顏色即是人的視覺系統(tǒng)對可見光的感知結(jié)果，顏色可分為彩色系和非彩色系兩大類，對人眼來講，非彩色系只有明暗的變化，而彩色則有三種特性即：明度、色調(diào)和彩度。本文對顏色的基本屬性及顏色的光學(xué)理論基礎(chǔ)進行了詳細(xì)的介紹，對此感興趣的朋友可以了解一下！

顏色的形成：

光是一種涵蓋較廣的波長范圍的電磁波，而人眼的視覺神經(jīng)只對一定波長的電磁波有感應(yīng)。將能對人眼產(chǎn)生視覺刺激的電磁波段的光稱為可見光，它的波長范圍是380nm～780nm。物體被光照射，其顏色信息被反射到人眼，經(jīng)過我們的大腦處理，我們才能看到物體顏色，如下圖所示，光源、被測物和有效觀察者（人眼或者儀器）決定了最終是什么顏色，他們構(gòu)成了顏色的三大要素。

對于光的可視波長范圍視覺感應(yīng)效果，不同的人之間存在差異的。有些人對長波一端較為敏感，有的人對段波一段更為敏感。因此實際檢測中，對一般性的顏色測量和評價，CIE確定了波長范圍400nm～700nm。

顏色的三個基本屬性：

顏色即是人的視覺系統(tǒng)對可見光的感知結(jié)果，光照射在物體上，經(jīng)過反射、透射、折射、漫反射以及被物體本身吸收等一系列光的綜合作用后，所剩余的可見光譜不同波長輻射的相對組合，進入人眼而產(chǎn)生的視覺效應(yīng)，即為物體的顏色。

顏色又分為彩色系和非彩色系兩大類，非彩色系指白色、黑色和各種深淺不同的灰色：而彩色則指白黑系列以外的各種顏色。對人眼來講，非彩色系只有明暗的變化，而彩色則有三種特性：

（1）色調(diào)，為顏色的一個基本屬性，是顏色之所以成其為本身的一個特性，即一般所用的紅、橙、黃、綠、藍、紫等基本顏色以及各種混合色的名稱，如黃綠、橙紅等。物體色的色調(diào)則受照射光源和物質(zhì)本身組成與結(jié)構(gòu)影響，所對應(yīng)的表示參數(shù)為主波長入。

（2）明度，是人眼產(chǎn)生視覺時，對物體明亮程度的感覺。物體的明度決定因素主要有兩方面，一是內(nèi)因，即物質(zhì)本身的結(jié)構(gòu)組成：二是外因，即表面的拋磨光滑度、琢型等，通常用亮度純度來表征此參數(shù)。

（3）彩度，則是指彩色的純潔性，即顏色的濃艷程度，當(dāng)光譜色摻入白光分成愈多時，就愈不飽和。物體色的彩度決定于該物體表面反射光譜輻射的選擇性程度，由興奮純度這個參數(shù)指標(biāo)來反應(yīng)此特征。

用一個三維空間的棗形立體可以將顏色的三種基本特性——色調(diào)、明度和彩度全部表示出來，如下圖所示：

其中，垂直軸代表白黑系列明度的變化，水平圓周上的各點代表光譜上的不同的色調(diào)（紅、橙、黃、綠、藍、紫）。從圓周向圓心過渡，以及向圓周上下白黑方向變化都表示顏色彩度的降低。需要說明的是：這只是一個理想化的示意模型，目的是易于理解顏色三特性的相互關(guān)系。實際上顏色立體中部的色調(diào)圓形平面應(yīng)該是傾斜的，黃色部分較高，藍色部分較低。而且該平面的圓周上的各種飽和色調(diào)離垂直軸的距離也不一樣，因此圓形也并非真正的圓形。

顏色的光學(xué)理論基礎(chǔ)：

光是一種電磁波，有著極其寬廣的波長范圍。其中，只有波長在400-700nm范圍內(nèi)的電磁波對人類的視覺神經(jīng)有刺激作用，被稱為可見光。現(xiàn)代光學(xué)理論認(rèn)為，由光源發(fā)出的可見光經(jīng)過物體表面的反射后進入人眼，并在人眼的視網(wǎng)膜上形成關(guān)于物體表面顏色的信息，這些顏色信息再經(jīng)過視覺神經(jīng)傳到大腦的神經(jīng)中樞，最后在大腦內(nèi)將這些信息進行加工、處理，形成顏色感知。

由此可見，物體表面顏色的形成需要有以下三個主要部分，即：光源、反射面、人眼。其中，光源的特性是通過光源的“光譜功率分布函數(shù)”來描述的，反射面特性是通過“物體表面的光譜反射比函數(shù)”來描述的，人眼特性則通常是用“色度觀察者”來描述的。

1.光源的光譜功率分布

以波長λ為中心的微小波長寬度dλ范圍內(nèi)的輻射通量若為dφ，則單位波長寬度所對應(yīng)的輻射通量稱為光譜密度Iλ，即：Iλ= dφ/dλ。

將光源的光譜密度Iλ與波長入之間的關(guān)系用函數(shù)表示時，則稱此函數(shù)為“光譜功率分布函數(shù)”，通常用I（λ）來表示。

2.物體表面的光譜反射比

光入射到物體表面上時會發(fā)生部分光被反射的現(xiàn)象，則反射光的輻射通量與入射光的輻射通量之比稱為反射比（所以反射比的值總介于0和1之間）。生活中大部分情況下，入射光為一系列單色光的混合，光譜反射比與波長λ之間的關(guān)系用函數(shù)表示，則稱其為“光譜反射比函數(shù)”，通常用R（λ）來表示。

3.色度觀察者

實踐證明，不同的觀察者其人眼的顏色視覺特性是多少有些不同的，但是具有正常顏色視覺的人差異并不大，故此可以根據(jù)一些正常人眼顏色視覺特性的平均值來描述人眼的顏色視覺特性。

（1）標(biāo)準(zhǔn)照明體

任何可見光都是由某種特定波長和強度的輻射組成的，輻射功率與對應(yīng)波長構(gòu)成的函數(shù)可以定量地描述所有光源，稱為光譜功率分布。為了統(tǒng)一測量標(biāo)準(zhǔn)，國際照明委員會CIE規(guī)定了幾種標(biāo)準(zhǔn)照明體和標(biāo)準(zhǔn)光源。標(biāo)準(zhǔn)照明體是指CIE規(guī)定的一系列光譜功率分布，標(biāo)準(zhǔn)光源是來實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)照明體的人工器具。

CIE推薦的常用標(biāo)準(zhǔn)照明體有A、B、C、D65、D50、D55、D75等。

（2）標(biāo)準(zhǔn)色度觀察者

CIE規(guī)定了2°標(biāo)準(zhǔn)色度觀察者，在一定程度上解決了儀器檢驗顏色一致性的研究。實踐證明，觀察視角的大小對顏色的感覺也是不一樣的。CIE認(rèn)為在1°～4°和大于4°視角的光譜三刺激值并不相同，對顏色測量的測量結(jié)果也不同。因此，CIE在原有的2°標(biāo)準(zhǔn)色度觀察者基礎(chǔ)上增加了10°標(biāo)準(zhǔn)色度觀察者。