色度學(xué)，作為光度學(xué)的一個(gè)重要分支，致力于研究人對(duì)顏色的感知規(guī)律以及顏色的測(cè)量技術(shù)。這是一門綜合了物理光學(xué)、視覺(jué)生理、視覺(jué)心理和心理物理等多學(xué)科的科學(xué)，為我們揭示了顏色的奧秘。

顏色的構(gòu)成與感知

顏色是光與物體相互作用的結(jié)果。當(dāng)光線照射到物體上，物體吸收部分光波并反射其余部分，這些反射的光波進(jìn)入我們的眼睛，被視網(wǎng)膜上的感光細(xì)胞捕捉并轉(zhuǎn)化為神經(jīng)信號(hào)，最終由大腦解讀為顏色。色度學(xué)的研究表明，不同波長(zhǎng)的光對(duì)應(yīng)著不同的顏色，而人眼對(duì)顏色的感知?jiǎng)t受到光線強(qiáng)度、物體表面的反射特性以及大腦對(duì)顏色信號(hào)的解讀方式等多種因素的影響。

色彩的三要素

色別、明度和飽和度是構(gòu)成色彩的三個(gè)基本要素。色別，即色彩的種類，如紅、橙、黃、綠等，由反射或發(fā)射的光波的波長(zhǎng)決定。明度，指色彩的明暗程度，受到光線強(qiáng)度和物體反射特性的共同影響。飽和度，則反映了色彩的純度，即色彩中混入消色成分（黑、白、灰）的多少。這三個(gè)要素相互作用，共同構(gòu)成了我們眼中豐富多變的色彩世界。

三原色與三補(bǔ)色的奧秘

在色度學(xué)中，三原色——紅、綠、藍(lán)扮演著至關(guān)重要的角色。它們是構(gòu)成所有顏色的基本單元，通過(guò)不同比例的混合可以產(chǎn)生出各種顏色。而三補(bǔ)色——黃、品紅、青則與三原色相互對(duì)應(yīng)，當(dāng)兩色光相加時(shí)能夠得到白光。這一原理在彩色電視、計(jì)算機(jī)顯示器等色彩顯示技術(shù)中得到了廣泛應(yīng)用。

CIE標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)和顏色匹配實(shí)驗(yàn)

色度學(xué)是研究人的顏色視覺(jué)規(guī)律、顏色測(cè)量理論與技術(shù)的科學(xué)，它是一門上個(gè)世紀(jì)發(fā)展起來(lái)的，以物理光學(xué)、視覺(jué)生理、視覺(jué)心理、心理物理等學(xué)科為基礎(chǔ)的綜合性科學(xué)。

在綜合了一些顏色科學(xué)家的研究和實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，國(guó)際照明委員會(huì)（CIE）規(guī)定了一套標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)，稱為CIE標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)。這一系統(tǒng)是近代色度學(xué)的基本組成部分，是色度計(jì)算的基礎(chǔ)。

CIE標(biāo)準(zhǔn)色度學(xué)系統(tǒng)是以顏色匹配實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)建立起來(lái)的，是一種混色系統(tǒng)，用組成每種顏色的三原色數(shù)量來(lái)定量表達(dá)顏色，不是用顏色的三個(gè)色貌特征明度、色調(diào)、飽和度（彩度）的大小為度量來(lái)表示顏色。

下圖就是CIE1931年顏色匹配實(shí)驗(yàn)的示意圖，先給出任意一個(gè)待匹配的顏色，通過(guò)人眼的觀察，來(lái)找出紅、綠、藍(lán)三原色的光的比例，從而計(jì)算出該顏色的三原色數(shù)量。

CIE在1931年建立的CIE1931-XYZ系統(tǒng)成為了沿用至今的一套應(yīng)用最廣泛的色度空間。如右圖，在這套色度系統(tǒng)理論中，任何一種顏色都可以用XYZ三刺激值表示，XYZ可以轉(zhuǎn)化為Yxy坐標(biāo)系，其中，Y既是亮度，又是人眼對(duì)綠色的敏感度匹配，x和y代表X和Y分別在（X+Y+Z）中的比例，這樣色度就可以通過(guò)xy這樣一個(gè)二維空間來(lái)表征了。色度圖中心點(diǎn)（0.3333，0.3333）為白色，周圍是彩色，越往邊緣，色彩飽和度約高；邊緣的點(diǎn)代表了不同波長(zhǎng)的光譜色。

CIE在1931年的實(shí)驗(yàn)是基于2°視場(chǎng)角的，但人眼其實(shí)對(duì)于不同的面積的顏色的感知是存在差異的，所以在1964年又進(jìn)行了補(bǔ)充實(shí)驗(yàn)，以匹配大于10°視場(chǎng)角的情況。如左圖。

人們發(fā)現(xiàn)，1931-XYZ系統(tǒng)中存在兩個(gè)問(wèn)題：

1、該規(guī)范使用明度和色度不容易解釋物理刺激和顏色感知響應(yīng)之間的關(guān)系；

2、 XYZ系統(tǒng)和在它的色度圖上表示的兩種顏色之間的距離與顏色觀察者感知的變化不一致，這個(gè)問(wèn)題叫做感知均勻性(perceptual uniformity）問(wèn)題，也就是顏色之間數(shù)字上的差別與視覺(jué)感知不一致。

為了解決顏色空間的感知一致性問(wèn)題，CIE專家們?cè)?976年對(duì)CIE 1931 XYZ系統(tǒng)進(jìn)行了非線性變換，制定了CIE 1976 LUV色空間，如下圖所示，我們能明顯看到藍(lán)色部分被擴(kuò)展，而綠色被壓縮；CIE1931XYZ和CIE1976LUV色空間一般適用于自發(fā)光的顏色測(cè)量，比如顯示屏、光源照明等，使用的是2°視場(chǎng)角；

CIE在同一年規(guī)定了CIE 1976 L*a*b*顏色空間，適用于不發(fā)光的物體顏色，需要外部照明反射顯示顏色，比如涂料、塑料等的顏色，該色空間使用10°視場(chǎng)角。

色度學(xué)的應(yīng)用與意義

色度學(xué)的研究成果不僅為我們提供了精確測(cè)量和描述顏色的方法，還為色彩在工業(yè)、藝術(shù)、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的應(yīng)用提供了科學(xué)依據(jù)。在涂料、紡織、印刷等行業(yè)中，色度學(xué)幫助實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品顏色的準(zhǔn)確匹配和質(zhì)量控制；在色彩設(shè)計(jì)中，色度學(xué)原理指導(dǎo)著色彩的搭配和運(yùn)用，創(chuàng)造出和諧而富有美感的視覺(jué)效果；在醫(yī)學(xué)診斷中，醫(yī)生通過(guò)觀察病人的膚色變化來(lái)判斷病情，這也離不開(kāi)色度學(xué)的支持。

色度學(xué)作為一門探索顏色奧秘的科學(xué)，不僅深化了我們對(duì)顏色本質(zhì)的理解，還為我們的生活和工作帶來(lái)了諸多便利和啟示。