色序系統

爲了傳輸和交流顏色信息、首先必須能準確地表述顏色,這就須要一種描述顏色的語言或系統,顏色系統有混色系統和顏色感如系統之分,混色系統是以原色的定義和着色工藝爲基礎的,如CIE色度系統就是基於每一種顏色都能用三個選定的原色以適當的比例混合而成這一原理,用三刺激值來定量地描述顏色,它是應用心理物理學的方法來表示在特定條件下的顏色量,可用於顏色的計算和測量;顏色感知系統是從一套視覺感知的定義開始的,基於視覺料斷對天然界存在的各類顏色進行分類和排 而造成的體系,即所謂的色序系統(color order system).

色序系統以感知原理爲基礎,一般要有足夠的視覺試驗才能夠證明其體系是正確和清晰的。所以,色序系統是組織顏色感知的概念性體系,是描述感知色表的某些定義和法則的集合,換言之,色序系統是將顏色按照感知色表的特性在顏色空間進行有序的排列所構成的系統,而表面色按照特定的色序系統在顏色空間中排列所佔有的空間部分即爲顏色立體。

1、顏色立體

牛頓於1704年發現太陽光色散現象爲加混色實驗奠基了基礎,他將色散後的光譜從新組合成白光,而且調整光譜的不一樣組合可產生各類不一樣的顏色。牛頓根據其色散實驗給出瞭如圖4-1所示的加混色系統圖,其中由7種光譜色組成了圓環,這是最先期的顏色分類。

1905年美國畫家孟塞爾(A. H. Munsell)總結了兩個世紀以來顏色科學工做者的經驗和研究成果,選擇了5種色調即紅、黃、綠、藍、紫等顏色組成一個色調環。採用心理物理學方法從顏色的知覺特色出發,對顏色進行分類,造成了一個包括色調、明度、飽和度在內的顏色空間立體。在該顏色空間中的各個位置表明了特定的顏色,並以必定的標記予以說明。 孟塞爾顏色分類的方法屬於純粹的心理顏色分類方法，已經被國際上普遍採用。它是物體色分類和標定和最經常使用方法。除了孟塞爾顏色系統這種圓柱狀外，顏色立體的空間排列也有其餘不一樣的形式，如圓柱形極座標、直角座標、球形、錐形和八面立方體等機構。其顏色空間在視覺上都是等間隔的。

2、孟塞爾顏色系統

孟塞爾系統是目前世界上應用最普遍的顏色系統,是美國國家標準研究院和美國材料測試協會的顏色標準。由孟塞爾創立的該顏色系統是用立體模型來表示物體色的方法之1、其立體空間表徵了顏色的三個基本視覺參數,即明度、色調、飽和度。該系統基於心理學方法和視覺特性,將各類顏色的明度、色調、飽和度進行分類和排列,並採用統一的標號,彙編成顏色圖冊。

圖4-3是孟塞爾顏色立體的示意圖，其中包括孟塞爾明度、孟塞爾彩度、孟塞爾色調等三維視覺屬性。孟塞爾顏色立體的中央軸表明了無彩色的黑白中性顏色，從上到下由自到黑劃分爲各個明度等級,稱爲孟塞爾明度值,以符號V表示。將亮度因數Y等於102的理想白定義爲明度10,把亮度因數爲0的理想黑定義爲明度0，由0~10的11個明度等級在視覺上是等間隔的,每一明度等級表明了某一種顏色在標準照明體C下的亮度因數。在實際應用中,一般只用到1~9級明度值,因此在孟塞爾顏色圖冊中主要給出明度值從1.75(Y=2.5)到9.5(Y=90)的各級中性色卡。彩色的明度值在顏色立體中以離開基底平面(理想黑)的高度來表示,並用與其相等明度的灰色來度量。

在孟塞爾顏色立體中,某一顏色樣品離開中央軸的水平距離表明了顏色飽和度的變化,稱爲孟塞爾彩度,它表示離開相同孟塞爾明度值的中性灰色的程度,以符號C表示。具備相同明度等級的顏色其彩度按照離開中央軸距離的大小被分紅許多視覺上等間隔的等級,在中央·軸上的中性色的彩度爲0,離開中央軸愈遠其彩度則愈大。在孟塞爾顏色圖冊中,以每兩個影度等級爲間隔製成顏色樣卡,而且各類顏色的最大彩度並不相同,圖4-4爲顏色立體中某一垂直截面的示意圖,而圖4-5是孟塞爾顏色立體中明度值爲5的水平剖面,它們分別反映了不一樣明度值或不一樣色調所對應顏色的彩度分佈狀況。

 

在孟塞爾顏色立體的水平截面上,從中央軸所在的中心指向其圓周的各個方向表明了備種孟塞爾色調,以符號H表示。孟塞爾色調圓周分紅10個等距的部分，包括紅(R)、黃(Y)、綠(G)、藍(B)、紫(P)等5種主要色調以及黃紅(YR)、綠黃(GY)、藍綠(BG)、紫藍(PB)、紅紫(RP)等5種中間色調。爲了對色調做更細的劃分，每種色調分爲1~10共10個等級,並規定每種主要色調及其中間色調均定爲5。在孟塞爾顏色圖冊中，同一種色調的顏色根據彩度的大小排列成一頁，稱爲色調頁。

在天然界中存在的任何顏色均可以在孟塞爾顏色立體中以其色調H、明度值V、彩度C座標肯定一個惟一的位置點,並用其專門的顏色標號來表示,即：HV/C(色調、明度值/彩度)，對於無彩色的白黑系列中性色用符號N表示，其標號爲：NV/(中性色、明度值/)。

孟塞爾新標系統：1937年美國光學學會(OSA)顏色測量委員會成立了一個專門研究孟塞爾系統的分會，由紐哈爾(Newhall)、尼克遜(Nickerson)、賈德(Judd)等人組成。他們通過了六年的實驗研究，對原孟塞爾顏色系統的每一個色卡進行了精確的測量和視覺評價,在既保持原來孟塞爾顏色體系的視覺等色差性又沒有物理學上的不合理性的原則下,對原孟塞爾系統做了修正,並於1943年公佈了通過修正的孟塞爾新標系統。孟塞爾新標系統的具體介紹這裏不做贅述。 

3、天然色系統

天然色系統(Natural Color System, NCS)是由瑞典物理學家約翰森(Johansson)在對赫林的對抗色視覺理論進行整理和闡釋的基礎上於1937年提出而創立的,成立於1964年的瑞典色彩中心基金會(Swedish Color Center Foundation)對NCS進行了大量的視覺測試和深刻的理論探討,對最初的NCS進行了嚴格修正和改進,通過15年的研究與發展,NCS於1979年成爲瑞典的國家顏色標準,並正式出版了天然色系統的色譜,即瑞典標準顏色圖譜集(SwedishStandard Color Atlas)。以後,挪威和西班牙分別於1984年和1994年將NCS確立爲國家顏色標準、目前,天然色系統已經成爲歐洲最普遍採用的色彩編號系統,並在包括中國在內的許多國家設立了色彩中心,獲得世界各國的關注和日益普遍的應用。

天然色系統爲每個具備正常色覺的人提供了一種進行顏色評價的有效手段,人們不須要使用測色儀器,也沒必要通過色樣比較,就能夠用NCS的方法直接評價物體的顏色、如房間內牆壁的顏色、室外遠處樹葉的顏色、具備同時對比現象的畫面的顏色以及電視屏幕上一個光點的顏色等等,都可以直接用NCS來肯定。NCS的基本概念來源於赫林的視覺對抗學說,即人眼視覺模型中存在黑-白、紅-綠和黃-藍等對抗信號通道,這樣便產生了被赫林認爲是「天然色」的6種基本色,即黑色(S)、白色(W)、黃色(Y)、藍色(B)、綠色(G)、紅色(R) ,由此便造成了天然色系統的理論基礎。

一、天然色系統顏色立體

天然色系統的顏色立體如圖4-20所示,其中由4種有彩原色黃、紅、綠、藍組成色調環,並由無彩色黑和白分別做爲兩個端點造成無彩色軸。

1.1 NCS基本色

基於赫林的對抗色理論,天然色系統定義了前面說起的6種基本色感知,其中包括白(W)和黑(S)兩種無彩色以及黃(Y)、紅(R)、藍(B)、綠(G)四種有彩色,這些基本色都是單色調色,它們中的任何一種都與其餘五種不類似。全部實際的感知顏色僅由其與基本色的類似程度來描述,這是具備正常顏色視覺的人所固有的顏色感知特性。按照對抗色學說,在有彩原色中的黃色與藍色、紅色與綠色互爲對抗色;而人的視覺感知認爲,黃色和紅色屬於腰暖色,藍色和綠色則屬於冷色,可見,對抗色在形式上反映了人的「暖」與「冷"的顏色感知。

NCS的指導原則是用與赫林的基本色的類似度來定義顏色,並表示成百分數。按照其類似性原理,任何顏色最多相近於兩種有彩基本色及黑與白,它並不須要參考有彩色樣品或無彩,色樣品,可對顏色進行直接的判斷。如圖4-21所示爲NCS的色調環,其表示順時針方向的色調分度。整個色調環分爲4個象限,即Y-R、R-B、BG、G-Y。色調的標註方法以兩種有彩基本色在對應顏色中所佔的百分比例來表示,如色調B40G表示一種藍綠色調,其中藍色(B)佔60%,綠色(G)佔40%.

1.2 NCS基本屬性

按照類似性原理的指導原則,任何實際的顏色與NCS基本色的類似程度能夠用黃度(y)、紅度(r)、藍度(b)、綠度(g)、白度(w)及黑度(s)等NCS的基本屬性來描述,而且均以百分數表示。NCS定義其6個基本屬性之和爲100,即：w+s+y+r+b+g=100，其中4個有彩單色調色的基本屬性之和爲豔度(c),因此：c=y+r+b+g。豔度表示了一個顏色與單色調的純彩色相近時程度，那麼：w+s+c=100。可見,豔度、黑度和白度這三者相加老是等於100,換言之,只要給出其中的兩個量便可知道第三個屬性,所以在NCS的標記中只記錄豔度(c)和黑度(s)。由此,再加上前面提到的由與兩個基本有彩色類似的比例肯定的色調,就組成了NCS的標註表達式爲：S sscc-AhhB。其中，S表示第二版(Second Edition) ,ss爲黑度值,cc爲豔度值,A和B爲與被測顏色類似的兩個相鄰的基本有彩色,hh表示在色調環上由基本色A向基本色B沿順時針方向按0-100分度的兩位數色調角。若有一個帶有10%黃色調的紅色(90%),其中含有20%的黑色(s)和30%的有彩色(豔度c),那麼該顏色的NCS標號應爲S 2030-Y90R,並由公式(4-7)可知該顏色中白色的含量(白度w)爲50%(即w= 100-20-30=50)。.對於全部的無彩中性色即白、黑和純灰色,它們的豔度c均爲0,並且也沒有色調之分,因此在NCS標號中只需指出其黑度(s)便可,其標註形式爲：S ss00-N，其中大寫字母N表示無彩的中性色。如NCS標號S 3000-N表示一個含有30%黑色和70%,自色的純灰色。

若是一個顏色既沒有黑度也沒有白度,即w=s=0,那麼其豔度c=100,這樣的顏色稱爲NCS全色,這種全色是假想的純彩色,在現實世界中並不存在,可是人們在判新顏色時卻能象出它的外貌。

NCS顏色立體中的一個恆定色調平面能夠用一個NCS色調三角形來表示,如圖4-22所示即爲恆定色調平面B70G的色調三角形,圖4-22中縱向直線表示恆定的NCS豔度,斜線爲恆定NCS黑度,黑點表明在NCS色譜中,色調爲B70G的顏色樣品(色卡)。做爲例子,圖4-22中P點的黑度s-20,豔度c-50,因此該點顏色的NCS標號爲S 2050-B70G。

1.3 NCS飽和度和明度

在天然色系統中,除了其標註中包含的基本屬性以外,"還有一些其餘的顏色感知量如飽和度、明度等,它們在實際應用中也經常會被涉及,這裏只將相關公式做簡單介紹。

飽和度是一種視覺感知特性,在NCS中定義爲顏色的豔度與白度之比,並用符號m(來源於瑞典語"Mattnad")來表示NCS飽和度,其範圍爲0~1，即： 

NCS明度是以與W-S軸上的灰色爲參照經過目視比較而定義的,而有彩色的NCS明度是由特定的無彩色的黑度s導出的,並用符號l表示,其取值範圍是0~1,即：

4、OSA均勻顏色標尺系統

前面介紹的孟塞爾顏色系統和天然色系統在本質上都是柱座標,中央的明度軸(孟塞爾明度或NCS黑度)被有彩色面(孟塞爾色調和彩度或NCS色調和豔度)環繞,這些有彩色面構成一個色調環。對於給定的色序系統,其色調應該具備相等的視覺間距,可是上述兩個系統的相鄰色調間距都隨彩度的增高而增大。美國光學學會(OSA)下屬的均勻顏色標度委員會從1947年至1977年期間在長達30年的研究中創立了一種新的色序系統,它能解決這個缺陷,該系統就稱爲美國光學學會均勻顏色標尺系統(OSA-UCS),簡稱OSA勾色標。爲了驗證該顏色系統,OSA出版了一套共558張實用的丙烯光澤色卡。

OSA均勻顏色標尺系統的主要特色是儘可能使顏色空間中任意兩點的間距表明它們相應的兩個色樣之間的感知色差,所以它沒有包括與色調、彩度或飽和度有關的變量。在OSA-UCS色卡中,除了位於色域邊緣上的少數顏色以外,每種顏色都有12個鄰近色,而且全部鄰近色與該顏色之間在視覺感知上具備一樣的差異。OSA勻色標顏色空間就是由許多13個點組成的這樣的點羣構成的,相似於晶體的晶格。這13個點在OSA-UCS顏色空間中的排列如圖4-28所示,包括在幾何體中心處的O點以及在幾何體12個角上的12個點。這個幾何形體是將立方體的8個角切去而獲得的一個14面體,切去角後留下的截面是8個面積相等的三角形,其中任何一個三角形的三個頂點都正好與其餘三角形的頂點相銜接,在這些三角形之間又夾着6個正方形,它們是原立方體的6個面切割後剩下的部分。如圖4-28所示包圍O點的12個點中的每個點又都被其各自對應的12個相鄰點等距離包圍着,由此,這樣的點羣不斷擴展而造成了整個OSA-UCS顏色空間。

5、其它顏色系統

除了上述介紹的顏色系統外，有興趣的還能夠了解一些其餘顏色系統：奧斯瓦爾顏色系統、德國DIN系統、顏色體系統、亨特系統、顏色曲線系統、日本實用顏色座標系統（PCCS）、中國顏色系統、555色調分類系統等。