数字影响的色彩管理于色彩控制（之一）

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　　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，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，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。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。

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    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D50{5004K)、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=100％  Ra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，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％。

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    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，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。