為什么投影機需要強調色準？

　　何為「準確」的色彩？

　　我們又如何以「準確」的方式來(lái)量化色彩？

　　討論這個(gè)話(huà)題前，我們先來(lái)談?wù)劄槭裁戳炕蕦τ跀z影師、設計師、影像專(zhuān)業(yè)人員，以及紡織服裝行業(yè)從業(yè)人員等等如此重要。

　　當我們試圖描述一種色彩，最常見(jiàn)的做法就是將某種色彩和具體對象連結起來(lái)。

　　例如，當我們說(shuō)起「紅色」，人們通常用「蘋(píng)果」來(lái)描述「紅色」。但我們究竟在談?wù)撌裁礃拥奶O(píng)果?我們心中所想的是同一種蘋(píng)果嗎?

　　看看圖1，在不同品種的蘋(píng)果中，至少有七種不同的「紅色」色調，更別提最后一個(gè)了，它甚至不是紅色的。

圖1: 不同品種的蘋(píng)果

　　因此，當我們使用對象來(lái)描述色彩時(shí)，會(huì )存在差異。我們需要找到一種可靠的方法，來(lái)減少溝通中的差異。

　　色彩空間

　　人類(lèi)傾向于使用「數字」進(jìn)行準確的測量，好比我們使用數字來(lái)描述長(cháng)度、重量等等。這樣當顏色A和顏色B具有相同的數值，我們可以說(shuō)它們的顏色是相同的。

　　早在1913年，CIE——國際照明委員會(huì )(Commission Internationale de l´Eclairage，法語(yǔ)名稱(chēng)簡(jiǎn)寫(xiě)為CIE)，定義了XYZ三基色系統，用來(lái)量化人類(lèi)可以感知的顏色。

　　XYZ值是通過(guò)將以下三個(gè)屬性相乘構成的：光源的光譜功率分布、目標對象的反射率，以及用于描述人類(lèi)視覺(jué)系統特性的標準觀(guān)察者函數。

圖2: 計算XYZ值的公式

　　結果是，當顏色A與顏色B具有相同XYZ值時(shí)，可以說(shuō)顏色A和顏色B看起來(lái)一樣。

　　使用數值定義色彩的另一個(gè)好處是，我們可以用坐標系統輕松地表示色彩。這形成了一個(gè)色彩空間(色域)。

　　我們使用色彩空間(色域)來(lái)共同定義顯示于熒幕上的、由打印機生成的，或者是由相機捕獲到的色彩范圍。常用的色彩空間，主要有RGB、CMYK、HSV、CIE XYZ、CIELAB。

圖3: CIE 1931 xy色度圖   圖4: CIE 1976 uv色度圖

　　圖3顯示了1931 CIE xy色度圖，它代表人類(lèi)可以感知的所有顏色。然而，這張圖并未真實(shí)反映人類(lèi)視覺(jué)系統的敏感性。

　　以藍色和綠色為例，人類(lèi)對藍色非常敏感，但是對綠色不太敏感：多一點(diǎn)的紅色我們認為是紫色，而一點(diǎn)點(diǎn)的綠色我們認為是青色。

　　這種現象并未體現在圖3，即CIE 1931 xy色度圖中。因此，在1976年，UV色度圖被提上臺面，用于反映人類(lèi)視覺(jué)系統的感覺(jué)。

　　現在，我們已經(jīng)定義了一個(gè)以數字形式來(lái)描述色彩的系統。

　　接下來(lái)的問(wèn)題是，我們如何測量顏色？

　　我們可以用尺子來(lái)測量長(cháng)度，用秤來(lái)測量體重，而當我們測量色彩時(shí)，我們需要首先測量光線(xiàn)。測量光線(xiàn)不像使用尺子或體重秤那么容易，但是有一些儀器可以幫助你。例如，我們可以使用分光輻射度計來(lái)測量光線(xiàn)的光譜功率分布。

　　但是，這些儀器體積龐大、價(jià)格昂貴，攜帶不方便。因此，有人開(kāi)發(fā)出一種更簡(jiǎn)單的稱(chēng)為「比色計」的設備。比色計通過(guò)一組XYZ濾光片測量光線(xiàn)，因此速度比光譜輻射計快，但精度較低。

　　(*XYZ濾光片: 光學(xué)濾光片，以每個(gè)波長(cháng)的透射率來(lái)模擬XYZ值的光學(xué)特性。)

　　如前所述，當我們有一組相同數字的XYZ值時(shí)，我們可以說(shuō)這些顏色看起來(lái)是一樣的。但有些時(shí)候XYZ值不一樣，然而看起來(lái)還是很相似的。

　　例如，當我們在明亮的房間里看到明亮的光線(xiàn)，而在昏暗的房間里看到明亮的光線(xiàn)時(shí)，測量到的XYZ值不一樣，雖然光強度可能不同，但我們仍然感覺(jué)到相同的光線(xiàn)色彩，以適應我們的視覺(jué)系統。

　　另一種情況是比較不同媒體的色彩。例如一個(gè)來(lái)自顯示器，一個(gè)來(lái)自印刷的紙張。我們需要另一個(gè)度量來(lái)量化這種自適應現象。

　　L*a*b*色彩空間(如圖5所示)隨后被提出，用于實(shí)現「標準化」目的。它將一個(gè)場(chǎng)景或媒體(如紙張)中最亮的水平定義為100，然后比照最亮光線(xiàn)將所有其它顏色規范化。因此，現在我們可以比較來(lái)自不同媒體、不同強度或色彩的光線(xiàn)了。

圖5: L*a*b*色彩空間

　　色彩感知的差異性

　　當我們看兩個(gè)相似但略有不同的顏色，我們會(huì )想知道這些顏色有多接近嗎?如果不用數字來(lái)表示，我們可以說(shuō)「很接近」，但究竟有多么接近?「接近」的定義又是什么?畢竟顏色的感覺(jué)因人而異。

　　人和人之間存在細微的生物差異，因此我們感知色彩和識別顏色的方式也會(huì )有所不同，于是確定對象的顏色也變得主觀(guān)起來(lái)。

　　比如，以下面為例，有些人可能會(huì )把它的顏色稱(chēng)為藍色，有些人可能會(huì )說(shuō)它是綠色的，甚至還有人可能說(shuō)它是青色的。針對一個(gè)對象的色彩，想要提供十分準確的描述，對普通人來(lái)說(shuō)其實(shí)是相當困難的。

　　而我們平時(shí)講的「真色彩」(true color),是基于現實(shí)世界原始圖像的準確色彩表現。

　　使用XYZ色彩空間或L*a*b*色彩空間，我們可以量化色彩之間的差異。通過(guò)計算特定色彩空間中兩種顏色之間的距離(通常使用L*a*b*色彩空間)，可以獲得差值。這個(gè)差異值被稱(chēng)為「色差」。我們通常使用delta E *來(lái)標識「色彩差異」。

　　色差公式最簡(jiǎn)單的版本稱(chēng)為delta E* 76 ( delta E*ab)，而在紡織和印染行業(yè)則使用更復雜的公式，它在1994年被宣布，因此也稱(chēng)之為delta E * 94。

　　在公元2000年，研究人員開(kāi)發(fā)了一個(gè)更新版本的色差公式，以真實(shí)反映人類(lèi)視覺(jué)系統的感知。它被稱(chēng)為delta E * 2000(delta E*00)。

　　而由于大量研究工作使得計算值與人類(lèi)感知之間的相關(guān)性更高，因此delta E*00現已成為國際標準，推薦在所有科學(xué)研究工作中使用。

　　正如我們在上面公式中看到的那樣，需要兩組L*a*b*數值。如果我們需要判斷特定顏色的準確性，則需要一組測量的L*a*b*值和一組定義的L*a*b*值。我們可以使用前面提到的工具來(lái)獲得測量值，但我們如何獲得「定義值」或「標準值」呢?

　　定義值」或「標準值」可從標準圖表獲得(見(jiàn)圖6)。這些顏色圖表為圖表中的所有顏色定義了L*a*b*值，并且每個(gè)圖表都非常仔細地生成以滿(mǎn)足公差。因此，這些圖表可用作參考，因為這些值不會(huì )改變。

圖6-1: X-rite標準型色卡

圖6-2: X-rite數碼SG校色卡

　　為了判斷色彩的準確性，經(jīng)常使用delta E*00。delta E * 00 <1.00意味著(zhù)專(zhuān)家在比較兩種顏色時(shí)沒(méi)有可察覺(jué)的差異。delta E * 00 <3.00意味著(zhù)對典型的人來(lái)說(shuō)察覺(jué)不到顯著(zhù)差異。 (這里的專(zhuān)家包括色彩科學(xué)專(zhuān)業(yè)人士、經(jīng)驗豐富的攝影師、設計師或影像專(zhuān)業(yè)人士等)

　　總之，我們已經(jīng)掌握了如何使用數字來(lái)定義顏色及其背后的原因。我們還明確了每個(gè)色彩空間之間的差異，如XYZ和L*a*b*。最后，我們學(xué)習了測量顏色的方法，以及如何定義色彩差異。使用delta E*00值，我們可以判斷顏色是否準確。

　　關(guān)于色彩

　　在人眼視網(wǎng)膜中，有兩種類(lèi)型的細胞負責對于色彩的感知：一種是桿體細胞(rod)，一種是椎體細胞(cone)。

　　其中，對色彩分外敏感的椎體細胞，能夠在強光下發(fā)揮顯著(zhù)功能，產(chǎn)生明視覺(jué)，它們以三種形態(tài)存在，對于不同波長(cháng)的外界光線(xiàn)存在不同的吸收曲線(xiàn)。

　　而桿體細胞對于光的強度非常敏感。在人眼中，桿體細胞讓我們能夠在昏暗甚至黑暗的環(huán)境下分辨物體，產(chǎn)生暗視覺(jué)。

　　然而，由于桿體細胞對光的敏感性大大優(yōu)于椎體細胞，因此我們在弱光環(huán)境下感知物體色彩的能力反而變差了。

　　關(guān)于光線(xiàn)

　　感知色彩需要光線(xiàn)。當光線(xiàn)照射物體時(shí)，有些被吸收，有些被反射。

　　人眼之所以能夠看到色彩，是由于光波的反射，而人眼所能感知的波長(cháng)，屬于電磁波譜中的可見(jiàn)光部分。

　　從短波長(cháng)到長(cháng)波長(cháng)，色彩范圍由紫色開(kāi)始，接著(zhù)是藍色、綠色、黃色、橙色，最后是紅色。

　　為什么投影機需要強調色準?

　　而我們平時(shí)講的“真色彩”(true color),是基于現實(shí)世界原始圖像的準確色彩表現。