色度學

色度學是對顏色刺激進行度量、計算和評價的一門學科；是以光學、視覺生理、視覺心理、心理物理等學科為基礎的綜合科學。 ^[1] 

與色度學十分類似的學科是音律學，它科學地描述了人類聽覺中音高與聲音頻譜之間的對應關係。

音律學是音樂理論的基礎，正如色度學是色彩理論的基礎。

在日常生活中，人們習慣把顏色歸屬於某一物體的本身，把它作為某一物體所具有的屬於自身的基本性質。比如人們所常講的那是一塊紅布，那是一張白紙等等。但在實際上，人們在眼中所看到的顏色，除了物體本身的光譜反射特性之外，主要和照明條件所造成的現象有關。如果一個物體對於不同頻率的可視光波具有相同的反射特性，我們則稱這個物體是白色的。而這物體是白色的結論是在全部可見光同時照射下得出的。同樣是這個物體，如果只用單色光照射，那這個物體的顏色就不再是白色的了。

這些現象説明，在人們眼中所反映出的顏色，不單取決於物體本身的特性，而且還與照明光源的光譜成分有着直接的關係。所以説在人們眼中反映出的顏色是物體本身的自然屬性與照明條件的綜合效果。我們用色度學來評價的結論就是這種綜合效果。

任何色彩的顯示，實際上都是色光刺激人們的視覺神經而產生感覺，我們把這種感覺稱之為色覺。色別、明度和飽合度是色彩的三個特徵，也是色覺的三個屬性，通常將色別、色彩明度和色飽合度稱為“色彩三要素”。

色彩所具有的最顯著特徵就是色別，也稱色相。它是指各種顏色之間的差別。從表面現象來講，例如一束平行的白光透過一個三稜鏡時，這束白光因折射而被分散成一條彩色的光帶，形成這條光帶的紅、橙、黃、綠、青、藍、紫等顏色，就是不同的色別。從物理光學的角度上來講，各種色別是由射入人眼中光線的光譜成分所決定的，色別即色相的形成取決於該光譜成分的頻率。

我們所講的可見光是電磁波譜中的一小部分，頻率範圍大約為780~380nm，在這個範圍內各種頻率的光呈現出各種不同的色彩。在自然界中所呈現出的各種色彩大都是由不同頻率和強度的光波混合在一起而顯示出來的，有的則是某個單一頻率的固有特性色彩。

總之，色別就是指不同顏色之間質的差別，它們是可見光譜中不同頻率的電磁波在視覺上的特有標誌。

明度是指色彩的明暗程度。每一種顏色在不同強弱的照明光線下都會產生明暗差別，我們知道，物體的各種顏色，必須在光線的照射下，才能顯示出來。這是因為物體所呈現的顏色，取決於物體表面對光線中各種色光的吸收和反射性能。前面提到的紅布之所以呈現紅色，是由於它只反射紅光，吸收了紅光之外的其餘色光。白色的紙之所以呈現白光，是由於它將照射在它表面上的光的全部成分完全反射出來。如果物體表面將光線中各色光等量的吸收或全部吸收，物體的表現將呈現出灰色或黑色。同一物體由於照射在它表面的光的能量不同，反射出的能量也不相同，因此就產生了同一顏色的物體在不同能量光線的照射下呈現出明暗的差別。

白顏料屬於高反射率物質，無論什麼顏色摻入白顏料，可以提高自身的明度。黑顏料屬於反射率極低的物質，因此在各種顏色的同一顏色中（黑除外）摻黑越多明度越低。

在攝影中，正確處理色彩的明度很重要，如果只有色別而沒有明度的變化，就沒有縱深感和節奏感，也就是我們常説的沒層次。

飽和度是指構成顏色的純度，它表示顏色中所含彩色成分的比例。色彩比例越大，該色彩的飽和度越高，反之則飽和度越低。從實質上講，飽和度的程度就是顏色與相同明度有消色的相差程度，所包含消色成分越多，顏色越不飽和。色彩飽和度與被攝物體的表面結構和光線照射情況有着直接的關係。同一顏色的物體，表面光滑的物體比表面粗糙的物體飽和度大；強光下比陰暗的光線下飽和度高。

不同的色別在視覺上也有不同的飽和度，純色的飽和度最高，灰色的飽和度最低，其餘的顏色飽和度適中。在照片中，高飽和度的色彩能使人產生強烈、豔麗親切的感覺；飽和度低的色彩則易使人感到淡雅中包含着豐富。

自然界中各種物體所表現出的不同色彩，都是由紅色、綠色和藍色光線按適當比例混合起來即作用不同的吸收或反射而呈現在人們眼中的。所以，紅色、綠色和藍色就是組成各種色彩的基本成分。因此我們把這三個感色單元稱為三原色。

三原色的光譜頻率如下：

標準R:700nm 波長約800～600nm的範圍屬紅光範圍。

標準G:546.1nm 波長約600～500nm的範圍屬綠光範圍；

標準B:435.8nm 波長約500～400nm的範圍屬藍光範圍；

這三個原色的光波在可見光光譜中各佔三分之一。三個原色中的一個與另外兩個原色或其中一個原色等量相加，就可得到其它的色彩，其規律可用下式表示：

紅光+綠光=黃光

紅光+藍光=亮紫光

綠光+藍光=青光

紅光+綠光+藍光=白光

R + G = Y 1

R + B = V 2

G + B = 3

R + G + B = W 4

由此可見，三原色的構成和疊加可以概括為以下四點：

1.自然界的色彩是由三原色為基本色構成的，三原色按不同的比例相混合可以合成出自然界中的任何顏色。

2.紅、綠、藍這三種原色是互相獨立的，它們中的任何一種顏都不能用另外兩種顏色混合得到。

3.三種原色的混合比例決定色別。

4.混合色光的亮度等於各原色光的亮度和。

根據上述色光疊加的規律，我們分別將（1）（2）（3）式代入到（4）式中。可得由R+G=Y得R=Y-G（5）

（5）代入（4）得Y-G+G+B=W

Y+B=W 黃光+藍光=白光

由R+B=M得R=M-B（6）

（6）代入（4）得V-B+G=B=W

V+G=W 紫光+綠光=白光

由G+B=C 得

G=C-B（7）

（7）代入（4）得

R+C-B+B=W

R+C=W 紅光+青光=白光

黃光+藍光=白光

紫光+綠光=白光

青光+紅光=白光

Y + B = W

V + G = W

C + R = W

兩種色光相加後如果得到白光，則該兩色光互為補色。與紅光、綠光和

藍光互為補色的三色光分別為黃色、紫光和青光。我們通常稱這三色光為

“三間色”。這三個間色，在可見光譜中，各佔約2/3。