号甚至透视用的X射线属于同一个大家族。光又只呈电磁波中极小 的一部分，波长大约从700nm(纳米毫微米)到390nm的电磁波只有这一部分的电磁波可以被人眼接收，形成光与色的感觉(图2)。不同波长的光 射入眼睛后产生不同的颜色感觉，具有单一波长的光称为单色光，各种波长的单色光分别形成人们可能见到的各种最纯净、最饱和的颜色。不同色光按波长从短到长 排列形成光谱典型的光谱长波端是红光，随着波长的减小依次变为橙、黄、绿、青，蓝紫。在光波的波段附近，比红光波长更长的电磁波称为红外光比紫 光波长更短的称为紫外光，虽然人眼看不到，但特殊的胶卷或光敏器件可以感受这些光线，从而形成红外摄影与紫外摄影。

5、数字相机的影像传感器对红外光十分敏 感，因此必须用红外滤光镜将其滤除(吸收)，否则所拍摄的画面将严重偏红。我们平时所见的色光与“白”光都是由多种单色光组成的混合光，三棱镜可将组成色 光或白光的各种单色光分离。 光的颜色属性常用光谱能量分布曲线(简称光谱曲线)来描述(图3b)。它表示了光线中不同波长(颜色)的光在总光量中所占的百分比，曲线越高处表明相应波长(颜色)的光线越强(图3a)。 混合光源的颜色属性与质量评估 人们在拍摄与观赏照片时最常用的是称为“白” 光的混合光。但是显然日光，白炽灯或普通荧光灯(俗称“管灯”。“日光灯”)所发出的“白”光是互不相同的。可以用混合光的光谱曲线描述它们的色彩

6、属性。 从(图4)可见日光中由于各种波长(颜色)光线分布的比较均匀，比较接近理想的“白”光。白炽灯的光谱曲线表明它所发出的光线中红，橙、黄色偏多，因此光 色偏橙红。日光灯的光谱曲线中在蓝色与黄绿色区域有几段波长的光线异军突起，致使光色偏黄绿色(图4)。用光谱曲线能够比较准确地描述光源的颜色属性但 是需要有相关的知识，为了更简明的表达光源的颜色属性，人们又引入了色温的概念。 设想在一个全黑的房间中加热一个黑铁块，常识告诉我们随着铁块温度的升高，铁块将依 次呈现暗红色、橙黄色、黄色、暖白色，白色因此可以用铁块的温度描述所发出的光色(图5)。更严格地做法是将一千置于黑暗中无可见光照射)的黑色中 空球

7、体(它可以全部吸收各种热辐射)称为绝对黑体。在球体上开一个洞，加热此球体时，可以用黑体在加热过程中，从球体洞中看到的不同颜色来表示所达到的相 应温度，称为“黑体辐射的色温”。色温用K氏温标(K氏的O摄氏度相当于-273摄氏度)计量。日光，白炽灯、日光灯等光源都只是在不同程度上接近黑体 因此我们采用最接近的黑体色温表示这些实际光源的外观颜色称为光源的“相关色温”，简称“色温”。在数字相机中也常用色温代替光源的类型设置白平衡。 在(图6)中列出了常用摄影光源与对应的相关色温，可供读者设置白平衡时参考。 这里要注意色温仅能用于描述光源的辐射(所发出的光的色彩)特性，不能用于描述物体的颜色。 人们经常

8、在日光或灯光下观察景物，并在此条件下形成了常见物体的习惯色，因此如果不能确定今后观察影像的具体照明条件，则经常用一些理想化的光源作为通用 的光源。CIE(国际照明委员会)公布了多种理想光源的特性，称为标准照明体，其中最主要的有标准照明体八色温为2856K的绝对黑体的辐射光，代表了多 数钨丝灯或碘钨灯的光：标准照明体B：代表相关色温4878K中午直射的臼光 标准照明体C代表相关色温6774K平均日光； 标准照明体D：又称为典型日光包括代表四种色温的理想日光D505004K)、D55(5503K)、D65(6504K)、D75(7604K)。 由于标准照明体D在紫外波段比照明体A、B更接近真实的日

9、光因此近年来更广泛地用D50与D65取代了标准照明体B与C。现在多数数字影像的处理中广 泛使用D65，在我国印刷行业中则以D50为主。 人们一直在努力开发各种标准光源，以便产生符合标准照明体要求的标准“白光”。 我们都知道在色光下物体可能严重偏色，例如在暗房的红色安全灯下，各种颜色的物体都明显地偏红：在不同的“白光”下物体仍会有不同程度的偏色，我们用显 色指数“Ra”表示实际光源使物体的颜色失真的程度。显然，显色指数是衡量光源正确显示物体颜色能力的重要质量指标。由于人类在漫长的发展史中长期在日光 (白天)与火光(夜晚)中工作，在这两种条件下形成了准确识别颜色的能力。因此评价一千人造光源时若源色

10、温较低，用黑体辐射的光源作为标准的参照光源，光 源的色温较高则用标准照明体D(理想的日光)作为标准的参照光源。若在实测光源与标准光源下物体呈现相同的颜色，则Ra=100Ra的值越低，表明 光源正确还原色彩的能力越差。绝对黑体发光的光谱曲线都是连续的日光的光谱曲线也是近似连续的(图4)。称为“连续光源”；有的光源(如图4中的荧光灯) 有凸起的光谱成分称为“混合光源”，试验表明只要是连续光源(如白炽灯、碘钨灯)的显色系数都可以达到95以上更可以通过特定的滤光镜，将其色温调整到 某个标准值。而对于多数混合光源，由于其光谱曲线突起的部分与理想黑体或日光的连续光源形成明显的差异因此这种光源的显色系数较低

11、，只能达到Ra=70 80。人们也无法设计出仅过滤混合光源中与凸起曲线相应颜色的滤光镜，因此虽然也有荧光灯滤光镜，但是它们仅能使多数色彩正确还原，却无法实现所有色彩 的正确再现。更一般地，滤光镜可以改变或微调光源的色温，却难于提高光源的显色指数。在各种人造光源中，内镇流式高压水银灯(Ra=30-40)与钠灯 (Ra=25)是显色质量最差的光源。在摄影中，显色指数超过75即可作为照明光源，但是在评价与对比色彩时，希望光源的显色指数至少应达到85。进一步的研究表明波长为430nm(蓝色)、540nm(绿色)与610nm红色)的色光与连续光源以适当的比例混合所产生的白光(高度不连续光源) 却可能与日

12、光、白炽灯有同样良好的显色性。现在市场上销售的三基色荧光灯就是根据这个原理制造的。 物体自身的颜色属性 不同的物体在白光下呈现出不同的颜色，是由于 不透明的物体在白光照射之下仅选择性地反射某些颜色，而透明体则仅能选择性的透过某些颜色(图1)，其它的色光在反射与透射的过程中均被物体吸收了。因此 当这些反射光或透射光进入我们的眼睛我们就看见物体呈现相应的颜色。我们用光谱反射率曲线或光谱透过率曲线来表示不发光物体的这种颜色属性，曲线的高度表 示物体对不同波长色光的反射率或透过率，最高为100相应色光全部反射或透过)、最低为o(相应色光全部吸收)。一般情况下。曲线中最高的峰值波长所 对应的颜色就是物体

13、自身的颜色。显然（图7c)表示一个绿色物体的光谱反射曲线。(图7)中其它6组都是滤光镜的光谱透过率的曲线。其中有灰镜、UV镜， 红外滤光镜等，你能将它们一一对号入座吗？（答案a.UV镜、f.灰镜、g.红外滤光镜)。用反射光观察物体的颜色时还应当注意必须利用漫反射光 线(图8b)，谨防光源的光线在物体表面经过定向的镜面反射进入眼睛。(图8a)中的照片上由于镜面反射形成耀光封面上由于混入光源的直接反射光，也降低 了反差与对比度。 也正是由于物体对不同色光选择性的反射、透射与吸收，一旦白光中混入其他色光不仅会造成偏色，还会改变景物或图片中影调与色调的分布。例如白光中混入蓝光，蓝色物体由于将额外的蓝光

14、反射出来。显得更鲜艳明亮，而红色物体由于将蓝光吸收颜色将显得更加灰暗(图9)。 使用过4色或6色喷墨打印机的影友都知道， 只要下功夫我们都能在家中用彩色喷墨打印机复制出一张与传统黑白照片同样“不偏色”的黑白照片(图10a)但是如果将这两张照片拿到日光下或其它影友的家 中，传统的黑白照片仍呈现纯正的黑白灰而打印的照片却明显地偏色(图10b)。这种两个物体在某种光线下呈现相同颜色而在其他光线下呈现不同颜色的现 象。被称为“同色异谱”现象。造成同色异谱的原因是，由于所见到的颜色是物体对入射光选择性的反射或透射)后被人眼接受并处理的结果。银盐堆积形成的黑 白照片与染料堆积的打印照片由于成色的材料不同，

15、光谱反射率不同，在某种光谱组成的光源下我们可能得到相同的视觉刺激，但是这个“相同”的基础是极其脆弱 的，一旦光源的光谱构成发生改变反射光的构成也会相应变化同时对视觉器官的刺激也随之变化，于是看上去颜色就不相同了。同色异谱首先是好事它可以帮助 我们用有限的几种颜料互相融合模拟大干世界的缤纷色彩，同时又是坏事，它使我们很难在各种照明条件下稳定地产生准确的颜色。 由于存在同色异谱现象在色彩管理的实际应用中，为了得到令人满意的颜色，最好能预先知道图像的使用场合与观看的照明条件(例如光源的类型与色温)，并在图像生成的过程中，尽量在同样的条件下观察与评价色彩。数字影像的色彩管理与色彩控制（之三）2008-

16、1-6 11:05:17 中国摄影我们常用多种名称描述各种红色，例如大红、粉红，橙红、桃红、砖红、玫瑰红、樱桃红、石竹红，洋红等，还常在前面冠以鲜、 淡、深、浅，暗、等描述语。图1是苹果与番茄的“合影”在拍摄前首先对数字相机与显示器进行了严格的色彩管理，又假设在印刷中颜色也控制得相当准确，使你 所见的图片与实物的色彩十分接近。请问：你能描述出国中的苹果与番茄的红色吗，能说出两者颜色的异同吗，显然，要想控制与管理色彩，必须掌握命名颜色的方 法、了解颜色的特征并能够找出两种颜色的差异。 从产生颜色的方法上为色彩命名有两种最常用的色彩命名方法；加色法与减色法，它们都是从产生颜色的方法中衍生出来的。

17、1加色沾 上一讲“眼睛与颜色”中曾指出，我们能够看到各种颜色是由于眼睛中有感红、感蓝与感绿三种锥体细胞，可 以分别感受红、绿、蓝三种色光，通过这三种细胞接受光刺激的不同来辨别色彩。因此人们自然想到用红、绿，蓝三种基本的光线混合(重叠相加)来形成各种颜色 并用这三种色光数量多少来命名所形成的颜色，红、绿、蓝光被称为“原色”光。 用不同量值的“原色”重叠相加形成颜色的方法称为加色法。在试验 室中投射任何颜色的光线到屏幕的一侧而在屏幕的另一侧投射3千原色光，改变三原色光的强度比例直到屏幕两侧的光看起来颜色相同，即可以知道被测色光中三 原色的成分了。试验与理论计算表明只要所用的红、绿、蓝光是独立的(每

18、种光都不能用另外两种光混合构成)都可以作为加色法的原色光。更进一步国际照明 委员会(CIE)规定用波长为700nm的红光，546.1nm的绿光、4358nm的蓝光作为标准的原色光。 让我们再作一个试验，用等量的红、绿、蓝三原色光投射到白色的屏幕上其中产生了黄、品、青三种颜色，红-绿、蓝与黄、品、青6种颜 色可以组成一个色6星形(图2)。其中形成3对互相对立的颜色-红青、绿品、蓝黄，称为互补的颜色。与三个原色对应，将青、品、黄称为补色。 在图中我们还标出了这6种色光英文名称的首字母，并引用这些字母代表相应的颜色。 根据以上实验，显然可见到当等量的色光相加时有以下的规律(图3) (1)原色+原色：

19、(第3种原色的)补色(图3a)。 (2)补色+补色：浅(更明亮的)原色(图3b)。 即色6星形上的任何一种颜色可由它两侧的颜色相加合成。 当两种不等量的原色光相加时可以得到介于两种原色之间的各种中间色(图4)。 (3)原色+对应的补色=白色，由此不难推出：三原色相加或三补色相加均为白色(图3c)。 反之从(图3c)还可以推出； (4)白色原色：对应的补色。 (5)白色补色：对应的原色。 从 (3)一(5)不难发现原色与其对应的补色间存在着一种此消彼长的关系在饱和度不变的条件下，增加一方必然减弱另一方二者不可能同时增强这在今后 调整色彩时十分重要。既然用3种原色相加可以得到各种颜色，人们自然联想

20、到用某种色光中所包含的三个原色光的量值：R(红)G(绿)、B(蓝)来命名这 种颜色，这种命名色彩的方法又称为RGB模式。例如在Photoshop中用吸管工具点击(图1)中苹果与番茄中圆圈的中心在Photoshop的颜 色面板或信息面板中立即显示出番茄A部的RGB色值约为Ra=144、Ga=45、Ba-28，苹果B处的色值约为Rb-130、Gb=35。 Bb=51(取中间值)。 加色法的特征是相加的光越多，产生的颜色越亮。等量的三个原色光相加得到白光。因此在RGB色彩模式下色值越大色彩越明亮。 在数字相机与扫描仪中，我们为感光的CCD覆盖红、绿、蓝的滤色镜阵列，测定每个像素所接受的红、绿、蓝光，

21、并将它们相加以确定每个像素所接受光的 颜色与亮度(图5)。显示器与电视机的屏幕呈以可发出红、绿、蓝光的三个光点为一组，表示一个像素(图6)虽然在放大镜下红、绿、蓝色的发光点是不重合 的，但是在正常的观察距离下，相邻两个光的距离小于眼睛的极限分辨率，此时他们的亮度与颜色均按加色法的规律融合，被眼睛视为一千光点。多数平板扫描仪与 胶片扫描仪则是用三排分别蒙着红，绿。蓝滤光镜的CCD接受3种原色光线(图7)。显然它们都是以加色法为基础显示与记录色彩的设备。 2减色法 首先让我们设想-一块黄玻璃与一块青玻璃重叠后将呈现什么颜色?第一讲中曾指出透明物体只能透过自身 的颜色从(图8a)中可见由于黄光是由红

22、光与绿光组成的因此黄玻璃可以透过红光与绿光，同样可知青玻璃能透过绿光与蓝光二者重叠后入射光中的蓝光被 黄玻璃吸收。红光被青玻璃吸收，只有绿光能同时透过二者因此黄、青玻璃重叠后呈现绿色。同理可知，黄、品玻璃重叠呈红色(图8b)，青、品玻璃重叠呈蓝色 (图8c)。而一块红玻璃与一块蓝玻璃重叠后，白光中的红光被蓝玻璃吸收，蓝光被红玻璃吸收、绿光同时被红、蓝玻璃吸收因此将呈现黑色。同样可知任意两块 原色玻璃重叠都将呈现黑色。将颜料涂到白纸上成色的原理与重叠色玻璃类似打印机与印刷机的墨水与油墨都是半透明的，光线穿透颜料再被白纸反射(图9)： 每种颜料只能透过或反射自身的颜色，在青、品、黄中任意两种颜料混

23、合或重叠均会产生一种原色，因此用黄。品、青作颜料还可以形成红、绿、蓝三种原色(图 9a)。这种用补色滤色镜或色料吸收光线形成各种颜色的方法称为减色法。与加色法最大的不同是；减色法混合的颜色越多，生成的颜色越暗理论上三种补色同 时混合则成黑色。但是由于人们难于获得纯净的黄、品、青色料，导致三种补色混合后得不到纯黑也由于一种黑色料同时使用三种色料更便宜，为此在减色法成色 时多数还必须使用黑色。减色法使用C(青)、M(品)、Y(黄)。K黑)四个色值表示颜色，色值越大颜色越暗，这种命名颜色的方法又称为CMYK模式。 几手所有的彩色打印机与印刷机都使用青、品、黄。黑颜料或油墨，因此它们都是以减色法为基础

24、的硬件设备。在Photoshop中将颜色调板设置为CMYK 模式，可以用拾色器读出番茄A部的色值为Ca=41、Ma=95Ya=100、Ka=7(图10)，苹果B处的色值为Cb=45、 Mb100、Yb=85、Kb=13。 色彩的特征 我们虽然已经从数据上分辨出了(图1)中两种颜色的差异但是由于RGB与CMYK的数值难于直接表达颜色的特征，因此仅从这些数据很难令人明白两种色彩的特性与视觉上的差异。 我们平时是从颜色的三大特征对颜色进行辨认的即色相，饱和度与明度。这正是我们的眼睛与大脑对组成色光的光谱成分所产生的生理与心理的感觉。 色相(Hue)又称色调，是颜色感觉最基本的特征。颜色的基本名称红、

25、橙、黄、绿、青、蓝、紫就是根据色相确定的。前面所说的 桃红、橙红、洋红、砖红等则是对红色从色相上进一步地细分。一旦颜色的色相进入了另一种颜色的范围，人眼会立即发现它的变化。色相是人眼对色光主波长的认 知。所谓主波长是指与混合光线色相相同的单色光的波长图11a)。由于自然光中无品色，我们所见的品色都是由红光与蓝光合成的，因此品光对应着红。蓝两个 波段的主波长(图11b)。 明度(Lightness或Value)表示颜色明暗的程度，对于单色光，明度表示了光线的强弱对于 物体，明度表示物体反射或透射光线的能力，反射率越高，明度就越高。人们常用“深”、“浅”表示颜色的明度，例如“深红”、“浅红”。在色

26、光的光谱分布曲 线中，明度表示波峰与波谷平均值的大小。涉及到色彩的明暗时还要注意明度与亮度的区别：亮度是指色光所含光能量的大小，是一个物理量，可以用各种仪器直接 测量。明度则是人对色彩明暗程度的心理感觉，它与亮度有关，但不成比例。此外明度还与色光的色相有关，对于不同色相的物体。即使亮度相同明度也不同，黄 色、黄绿色最壳、蓝紫色最暗。(图12a)是几种亮度相同、明度不同的颜色的外观效果，(图彩的明度差异。(图12c)是将(图12a)用 Photoshop的“去色”处理之后阶调相同，证明原(图12a)各色块的亮度的确相同。这个试验表明，明度不仅是人对色光物理特征的生理反映，还包含 着复杂的心理因素

27、。 在RGB色彩模式中，三个色值越高颜色的明度越高，在CMYK模式中四个色值(尤其是K值)越高色彩的明度越低。 饱和度(Saturation)有时又称彩度(Chroma)，表示颜色纯净(鲜艳)的程度实际上是显示出色光中彩色成分与消色 成分(中性色如黑、白、灰)的比例关系。中性色越多，饱和度越低。从色光的光谱分布曲线看。表明曲线波峰与波谷差值的大小，差值越大，饱和度越高。特 别要注意的是：当颜色由于加入白色或黑色而降低饱和度时，还会伴随着明度的变化(图13)。例如与“鲜红”相比，“粉红”与“暗红”不仅饱和度较低，明度 也不同。饱和度与彩度在表示方法上略有不同，饱和度常用纯色成分在总色彩成分(纯色

28、成分+中性色成分)中所占的百分比表示，而彩度则常用于表示色彩中纯色 成分的主观相对量(见下节“孟塞尔系统”的彩度)。饱和度还会受到物体表面特性与照明光线特性的影响：粗糙表面或散射光照明都会降低饱和度。 一般情况下在以上两种色彩模式中，R、G、B和C、M、Y色值中最大值与最小值相差的越多，饱和度越高。 一个从事色彩设计与色彩复制的人，经过实践的锻炼，能够辨认超过130种色相的颜色。在此基础上进一步通过对不同明度与饱和度的辨识，在中等亮度下可分辨的色彩总量可达数十万种。 我们是用色相、明度与饱和度来辨识与评价颜色的，而RGB与CMYK并不能直接反映色彩的这些特征，现实生活中的诸多形容词又无法定量的

29、描色彩。因此我们更愿意使用一些能够直接表现色彩大特征的颜色系统，这就是我们下节将要研究的题了。数字影像的色彩管理与色彩控制（之四）2008-1-7 11:43:25 钱元凯中国摄影 在上一讲中我们提到两种形成颜色的方法加色法与减色法，它们又分别对应着两种描述颜色的色彩系统RGB与CMYK，还提到色彩有三个重要的属性色相、 饱和度与明度。但是用RGB与CMYK命名颜色时如西红柿与苹果的RGB值)却难于直接判断相应颜色的三个色彩特征。为了能够直观地体现出颜色的三个特 征，人们提出了许多表示颜色的色彩模型，其中又可分成色彩的混色表示法和色彩的显色表示法两大类。 色彩的混色表示法 混 色系统认为各种颜

30、色均是以红、绿、蓝三种色光混合后形成的。对于不发光的色料其颜色则是由它所反射或透射的三原色色光的比例确定的。因此可通过测定色彩 中三原色的比例确定色彩的特性。混色系统最常用的几种表色法都是由国际照明委员会C，E)制定的。因此这些色彩模型又称CIE表色法。混色法既可用于光 源也可以用于反光或透光的物体。 1CIE1931、CIEl964色度图与CIE-XYZ色彩系统 在上一讲中曾提到色光可以用其中所包含的三种原色光的数值日、G、B表示称为该颜色的三刺激值。我们把以下三千量称为该颜色的色度坐标：r=R(R+G+B)g-(R+G十B):b=B(R+G+B)。 根据以上三个公式不难看到三个色度坐标间存

31、在着r+g+b=1的关系。此时某颜色C的色彩特性可以表示为C：为 了便于使用，CIE在1931年对上述色度坐标进行了适当的变换，用3千理想的原色光x(红光)、Y(黄光)Z(绿光)代替RGB，用XYZ的色度坐标 xyz代替rgb此时三个色度坐标间仍满足x+y+z=l的关系，得到了著名的CIEl931标准色度系统及相应的色度囤(图1)。色度图又称色晶 图CIE1931色度图呈马蹄型包括了人眼可以见到的所有颜色。色度图中的弧形边界对应于所有光谱中的单色光，最右下侧是波长为700nm的红光，最左 下侧是波长380nm的蓝紫光，色度图下侧的直线边界表示不同强度的红光与蓝光可以混合出的各种品色光，这些光线

32、在光谱中没有只能靠人工合成出来。色度 图的边界色是人眼所能见到的饱和度最高的颜色。马蹄型区域内则包括了人眼可以见到的所有颜色的色度(色相与饱和度)值，相应颜色的明度则由垂直于xy平面 的高度Y表示。在xy色度图中x=y=0333刚点E也表示白点，过E点垂直于xy平面的垂线是明度轴轴上的点代表了所有黑、白、灰的中性色(图2)， 因此我们得到了一个用以表示颜色的立体模型其中的每一千点(例如A点)对应于一个特定的颜色，点A的高 度Y表示此颜色的明度，点在xy平面上的投影A，表示此点的色度：从白点E过A引直线与曲线轮廓相交，交点的波长表示颜色A的主波长从而表示出颜色A的色 相，A到E的距离表示了该颜色

33、的饱和度，色度坐标距离E越近饱和度越低。通过计算可以得到在2的观察角D65的光源下，上期图1中西红柿A区在XYZ系 统中的色坐标是明度Ya=10。色度xa0.59、ya=034，图中A点就是西红柿A部在色度图的xy平面上的投影点。而苹果B区的色度坐标则为 Yb=8。xb=057yb=0.29。它对应于色度图中的B，点，直线EA及EB与色度图的曲线轮廓分别交汇于A”与B”处可见西红柿的红比 苹果略偏黄(图1)。YaYb表明西红柿更亮些色度图不仅能表达各种颜色的色彩特性，还能褒现出各种相关色彩间的关系： a.(图1)上色度图内的曲线表示出绝对黑体不同色温的色度轨迹，又称为黑体轨迹。相应光源酌色度点

34、在此轨迹附近光源的显色系数越高。与此轨迹的重合度越好。 b.当某物体的色度坐标确定之后，不同色温的光源下该物体呈现的颜色可由色度轨迹相应点向该物体色度点所引直线与色度图交点的主波长决定。 图1显示了D65光源下A与B主波长。 c 通过光源色度点E向某颜色色度点所引直线的反向延长与马蹄形轮廓相交，交点处的波长代表了该颜色补色的主波长。例如样品M的补色主波长为480nm(图 3)。色度囤中直线部分没有相应的波长，则可以用对应的补色光波长表示其色相习惯上在主波长前标注负号或在后面加注“C”，表明是补色波长，例如样品 N的主波长为500nm。 d.两种色光以不同强度混合所能形成的颜色全部分布在联结两个

35、颜色的色度点的连线上。混合光色度点到连线两端的距离与两个光线的强度成反比。 如图4中红光日与绿光G混合可能形成的颜色的色度坐标均在直线RG上。 e三种不同色光混合所能形成的颜色分布在以三个色光色度坐标为顶点的三角形中。以显示器为例。上一讲 曾经指出；显示器显示的颜色都是由红、绿、蓝三种光点融混形成的因此显示器三种光点的色纯度与饱和度就决定了显示器的彩色显示质量，显然在图4中B显示 器在色彩饱和度与可显示的空间上都优于A显示器。图4中白色折线所包围的范围是某喷墨打印机可以产生的色彩范围，显然它与显示器的色域不同：在红。绿。蓝 色上不如显示器但是青色的色域比显示器略大。由于CIE1931的标准色度

36、图能够十分有效地描述色彩的特征及色彩形成的过程，还可以形象的显示各种硬件系 统的色域，因此在涉及描述硬件的色彩特性时得到了广泛的应用。 考虑到人眼在14小观察角范围内对颜色的识别能力与10较大视场 下的差异，国际照明协会在1964年又公布了基于10观察角下的CIEl964标准色度系统的色度图及相应的计算方法。从图5中可以见到，虽然二者的形 状与光谱色的位置有所不同，但是对于大多数的摄影人，可以忽略其中的差别。 CIEl931色度固有一千致命的缺陷，它是一千视觉非均匀的系统。我们把视力难以察觉的颜色变化的范 围称为颜色的宽容量，可以用色度囤中椭圆区域表示某种颜色的宽容量，麦克亚当的试验表明在CI

37、El931或CIEl964色度图中(图6)，25种颜色的 宽容量及椭圆长轴的方向均不相同，尤其是绿色的宽容量比蓝色的大30余倍，这表明在这种系统中无法建立一个对各种颜色均适用的统一的公差范围，因此这两种 色度系统很难用于色彩的质量控制与质量评估。 2CIE1976L*u*v均匀色彩空间 国际照明协会首先于1960年在CIEl931 色度图的基础上压缩绿区拉伸蓝区，推出一种新型的色度图此后几经修订，最后成为CIE1976L*u*v*均匀色彩空司它用L表示明度，用 u、v作为色度坐标。从图7可见，在L*u*旷色度图上，25种颜色的宽容量椭圆区大小比较一致，表明这是一种比较均匀的颜色空间可以用两个色

38、度点之 间的距离直接表示颜色的差异。目前常用于表示光源色及彩色电视机的色彩监控与测量。 3CIEl976L*a*b*均匀色彩空间。 此 色彩空间由3千互相垂直的坐标轴a*，b*与L*组成：其中+a*(a轴的正方向)表示红色、-a*a轴的负方向)表示绿色。+bt(b轴的正向)表示 黄色、-b*(b轴的负方向)表示蓝*色。数值均在120-120之间。L*表示明度其值在0-100之间。显然在住L*a*b*色彩空间中点的高度 表示明度(L)，以明度轴为中心，色度点的半径表述饱和度(C)，过色点的半径绕L轴的夹角表示该点的色相角(H)由此组成一个以L轴为轴心的 Ltctht圆柱坐标系(图8)。在Phot

39、oshop中用拾色器点击上期图1中西红柿和苹果的A区与B区在拾色器对话窗中直接显示A区的色度 LA=38、aA=51、bA=44，8区的色度值LB-34。aB=50、bB=23。从LALB可知西红柿的A区明度更高。将这两个色度坐标 标注到L*a*b*的色彩空间上(图9)立即显示出西红柿比苹果更偏橙黄色，而且饱和度略高。 数字影像的色彩管理与色彩控制（之四）2008-1-7 11:43:25 钱元凯中国摄影在L*a*b*色彩空间中：两个色点间半径之差表示饱和度之差，高度之差L表示明度之差，色相角之差h表示色相差。两个点之间的距离：表示两种颜色间的总色差。 L*a*b*色彩空间是一个比较均匀的色彩

40、空间，只要两个色点间的距离相同，二者间颜色的差异给人的感觉都是相同的。L*a*b*色彩空间的均匀性优于L*u*v*，因此实践中常常设定一个E作为控制色彩的公差。常用的色差值如下表所示； 最后，由于L*a*b*的色彩空间十分宽阔，包含了自然界中所有的颜色，而且可以适用于各种硬件设备，因此现在广泛用于染料、颜料。油墨工业今后我们在数字影像的色彩管理与色彩控制中也主要使用L*a*b*色彩空间。 4HSB色彩系统 HSB 色彩系统与Ltat旷有些类似，也是一千圆柱状的色彩系统(图10)。也是用高度表示明度(B)，用半径表示饱和度(S)、用圆周方向的色相角表示色相 (H)。但是它的色相分布的规律与L*a

41、*b*不同色相角0120、240方向对应红，绿蓝色相角60、180、270方向对应 黄、青品，因此在它的色相圆上，任意一条半径的两端的颜色恰为互补色。由于它直接用颜色的三千特征作为建立色彩空间的3要素，因此利用他的色值可以直接 判断出颜色的特性。数字影像的色彩管理与色彩控制（之五）2008-1-8 10:21:00 钱元凯中国摄影一，色彩管理的必要性 色彩管理首先是随着工业化大生产彩色印刷而产生的，与其它现代生产工艺一样人们希望保证产品质量；即 色彩、阶调的一致与稳定，为此人们开始用定量的数据描述与定义色彩。在前面的四次讲座中，我们为读者展示的正是人们从定性到定量认识色彩的过程。计算机的 应用

42、大大促进了影像数字化的进程，数字化的最大优点就呈便于稳定而可靠地复制与传输信息。实践表明计算机的数据传输、数字通讯、数字音响数字电视， 都比传统模拟信号的传输更准确可靠。但是影像的数字化也带来了一系列的问题，当我们用数字相机与扫描仪代替胶片、用显示器代替双眼、用打印机代替印相放大 之后，本来期望能够得到始终如一的影调与色彩的还原，实际上却经常让我们大失所望：在自己的电脑显示器上精心调整的影像用数字彩扩或打印机输出后面目全 非使用代用墨打印的图片经常惨不忍睹。即使以顶级扫描仪扫描的影像经高档激光放大机放大后与原件也可能有明显的差异。这主要是由两种原因造成的；1设备呈色的原理与色域不同 在第三讲与

43、第四讲中我们曾经指出显示器与扫描仪都使用加色法的原理工作但是成色的方法却并 不相同：CRT(显像管)显示器用电子束轰击荧光粉呈色(图1a)，LCD(液晶)显示器用滤色片过虑背光灯管的灯光呈色(图lb)，扫描仪则是原稿的光 线经滤色镜过滤后在CCD上呈色(图1c)。荧光粉所呈现的红，绿、兰光与液晶三原色滤色片所透过的红绿，蓝光，液晶屏幕显示的三原色光与扫描仪 CCD透过三原色滤色片所能记录的红、绿、蓝光都不可能相同。每个设备都只能复制出一定范围的颜色，这个颜色的范围称为设备的色域。第四讲中我们曾经谈到 在二维CIE1931色度图中，以红、绿、蓝色光为基色通过加色法混合所能形成的各种颜色的色域呈以

44、三原色色度坐标为顶点的三角形。因此可以想到CRT、 LCD、扫描仪所能呈现的三原色不同必将导致它们的色域也不同。多数打印输出设备都用黄、品、青、黑等补色通过减色法成像，它们的色域呈现更复杂的多边 型。图2表明的是：打印机无法输出显示器所能显示的红(B区)、绿(A区)与蓝(C区)色，显示器则不能显示打印机产生的某些黄色(D区)与青色(E 区)。一般情况下，以减色法工作的打印机、印刷机与加色法呈色的设备因不同的呈色原理各有不同的色域，这些色域的差异使一些颜色只能在特定的设备上产生出 来。 2设备的个体差异 同类的设备由于材料、结构、设计的不同，仍会存在差别。例如在LCD中背光灯的色温不同、原邑滤光

45、镜 的颜色不同也会导致不同的显示效果。喷墨打印机墨水成分、打印纸张、墨滴大小与排列方式、打印精度的不同则会输出不同的色彩与阶调。即使是同一型号的设 备，由于元器件性能的差异及制造与调整的误差也会形成个体间的差异，设备的老化则会造成自身特性的漂移。图3是在同一台爱普生830打印机上使用四种不同 的墨水打印同一组红，绿、蓝与黄、品、青数据文件的试样，在色相与饱和度上都互不相同，尤其是青、品、绿色的差异更为明显。显然用这些墨打印同一幅图片很 难得到相似的结果。 因此，一个数字影像在不同的设备间传输与处理时，若影像的色彩数据保持恒定，形咸的颜色外观必然会发生变化，这是一种非常正常，但又令摄影人不可容忍

46、的现象，解决的方法就是色彩管理。 二、色彩管理的基本任务 为了保证颜色感觉(人们所见到的实际颜色)在整个数字影像处理与加工过程中的稳定性与一致性，色彩管理要解决两个主要的问题。 1传递颜色的含义在每个特定设备中，R、GB或C、M、Y、K到底表示什么样的颜色感觉，即赋予每台设备的每一组颜色值以特定的颜色含义。 2保持颜色感觉在加工处理过程中的一致性：改变发送到不同设备上的颜色数据值，使得它们在不同的设备上产生尽可能相似的颜色感觉。图4表示如 果一组相同的色彩数据未经色彩管理，在不同的显示器与不同的色彩空间中会呈现不同的颜色；而加入色彩管理之后，一个原始的颜色以不同的R、GB值输送到 不同的显示器

47、与不同的色彩空间中，就能呈现出尽可能相同的颜色感觉。 三、色彩管理系统的组成 色彩管理系统(ColorManagementSysetem，简称CMS)由四个主要部分所组成 1.特性文件连接空间(ProfileConnectionSpace简称PCS)； 2特性文件(Profile)又称为“色彩描述文件”，“色彩配置文件”、“配置文件”等：3色彩管理模块(ColorManagementModel简称CMM)；4转 换意图(Intent)，又称为“再现意图”。1.所谓PCS实际就是指与设备无关的色彩空间，他表示了所处理颜色的实际的色彩感觉。 在上一讲中我们曾经指出：RGB与CMYK色彩模式仅适用于

48、特定的设备(例如RGB模式主要用于显示器、扫描仪等输入设备)，本节中也曾经提到。不同的显示器中，同样的日GB会呈现不同的颜色而相同的颜色却对应着不同的RGB值。因此RGB与CMYK等所构成的色彩空间都是与设备相 关的色彩空间，只有与产生颜色的具体设备相联系，才能确定这些色彩的实际颜色感觉。若在色彩管理系统中仅使用RGB或CMYK表示颜色，当色彩从某个设备 转入另一个设备时，必须根据这两个设备的特性作相应的转换才能保持颜色的外观(感觉)一致。若某个硬件系统有N个输入设备，M个输出设备，用这些设备 工作时必须准备好NxM个转换关系，才能保持色彩在各个设备间稳定地传输(图5)。如果用这种方法管理色彩

49、。每个设备必须与其他具体设备相连才能实现对色 彩的监控，这不仅增加了工作量，而且不具备通用性。在上一讲中我们曾经指出CIEXYZ与CIEL*a*b两种色彩模式与设备无关，它们的每一组 数值都代表了XYZ或L*a*b*色彩空间中一个确定的颜色感觉。而且这两个色彩空间又足够大，能够包容人眼所能看到的所有颜色。因此在色彩管理系统内部 用CIEXYZ或CIEL*a*b*描述颜色，称为特性文件连接空间。任何输入设备产生的色彩先从RGB转换为XYZ或L*a*b*，即色彩管理系统内 部保存的是实际的颜色感觉(颜色外观)，需要输出时再转换为相应输出设备所需要的RGB或CMYK值。这样每个设备仅需具有自用的RG

50、B或CMYK与 L*a*b*(或XYZ)的转换关系，就可以在各种设备之间交流数据时保持色彩的一致与稳定。正是利用了与设备无关的PCS，在N个输入设备与M个输出设 备的图像处理系统中，仅需要准备N+M千转换关系，就可以可靠地传递色彩了(图6)。 2特性文件(Profile)表示一个特定的设备(例如一个打印机或一类打印机)或一个特定的色彩空间(例如sRGB)中与设备相关的RGB(或CMYK)色彩值同与设备无关的L*a*b(或XYZ)所确定的色彩感觉之间的转换关系。 特性文件拄用途可以分为两大类：源特性文件与目标特性文件。源特性文件用于将色彩从设备相关的色彩空间换为与设备无关的色彩空 间以便告诉色彩

51、管理系统图像文件中的色彩值到底表示什么颜色；反之，目标特性文件则用于将色彩从与设备无关的色彩空间转换为与设备相关的色彩空间， 指明需要什么样的色彩值才能在目标硬件上复制出所需要的颜色(图7)！ 使用中应当注意，勿将源目标特性文件与设备特性文件相混淆。有 三种设备特性文件：输入设备、显示器与输出设备的特性文件。输入设备(如扫描仪、数字相机)的特性文件都是源特性文件，它表明由这些设备产生的色彩值，到 底表示什么颜色。显示器与输出设备如打印机、印刷机、打样机)的特性文件则是由源特性文件与目标特性文件共同组成的。当从计算机向显示器或打印机传输数 据时，需要使用它们的目标特性文件。当利用显示器调整图像后

52、向计算机存储图像时，需要显示器的源特性文件，以便计算机能真正存储显示器所显示的颜色。同样 用打样机模拟印刷机的效果或用显示器模拟打印机实际打印输出的效果(即软打样)，则需要用印刷机或打印机的源特性文件，告诉计算机印刷机或打印机将要 输出的实际颜色，以便打样设备进行模拟(图8)。 数字影像处理设备推出不久，各生产厂商就推出了各种色彩管理系统及相应设备的特性文件，以便使这些设备能尽量准确地处理色彩。但是由于这些文件与 系统格式不同、互不兼容，无法协同工作难于推广使用。后来由多家公司组成了国际色彩联盟 (InternztionalColorConsortium简称ICC)(图9)。ICC制定了统一的

53、，开放性的特性文件格式，只是支援ICC格 式的任何色彩管理系统都可以使用ICC特性文件，并达到同样的效果，因此附带ICC特性文件的硬件设备在任何一个符合ICC格式的色 彩管理系统中都能正常工作，嵌入了ICC特性文件的图片都能显现其本来的色彩，这才促使色彩管理工作得到广泛的应用。 今后在我们的讲座中所涉及的特性文件全部都是ICC特性文件。 为减少文件 量特性文件只能在源或目标色彩空间与PCS之间给出一些特征色(或典型色)的转换对照表或转换公式。CMM就是要从特性文件所给出的有限色彩的对照表 (或转换公式)中推算出影像中所有色彩的转换结果。不同厂家的色彩管理软件会给出不同的CMM，它们在实际工作中

54、会得到略有不同的结果。如果没有特殊的要 求，建议色彩管理的工作流程中坚持使用同一个CMM。Photoshop是被摄影人广泛使用的具有完善色彩管理功能的图像处理软件。只要使用了Photoshop调整图像，无论你是否懂得色彩管理，作 为使用者你都已经自觉或不自觉地参与了Photoshop的色彩管理工作。因此我们就以Photoshop为例，研讨如何利用应用软件的色彩管理功能控制 与管理色彩。 一，特性文件的标记、指定、嵌入与假定 一个具有色彩管理功能的应用软件，其重要的特征就是能够识别图像文件中的特性文件(又称为“配置文件”，注1)，并根据这个特性文件还原图像的实际颜色。在这种应用软件(例如Phot

55、oshop)中有四种将图像文件与特性文件发生联系的行为方式。 1标记特性文件：将图像文件与特性文件永久连接在一起的行为的总称。所谓缺少特性文件的图像就是指一个未经标记的图像文件。 2指定特性文件：表示在图像处理的流程中用一个特性文件标记图像文件的行为。 3嵌入特性文件：将特性文件与图像文件共同保存的行为，因此“嵌入”是特指在存储时标记特性文件的行为。一个图像一旦嵌入了特性文件之后，它的颜色就被明确的确定了。因此在图像处理的工艺流程中嵌入特性文件是保持图像颜色稳定传递的最保险的方法。 4 假定特性文件：处理未标记的图像文件时用一个默认的特性文件(在Photoshop中就是指工作空间的特性文件)将

56、图像的数据转换成颜色。假定的特性文件 不会与图像一起存储，每次打开时，图像的颜色会随着不同的默认特性文件而变化。因此假定“特性文件”是保持图像颜色不被标记的惟一方法。 二、颜色设置 在初次使用Photoshop时应当首先进行“颜色设置”。所谓颜色设置就是根据你的工作特点选择使用Photoshop进行色彩管理的基本方案。如果你至今还未做此项工作，请按以下步骤完成它。 启动Photoshop，选择“编辑”菜单的“颜色设置”，进入“颜色设置”的控制面板(图1a)。 此后可以在两种水平上进行颜色设置。 1选择一项默认的“设置。这是一种“傻瓜式”的选择，适于对色彩管理知之甚少的初级用户或符合以下使用条件

57、的用尸。 在“颜色设置”面板最上面“设置”对话窗（图1a）中可以弹出许多选项(图1b)，如果你处理的影像主要用于印刷出版，请与承印的印刷厂联系，与它们使用相同的“(日本、欧洲、北美)印前选项” 多 数摄影人可以考虑使用“美国印前默认设置”。如果你的影像主要在自己的屏幕上观看并用中低档自台式喷墨打印机打印，则可以考虑使用“Photoshop5 默认的色彩空间”。除此之外，“Web图形默认设置与“日、美、欧的WebInternet”设置(主要适用于网络传输)、“显示器颜色”(常用于视频 输出)、“日美、欧常规设置”、“关闭色彩管理”、“模拟Photoshop 4”等选项，色彩管理功能较弱，一般摄影

58、人不宜选择。一旦选中以上任何一种定制的设置，颜色设置面板中全部对话框的内容立即自动设置完成。 2制定个人的颜色设置。你还可单独确定对话框中的任何一个选项，以满足个人特殊的需要，此时“设置”对话中的名称自动变为“自定”，下面着重讨论一些常用的选项。以便读者能根据自己的使用特点，定制自己的颜色设置方案。 (A)工作空间：可以从弹出的相应列表中，确定不同色彩模式下Photoshop默认的色彩空间。当新建图像、打开未标记的图像或转换不匹配的图像时，默认使用这些色彩空间作为工作空间。默认的工作空间主要有以下4类： RGB模式(图1A)：点击对话窗，弹出的下拉列表中主要有5种RGB的色彩空间(图1c)，多

59、数中高级的摄影人(特别是作品广泛用于高档印刷出 版的职业摄影师)或在相机中使用AdobeRGB色彩空间拍摄的用户，优先选择AdobeRGB(1988)”、使用民用数字相继、用彩扩或打印机输 出的普通人士可以选择“sRGBIEC61966-21”，主要用于屏幕观察或网上传输的用家则可以选用“显示器RGB。 CMYK 模式(图Ia)：处理用于印刷出版的CMYK图像时默认的色彩空间，同时也定义了Photoshop将RGB图像转换为CMYK图像时的转换、显示与 预览的方式。点击对话窗，可以从弹出的下拉列表中选择印刷输出单位所使用的CMYK色彩空间的标准(图1d)。 灰色模式(图1a)。处理灰度(黑白)

60、图像时默认的工作空间，同时还定义了灰度图像在显示器上显示的方式(Gamma值)及印刷时墨点在纸张上扩散的特性(点增益，又称网点扩大率)。点击对话窗，可以从弹出的下拉列表中进行选择(图1e)。 一般摄影人优先选择自用显示器的Gamma值(例如PC机用2.2、苹果机用18)。用于印刷的图像则可以选择承印厂商使用的点增益值，由Photoshop自动补偿由于墨点扩散对图像明暗层次的影响。 专色(图1a)。供高档专色印刷的图像使用，选择承印厂家使用的专色网点扩大率。 (B)色彩管理方案：在处理图像的过程中，确定图像的特性文件缺失或与默认的工作空间不匹配时进行色彩管理的原则。 无论在RGB、CMYK或灰度