颜色表示和分类

颜色是视觉感知系统对不同波段的可见光能够做出相应的视觉神经反应,包括色相、明度和饱和度三个特性。色相也称为色阶、色质、色调等,指不同波长的光形成的特定颜色;明度指颜色的深浅,物体反射出的光的强度;饱和度也称为颜色的纯度、彩度,色纯,指物体反射的光的纯净程度。在工业界,通常采用RGB来表示物体的颜色,即红、绿、蓝三个颜色通道的叠加来表示图像显示在屏幕上的颜色。基于颜色的上述特性,视觉系统能够轻易辨识物体的形状、大小和颜色等视觉信息。人类对颜色的感知不仅来自视觉感知系统的反应,而且受到人类自身心理因素的影响,将客观和主观的颜色感知联系起来进行定量研究的色度学,涵盖了光学、心理学、视觉生理学等多门学科的综合,能够对颜色进行计算、评价和度量。

通常,用颜色的三个特性来表示颜色,如图3-1所示。色相由不同波长的光形成的特定颜色通过视觉神经元产生反应,如图3-1中的红、黄、蓝、绿、紫等。若视觉系统接收的外界光刺激来自发光物体,则物体的色相由视觉系统能够接收的光谱组成;若视觉系统接收的外界光刺激来自非发光物体,则物体的色相由光源的光谱和物体自身的反射光谱组成。明度是视觉对外界物体所呈现的明暗程度的感觉,由外界发光物体的亮度或非发光物体表面的反射光谱决定。饱和度即不同波长的光形成的特定颜色的纯度,与物体表面的反射光谱相关,物体对单色光反射率越高,则其颜色的饱和度越高。

颜色除了具有色相、明度和饱和度三个特性以外,还有两类色系,即有色系和无色系。有色系具有颜色的三个特性,无色系主要黑、白、灰色的物体,不具有颜色的色相与饱和度特性,只具有明度特性。视觉系统感知到的色觉不仅是由一个外界光刺激的光谱形成,而且与外界物体的方位、背景等相关,视网膜感受器能够对不同光谱的光信息进行加工,不同比例的光谱刺激能产生不同的颜色。例如,将红、绿、蓝三种光谱混合,能够产生白光,调整三种单色光谱的比例可产生相应的颜色,视觉系统能够根据不同的色相、明度和饱和度辨别颜色。

图3-1　可见光及颜色特性

由于视觉系统对颜色认知具有一定的主观性,采用颜色系统来定量表示颜色。颜色系统包括色序系统和混色系统两类,前者基于心理具有较强的主观感觉,包括对物体的表明质感、距离、周边环境等因素的感知,分为物体本身感知到的颜色(物体表明的反射颜色和透过物体的投射颜色)、光源的颜色等,主要基于色卡等标准对颜色进行定量分析,并采用颜色的三种特性进行分类;后者以匹配某一颜色的光谱为基准进行定量分析,即可用任意的光谱刺激视觉系统后椎体细胞产生的电脉冲相应量来进行分析,对应的光谱可用颜色刺激函数来表征,由客观的刺激函数和视觉系统的响应组合描述。