英国最著名的当代色彩学泰斗Professor Robert W.G. Hunt罗伯韩特教授，应工研院光电研究所邀请于06年9月4至5日，为台湾薄膜晶体管液晶显示器产业协会，讲述「色彩科学与影像应用技术」Color Scienc and Image Application讲座，在这次难得的机会与享誉国际的英国色彩科学大师面对面的听讲，看这位科学家实事求是的表演色彩原理风范，做很多色彩及影像学方面表现就像魔术般的技巧，同时在韩特教授身上得到孔圣的「学不厌、教不倦」教诲印证。韩特教授获得博士学位近60年仍著述不断，在专业上力求精进，中午时间有幸和大师用餐，其平易近人的风范也让有人即之也温的感受。

　　笔者对韩特教授推崇备至乃缘于1950年左右，当时韩特博士即任职于柯达公司的色彩研究室工作，柯达出版一系列色彩及影像复制的相关彩色图书，是最有内容、最精美的色彩复制范本，家父陈耿彬先生在1951年、52年开始研究彩色摄影时，很多彩色知识就来自这一套丛书，1958年笔者进到印刷界当学徒，有幸读到这一系列由韩特教授们所撰写的十多本丛书，可说受益无穷，像一本书名Colors as See and Photograph色彩视觉及摄影的书，叙述很基础的色彩四种产生模式「吸收、折射(色散)、干涉及变化表面」，使得长年在印刷业只用吸收性颜料来做色彩表现之外，对其他免颜料的色彩表现方式也存有好奇和期待，今天有很多利用干涉波制作的冷烫、热烫金锡箔，就是利用很精细的干涉波细凹陷沟槽条纹来完成。Color Separation彩色分色则是当时最迫切被应用在研发工作上，使用相机、滤镜及修色片，做修色及分色工作的理解和学习，包括当时最好的Magenta Masking，对漂白过的银盐干板，使用Magenta洋红染料做修色片染色的方法，可惜笔者并没有去完成它。以Dye Transfer彩色染色印像法的制程，和印刷以分色及复合CMY三色染料影像，彩色相纸影像形成几乎百年不变，这种印像法使用近五十年才停止。它给予印刷分色者一个最大的流程启示，因为只有最后的成像部份，Dye Transfer是在分色阴片转分色阳片做染料染色再转写于接收相纸上，而印刷工程就要用过网片再晒版印刷才能得到彩色印纹。当年柯达这一系列色彩及照相应用丛书，是我学习分色的最大启蒙恩师，将近五十年后又能和参与著作者之一的韩特教授面对面听讲、对谈，是一份很殊胜因缘。

　　目前韩特教授有The Reproduction of Colour彩色的复制(第六版)及Measuring Colour色彩量测(第三版)，两本书为代表作。韩特教授不只著作等身并且桃李满天下，也经常参与很多色彩学上面量测、表现及标准的制定，如今天仍在研究所、大学教书，在1978年从柯达研发单位退休下来，仍在色彩及影像基础及应用上不停的研究。本次讲题在上述两本书中可以看到全貌，由英国Wiley-is & T Series in Imaging Science and Technology公司出版。

　　第一节　视觉系统(The Visual System)

  
可见光频谱演色

　　彩色科学源自光源、被照体及人类视觉系统而成的，在色彩科学里我们需要彩色频谱，而这些彩色频谱一如挂在天际彩虹的色彩频谱一样。比400nm稍短的紫光到500nm绿光一直到700nm或稍长一点点的红光，是形成人类视觉上完整的色彩频谱。一个奈米nm等于一公尺的负九次方，也就负三次方为mm、负六次方为µm微米、负九次方(十亿分之一)为nm(奈米)。红色光频谱分布只在550nm之后的较强烈能量，低于500nm红光则含很少能量。不过自然界和人造色光的频谱并不如想象完整平顺，在视觉系统上，两个看来相同颜色，可能色域频谱上有相当的差异存在，但同色异谱Metamerism现象，也一直使色彩复制和人类视觉，在光源变化下，会有时看来同色、有时看来不同色的困扰存在。人类接受光和影像是使用眼球，Retina网膜是感受光成像的基础感应层，而成像于网膜上的连续影像，脑视神经仍要做很多补偿、组合、模拟工作，才能使视觉完成必要的辨识、反应及储存工作。在眼球底部视觉窝状部，只有0.5mm尺寸上布满数百计视神经及光的接受体，这里面使用微电子讯号来传递讯息，色彩辨识是有赖于不同色彩颜料组织在视网膜层底部作用，可避免强光在网膜上发生折射、漫射。由总数600万个视觉神经锥(锥状体)在分辨颜色、以及1亿个视觉神经杆在分辨影像形状，使用一百万单位神经系统在传递讯息，使其中锥状体才能有色彩感觉，而杆状体只有光的强弱讯号接收，是没有色彩感觉。由网膜传输电子讯号大约在70m Volt伏特，也就是维持在0.07V的一定电压程度，以频率变化维持讯号变化。在视网膜上锥状体以P视神经锥最多，它对长波长红光敏感，占了视神经锥的多数，是r视神经锥2倍、是β视神经锥20倍，所以在影像构成上是以P视神经锥为主体，再辅以r视神经锥，β视神经锥在数量上少，而且在眼球光学体系折射角大，焦点也不准确。在人类视网膜断面，最向外面的是1.视觉神经纤维、2.神经结、3.连结组织、4.视神经杆、视神经锥感光部份、5.背面是颜料辨色及防光折射、眩光层，所以在构造上传输讯号的神经纤维、神经结反而更面向眼球受光前方。在三色敏感神经锥各有不同光线频谱的分布，这三色讯号和今天电视用彩色讯号很相近。因为主波以混合2P波+1r波及(1/20) β波的讯号，它是明度讯号，主要形成整体黑白画面，另外由P-r讯号为红到绿的讯号，代表Lab中的a到a-的横轴讯号，另外一个由P+r-2β的黄到蓝讯号，代表Lab中的b到b-讯号，这样的彩色影像构成，就是以明度讯号的黑白影像为主体，构成a到a-及b到b-的色彩讯号，形成整体色立体空间表示法，在讯号上变成更为简约，而构成影像也比较锐利鲜明，(编者注：事实上今天我们所用的CCD相机，其感光绿色G或Y画素占二分之一，构成影像形状主体，红色R画素及蓝B画素各占四分之一，在影像形成时再做结合，形成新的计算后影像。)三讯号形态取代三色的视神经锥(锥状体)平均讯号，一如在地图上以二维东西、南北方向，加上等高线表面从海平面向上或往下到海底、海床的深度，形成三维立体的标示原理是一样的道理。在色彩上如果把明度降低往往可得到更浓的色彩感觉，在视觉体系及电视视讯上都采用这类技术，一方面提高影像锐利度、另一方面可以使主讯号之外，其它红－绿、黄－蓝讯号大幅减少，而产生更好的传输效率。

 

在视网膜上影像要经视觉处理才是我们习见影像

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　　第二节　以光源及波长频谱(Light sources and spectrophotometry)

　　世界上很多物体本身是不会发光，必须有光源做照明显现，否则在暗夜中看不见风景、绿树、红花，电视屏幕自身带有发光体，所以可以在没有外界光线下，显现色彩和影像来。在人造光源里和日光有相当程度不同频谱，像炽热的钨丝灯光和各种气体用电流脉冲发出的色光，都俱备不同的光谱分布特质。一张红纸在日光或在钨丝灯光底下，可以充份给予足够的红色光谱，来显现它红纸反射光谱分布领域，如果一朵紫色的花，在日光底下能表现出它紫色充份的色彩光谱，但放在钨丝灯光底下，则变得黑黯无色，因为钨丝灯光未能提供足够或只有很少的蓝紫色光的光频谱，所以无法呈现出紫色花的色彩特质。很多光源来自炽热体所产生的辐射光，如日光、火焰或炽热的钨丝，某些则是黑体发光Planckian Radiators，由500K的温度则只发生红外线辐射，而没有可见光只感到热，2000K就有部份可见光、3000K则红光多、蓝紫色光少，5600K较平均、10000K则红光比蓝紫光少，20,000K则在蓝紫及紫外光更大比例，所以色温是以黑体发光的温度的相同比例色光称为色温度Color Temperature。和人类息息相关的太阳光能源，其表面温度达到数百万度高温，在太阳表面色温度则在5800°K左右，在地球上有大气层、云彩的变化下，色温成为5500°K左右，不过如果云层变厚或其它云雾作用下色温变化也很大。地球因为有大气层来折射太阳光，在宇宙上看起来如同一个蓝色星球，地球上的色温平均为5630°K的数据。在日光斜射地球，因折射角关系，色温会降得很低，带有黄橙颜色。在日光C的光频谱和CIE所订定D65光频谱分布最为相近，称为D光源。而其它D75光源为(7504K)室内高蓝光灯，用于分辨黄色系油漆及颜料。D65(6504K)在室内广泛使用，白纸检测比D55更敏锐。D55(5503K)以日光加天空蓝光，对摄影颜色再现很相宜。D50(5003K)是室内暖白光，印刷业喜用D-50色光判读色彩再现。某些人造光源其色光频谱分布不只不平均，而且有时只有很窄幅的一小段光谱，像低压水银钠气灯，只有在595nm及600nm间窄幅发光，所以光频谱非常窄化，不适于做判读色彩的光源。日光灯有不同荧光粉涂布，其发光频谱也是十分不平均的，有很多窄频凸出现象。由于发光频谱存在相当差异，所以同色异谱现象也就会常常发生，在不同光源下，有时看来颜色相同有时又不同。如果使用较低色温的钨丝灯，加上蓝色系dichroic反光罩，整个发光频谱和D50就有极为相似的完整发色，这一点是很少光源可以模拟的。水银灯加碘素可改善光的频谱接近自然光，但仍有距离，倒是Xenon氙气灯的发光频谱和自然光分布十分相近，以前拿来做照相分色和扫描分色的原稿照明光源，现在汽车、机车车灯也改用HID氙气灯做为照明光源。LED(发光二极管、Light Emitting Diodes)窄幅只有40nm宽的光频谱，以蓝、青绿及红光，做交通号志、发光展示牌、车灯到未来照明，它有长寿、低发热、高电能效益等优点，如果LED加磷化合物，可产生紫外线UV光的LED。另外视角和光源角度的变化，对颜色判读有很大影响，像Macbeth的雾面色标，由45°角到20°、10°角都可以看到相同色彩表现，但是复制后亮面的色标在45°角、30°角表现良好，如果20°角、10°角的照明下，就产生一大片反光的色彩变化，因此一些评价光源角度和色彩再现，都必须十分小心处理，所以色彩量测头的投光角度和色样撷取角度，都要十分用心加以安排。荧光涂料或染料，是可以将紫外光变成可见光的物质，对于纸张在紫光、蓝光的反射改善有效果，如果添加于粉红色的油墨，也可大幅改善对橙红色域的反射效果，可携式量测仪器也有0/45°角的光谱量测，供做色彩样本的量测。

　　第三节　色彩的调配(Colour Matching)

 
 
韩特教授做洋红色由R+B混合而来
 

　　首先韩特教授做色残留现象实验，表示视觉上仍有相当大的变因存在，在色彩的调配中，如果有色盲的人将无法胜任这项工作，这种从母系遗传色盲基因，有全色盲、部份色盲或是色素颜料不全问题的色盲，但带有色盲基因的女性，在色盲呈现人口比例上只有五分之一到十分之一少数，而男性高于女性五倍、十倍之比例以上的差异。由于视觉上只有P锥状体、r锥状体及β锥状体，三种分布的光频谱接收，所以有时判定相同颜色时，仍有同色异谱现象发生，有的色样是宽频谱，有的分散很窄频谱的色彩，在人类视觉评价上有时会归类为同色，却有异谱存在，因不同光源色温下看起色彩就不相同。常用的R、G、B滤镜为雷登W25(R)、W57(G)、W47(B)的三色滤镜，在配色理论是由马蹄型色域XYZ空间，取三角R、G、B坐标，去量测，有偏差产生再做调节，在配色时如果R=8、G=48、B=24时，总量为80%，R=10%、G=60%及B=30%比例，所以有时蓝绿色仍有10%红色，来促进色彩明度上升，这样配色方式和视觉也不完全相同，因为视觉以2P+r+(1/20)B波的能量，做为主体影像明度配置，和三角型R、G、B理则性化配置并不相同的，因此无法全面吻合使用。

　　第四节　(The X, Y, Z System)

　　讲述从RGB的频谱比例，转换成XYZ色域表现以及如何计算，假设X+Y+Z=1，X=X/(X+Y+Z)、Y=Y/(X+Y+Z)、Z=Z/(X+Y+Z)，在加色法上，尤其是电视色彩再现，是使用这一套系统在每一个画素色彩描述的方式。

 

XYZ马蹄型蓝紫色光很窄小

　　第五节　色域图形的统一(Uniform Chromaticity Diagrams)

　　使用马蹄型XYZ图法，基本上仍有RGB的数据所衍生出来，以前在1931年制定2°角所量测出来RGB光频谱数据，和后来10°角所量测出来光的频谱数据有所不同，尤其在蓝光450nm部份，2°角量测相当部份显示不明讯号，与10°角量测不相同，而发展至今从1931年CIE 2°角的色彩量测在450mm距离约为15mm的直径、另一方面10°角在同样450mm距离则有77mm视野直径，所以2°角视野多用于影像界、10°角则多用于色彩界的量测。在不同角度如果换成XYZ的数值，2°视角会比较平缓、10°视角就会高一点浓度，换成XY马蹄型色域也有不同色域表现，在影像界要找像蓝天画面有10°角都是同一色彩、浓度的十分不寻常，因此2°角同一色彩由CIE 1931年制定视角规范也就沿用下来。像繁花遍地的影像2°视角也算太大一些的，这和色彩立体是和实景相似，大家都认为平面地图容易使用，但地球一旦摊开来，往往北极和格林兰都放大，而且看起来格林兰要比在赤道的印度面积大一些。这种压挤和放大效应，在XY图上也有黄、红、绿部份放大，而蓝紫色域有被压缩很多的缺陷存在。将XY图改变一下，似乎情况好多了。Hue各色相的色饱和度，就是离开灰色、灰白、灰黑色越远的颜色越饱和，则Hue色相上饱和度越高，在小朋友玩具不论什么色，都要用Hue各色相色饱和度高的色彩，才容易引起孩童们注意力。在明亮地方我们容易发现色彩的饱和情况，在阴影、暗处就很难知道颜色是否饱和，由白点到色彩发生点的距离长短，市表现出该色的饱和度情况。在明度来讲有时是很相对的，如果暗夜里一个小灯泡、LED光就很明亮，到了白天就变得非常不明亮的现象，同样白度也和亮度照度息息相关，照度不足也就无法显现白度出来，人眼以PrB的三波段在感知色彩，在2P+r+(1/20)B的主波分布，色彩P-r P+r-2B副波显示，色度计以RGB及R'G'B'表现，CIE XYZ则以R0G0B0产生XY及Z的明度坐标和色立体表现，呈现马蹄型色立体图。色温是由高纬度地方的科学家所制定的，所以D-65有点偏蓝感觉。这不一定和全世界平均值一样。

　　第六节　色域空间(Uniform Colour Spaces)

 
 
孟赛尔的一页色环
 

　　世界地形本来就不是平的，色域同样也是立体空间三维的结构。孟赛尔把色立体变成一株树的形状，树干代表没有色彩的中性色，往上面明度越高，往下面一直到黑色部份明度最低。在色彩「Hue」色相方面除RGB三原光之外加上CMY共六色，另加YR橙色、GY黄绿色、BG蓝绿色、PB蓝紫代表B、P紫色及PR洋红代表M，所以加了六色。在孟赛尔的色彩树干越往上部份色彩明度越高。在「L」明度上L=100代表最白、最明亮，L=0代表全黑为最暗色，明度的阶以3、7、12、20、30、43、60、80几何级数等比的间距排列较合宜，侕10、20、30、40～100的算术级数不合宜，在明亮色的色饱和变化很容易知道，反之在暗部同一色彩的量变却不容易察觉。「Chroma」彩度是越远离中心灰色部份越远，色彩彩度越高，CIE的LUV是以算术级数呈现，Y坐标0°角是Red红、180°角是Green绿色、90°角是Yellow黄色、对面270°角是Blue蓝色色盘空间，用L明度值产生上下立体空间的呈现。△E色差是以三角立体空间来计算量测色和样品色的色彩差距，除了前后饱和色误差之外，上下明度差也在计算△E之列，另外一个是△H色相上的角度方位偏差，成为三维立体空间误差上的量测及校正工具。CIE LUV系统用于加色法电视系统上，CIE Lab则用于减色法纺织、印刷系统上的计算。形成色彩计算的Lightness明度是立体上下轴、a到a-是红色至绿色平面轴、b到b-是黄色到蓝色相对于a-b-90°另一条平面轴，a-a-及b至b-构成色立体锥的一个平面部，距离轴线和轴线交叉点a0、b0的中心点越近，色彩越少，灰份越大，到a0、b0代表无色只有明度上、下位差而已，反之和a0、b0点距离越远，表示色彩的彩度越大，在不同角度上也代表不同色相的色彩，这里面也涉及很多数学演算公式和演算方法，仪器有一定的敏感度和安定性数据，但人眼有区域性的补偿效果，所以往往和仪器有相当不同的差异和变化结果出现。 

[时间：2007-08-16  作者：陈政雄  来源：印刷人]