從牛頓用棱鏡發(fā)現(xiàn)可見光譜到顏色的定量測量,經(jīng)歷了很長的歷史,它們的出現(xiàn)有賴于各種顏色理論和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展。本文簡單回顧了顏色測量儀器行業(yè)的發(fā)展歷史。
艾薩克·牛頓:光的多種顏色
盡管人類已經(jīng)模糊地認(rèn)識到光至少是形成色彩的部分原因,但最終是艾薩克·牛頓(1642-1727)使用玻璃棱鏡證明了一束白光可以被分成可見光譜。他在實(shí)驗(yàn)中通過折射和彎曲光線,將其分成單色光,為我們提供了一種描述我們可見顏色范圍的有意義的方式,即ROYG.BIV-紅色,橙色,黃色,綠色,藍(lán)色,靛藍(lán)和紫色。
基于這種認(rèn)知,牛頓開發(fā)了NewtonColorCircle(牛頓色環(huán)),開始對互補(bǔ)色和加色混合進(jìn)行有趣的研究。
托馬斯·楊:人眼混合感知色彩
在19世紀(jì)早期,托馬斯·楊發(fā)表了他的觀點(diǎn),即人眼包含三種不同類型的顏色感受器,分別用于混合紅色、綠色和藍(lán)色,從而創(chuàng)造出我們可以看到的各種顏色。
詹姆斯·克拉克·麥克斯韋:電磁能
19世紀(jì)60年代,詹姆斯·克拉克·麥克斯韋通過證明紅色、綠色和藍(lán)色的組合可用于創(chuàng)造幾乎任何其他所需的顏色,將托馬斯·楊的思想進(jìn)一步發(fā)揚(yáng)光大。
雖然意識到無法使用三種基色組合形成整個(gè)色調(diào)范圍,但他很快就發(fā)現(xiàn)通過一些減法,就可以實(shí)現(xiàn)整個(gè)色域。今天,這種現(xiàn)象被稱為人類三色刺激反應(yīng)。
雖然麥克斯韋并不是第一個(gè)提出光線“波動”論的人,但是他證明了光是電磁能量的一種形式,且波長范圍在380nm(紫色)到750nm(紅色)之間。如今我們可以在該范圍內(nèi)用特定數(shù)字指定可見光譜的點(diǎn),比牛頓的RoyG.Biv更精確!
那些波長小于380nm和大于750nm的光呢?麥克斯韋理論認(rèn)為它們同樣存在,但是我們的眼睛看不到它們。今天我們知道波長大于750nm的是紅外線,小于380nm的是紫外線。
麥克斯韋還認(rèn)識到,顏色的色調(diào)和飽和度(也被稱為彩度)與亮度無關(guān),提前窺見了CIE色度圖中發(fā)展的內(nèi)容。
Guild&Wright:色彩空間
在20世紀(jì)20年代晚期,W.DavidWright和JohnGuild繼續(xù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn),以評估看到可見光譜中任意一種顏色需要多少紅色、綠色或藍(lán)色光能。他們的研究顯示,可見光譜中顏色的波長與人眼可以感知的顏色之間存在聯(lián)系。
國際照明委員會(CIE)將Guild和Wright的研究發(fā)布為1931 RGB色彩空間,進(jìn)而形成了CIE1931 XYZ色彩空間。雖然這些數(shù)學(xué)方程式幫助我們量化了人類對色彩的視覺反應(yīng),并且是顏色測量設(shè)備的基礎(chǔ),但是科學(xué)家們很快就認(rèn)識到這個(gè)由如此多綠色組成的二維模型并不完美。
理查德·亨特:L*a*b*
基于麥克亞當(dāng)?shù)难芯浚聿榈?middot;亨特在20世紀(jì)40年代創(chuàng)造了一種新的三刺激色彩模型。這個(gè)色彩空間(被他稱為L*a*b*)使用三個(gè)軸來表示感知色差的近似均勻間隔。垂直軸L表示亮度/暗度,白色為100,黑色為0,用于表示深色和淺色調(diào)之間的差異。水平軸a和垂直軸b代表主色軸,正a為紅色,負(fù)a為綠色;正b為黃色,負(fù)b為藍(lán)色。
通過這一顏色模型,亨特開發(fā)了一種在色彩空間中繪制精確顏色的方法,并使用DeltaE表征總色差。
31年后,CIE發(fā)布了一個(gè)更新的模型CIEL*a*b* 只對亨特的原始數(shù)學(xué)方法做了一些小改動。如今,它是報(bào)告色度值的推薦方法,也是我們許多顏色測量儀器使用的數(shù)學(xué)方法。
綜合來看,在顏色測量行業(yè)發(fā)展的今天,人們總結(jié)出,肉眼直接觀測顏色必須有三個(gè)條件:照明光源、物體和眼睛。同樣,對于測色儀器要得到測試結(jié)果,必須有三個(gè)條件:照明光源、被測樣品和傳感器。通過精密的光電儀器,來測量材料表面的光譜特性從而轉(zhuǎn)換成顏色數(shù)據(jù)的測量,結(jié)合上面的顏色測量理論、色度模型,就可以計(jì)算出顏色的三刺激值,從而判斷試樣與標(biāo)樣的色差狀況。