华盖图片社:纽约摄影学院中国学员班 -色彩讲堂2:眼睛与颜色

来源:百度文库 编辑:第一文库网 时间:2020/01/29 00:51:58
色彩讲堂2:眼睛与颜色
一、人眼分辨明暗与色彩的原理
人眼的视网膜上有两种可以感受光线的细胞称为杆体细胞(图1a)与锥体细胞(图1b),前者对光线的明暗极其敏感,主要在暗光下工作,但是难以分辨色彩。在描述颜色的各种色彩模型中,多数将明暗作为一个独立的参数处理,正是反映了杆体细胞仅感受明暗、不识别色彩的特性。锥体细胞则主要在强光下工作,从试验得知人眼的锥体细胞有3种,分别感受红光、绿光与蓝光,它们对色光的光谱吸收曲线如(图2)所,图中的峰值表示锥体细胞最敏感的色光,因此又分别称为感红、感绿、感蓝锥体细胞。从人眼锥体细胞分别接受红、绿、蓝光出发,科学家经过试验与理论计算证明:通过红、绿、蓝三种光线不同比例的混合可以获得任何一种颜色的光线,因此将红、绿、蓝这三种光称为原色,并将它们作为生成与描述光线颜色的基础。

将三种锥体细胞对色光的敏感度合成可以得到人眼的光谱光效率函数,表示人眼对不同波长色光的灵敏程度(图3),右边的明视觉曲线表明在明亮的光线下人眼对550nm的黄绿光最敏感,因此一切测量与记录光线的器件与仪器(如摄影胶片、测光表)都必须按照这个规律配置它的光谱灵敏曲线,以便得到与人眼相似的色彩效果。也正是出于相同的原因,数码相机CCD前面安装的微型滤光镜阵列中红、绿、蓝滤色镜要按1:2:1的比例配置(图4)。(图3)左边的曲线称为暗视觉曲线,表示在暗光下人眼对色彩的灵敏度向蓝光方向偏移。正式由于暗视觉的作用,暗光下蓝光比红光更明亮,月夜中景物泛着淡淡的蓝光。

人眼的三种锥体细胞主要集中在视场的中心区(图5),因此评价颜色时所用样本的观察区域不宜过大,一般最好能在2度的视场范围内,即在250-300毫米的明视距离上,观察大约9毫米直径的圆形视场。视场角最大不宜超过10度,即在明视距离上直径大约45毫米直径的圆形视场。
二、人眼明暗视觉的特性
人眼并不是将进入眼睛的光能量按一比一的方式转化成亮度的感觉。试验表明,当光线的强弱大约增加到原来的10倍时,我们才感觉到亮度增加一倍:若当一张白纸上的照度为1勒克斯时,我们感觉纸面明亮的程度是1 ,则当纸面的照度是10勒克斯时,感觉明亮的程度是2(增加1倍),若纸面照度在此基础上再增加10倍,达到100勒克斯,则我们感觉纸面明亮的程度(在2的基础上)再增加一倍,达到1勒克斯明亮程度的4倍,……。试验表明,人眼的亮度感觉可以相差100倍,结合瞳孔收缩的能力之后,可以感知外界亮度或照度3、4百万倍的差异。晴天中午12点阳光在地面上的照度可以高达到10万勒克斯,而月夜地面上月光的照度仅有0.1勒克斯,才相差100万倍,仍在人眼的识别范围之内。因此人眼对光线强弱的这种非线性是一件大好事:它使我们能够感知光线在极大范围内的变化。
如果用等间隔的算数刻度表示景物明亮程度与人眼亮度感觉的关系,是一条弯曲的曲线(图6a)。如果用对数坐标表示景物亮度,用算术坐标表示人眼的亮度感觉,曲线变成(图6b)的形状。如果两个坐标都用对数坐标,则景物亮度与人眼亮度感觉的曲线就变成一条简单的直线了(图6c)。


在摄影技术中凡是涉及物体明亮程度的参数都使用对数坐标,正是反映了人眼亮度感觉非线性的特征。例如胶片明暗的程度是由他们的透射率决定的,透射率越高,入射光被透射的比例越大,看起来越明亮,反之越暗。摄影人用密度表述透射率的大小(详见附表):透射率为1=1/1=1/100,表示全部光线均可以透过,密度是0;透射率是1/2=1/100.3(100份光线入射,只有50份透射),密度是0.3;透射率是1/4=1/100.6,密度是0.6; ……透射率为1/10=1/101,密度是1; ……。透过率与密度的关系曲线也使用对数坐标,在(图7)中横坐标是透过率或透射密度,表示胶片实际透过光线的能力,纵坐标表示人眼所见胶片上明暗的感觉。在同样的光线下,对比密度分别为0.3、0.6、0.9(即1号、2号、3号)的灰镜,我们所见到灰镜明暗的程度恰为级差相等的3级(图7)。在照片上则用反射密度表示画面上不同层次明暗的程度。无论反射或透射密度,都是反射率(或透射率)的倒数的常用对数。即:
三、人眼彩色视觉的特性
由于生理或心理因素的影响,人眼辨识色彩的能力是随观察条件而变化的。
色彩随照度而变化。试验表明当光线的强弱变化时,572nm的黄光、503nm的绿光及478nm的蓝光的色感比较恒定,其它波长的光线均会随着光线的强弱而改变色彩(图8)。从(图8)可见暗光下红光变暗,这正是暗视觉的特征。因此在观察颜色时,大家都应在比较一致的足够的照度下观察,才能得到比较一致的结论。

色适应 在照明的光源突然改变后,前一个照明条件会对眼睛的辨色能力造成异常的影响,需要经过一段时间后才能恢复正常,这种现象称为色适应。例如长期注视红色再转而观察黄色,黄色会泛绿。因此在评价色彩时要尽量保持观察条件一致,特别要避免频繁地转换观察条件。
颜色恒常性 在不同的观察条件下,人们对物体的颜色感觉保持相对稳定的特性称为颜色恒常性。例如蓝色的窗帘会使室内所有的物体都蒙上一层淡淡的蓝色,但是在室内时间稍长,我们就会忽略窗帘所引起的偏色而对每个物体形成正确的色彩印象。又如站在红旗旁,靠近红旗的衣服或皮肤会因红旗的反射光而泛红,我们的眼睛会忽略红色反光的影响,还原皮肤与衣服正常的颜色。正是由于颜色的恒长性,当图片中没有明显的习惯色时,整幅照片轻微的偏色,其效果要比照片中多数颜色正确而某种颜色明显地偏色更好。(图9)中a是所有中间调的颜色均偏青,c是仅仅红色偏青,并轻微地影响到黄色,此时红色的偏移量比a大1/3,你觉得哪个偏色更明显?

色适应与恒长性是人的视觉系统经过长期进化所形成的一种极其复杂的生理现象,有助于我们正确的认识世界。但是也正是色适应与恒长性使我们的眼睛难于成为可重复的精密定量的测色仪器:所与识别颜色的设备(如传统的照相机、扫描仪、镜头)与仪器(各种色彩测量仪器)都没有这种色彩的适应性与恒长性。即使数码相机的自动白平衡可以消除窗帘造成的偏色,也无法消除红旗对衣服与皮肤产生的局部偏色。因此我们在进行色彩控制与色彩管理时,经常需要借助各种仪器,以便得到更为真实与客观的结果。
在用目视检查、评价、比较样本的颜色时,特别是比较屏幕图像与实际照片的效果时,我们应当从两方面尽力避免色适应与颜色恒长性的不良影响:首先,尽量在标准的光源下工作,尤其要避免在多种光源形成的混合光源下工作。其次,要通过长期的训练克服颜色恒常性,能及时发现轻微的偏色,特别是中性的黑、白、灰轻微的偏色时,能判断出偏色的方向。例如,你能辨别(图10)中灰阶的偏色么(图10中b偏品、偏红,c偏青,d蓝偏)?这可是进行色彩控制时摄影人应当具备的一项重要的基本功!

习惯色的“准确性”。习惯色是指肤色、蓝天、绿树等我们十分熟悉的颜色,一旦照片中有了这些颜色,它与我们印象中的颜色(而不是拍摄这张照片时实际的颜色)的一致性就格外重要。一旦这些颜色与我们印象中的不一致,即使整幅照片的颜色还原得相当真实,也会引起观众的非议。例如:你觉得(图11a、c)中哪个偏色更严重:a人像正常其余全部偏青,c人像偏青(程度同a)但是其余均正常。

同时对比视错。人眼同时对比两个相邻的不同色块时,色块间或色块与背景环境间不同的颜色、亮度、饱和度都会使正确辨色的能力受到干扰。例如深色背景使色彩偏亮,浅色背景使色彩偏暗,都趋向于增加二者的对比度,因此(图12a)中左侧图案更亮。不同的颜色并置,会加大色调的差异,相同的颜色并置会加大饱和度的差异,因此(图12b)右方图案比左方更鲜艳。(图12c)则是以上三种对比错视的综合效果:左方图案偏黄,右方图案偏深。平时观察色彩时为减弱对比错视的影响,宜用中灰色为背景。

四、 小结:色彩管理中对光源的要求
在形成色彩的三个条件:光源、物体与眼睛中,每一个都会由于某些原因影响我们辨色的能力。在色彩管理与色彩控制的过程中,我们经常需要通过目视比较与评价色彩,而且色彩管理的最终目的就是在影像传递、处理与加工的过程尽量达到所见的色彩保持一致。因此创造一个能使我们稳定、正确地识别色彩的观察条件就成为进行色彩管理的先决条件。综合第1讲与第2讲所述的问题,我们可以总结出摄影人在观察照片、控制色彩时对光源的一些要求。
如果在大量严格的商业摄影中已知产品最后展示与应用场合的照明情况,则应当尽量在相同的光源下观察与评价产品的色彩。 更一般地:如果没有特殊的要求,数字摄影人应尽量使用色温为6500K,显色系数Ra>85%的光源观察与评价样片。涉及印刷的工作则可以考虑使用5000K的观察光源。 工作室的墙壁应为灰色或白色,切忌使用非中性的涂料涂饰墙壁。 应使用灰色的窗帘遮挡直接射入室内的自然光,校稿台、观片台、显示器不应置于窗前,以减少室外不断变化的自然光的干扰。 建议采用45度照明垂直观察或垂直照明45度观察的方法(图13),以便消除来自光源的直接反射光对观察的干扰。 观察样本时应以灰色为衬底,以免背景色(包括黑色与白色)干扰判读的结果。 光源在样本上的照度应达到1000勒克斯或更高,并尽量保持均匀的照明。如果没有照度计,可以用相机对灰板测光,在ASA100感光度下EV8.5(例如光圈在f/4—f/5.6之间,1/15秒)的照度水平即近似为1000勒克斯。
以上这几条并不难实现,一般的业余爱好者可以考虑购买欧斯朗、松下、朗能、菲利浦等外资企业在国内生产的民用15瓦或更大功率的D65(名义色温6500K)型三基色荧光灯(Ra≥80%,Ra是显色指数,详见第1讲 ),价格在40元左右,或购买数码影楼用于恒定光照明的中功率(55瓦以上)三基色螺口荧光灯(价格70—90元)(图14c)。一般中小企业则可以选购广东的南光照相器材厂生产的南冠牌NG-55照片观色灯(5500K,55瓦,Ra≈90%,200元,图14b)或NG-2型色彩管理校色灯箱(5400K、6500K两挡可切换,Ra≈90%,400元,图14c)及南光厂新投产的台灯式观片灯(与图14a类似)。大中型企业则可以考虑上海利华的产品,包括大、中、小型的系列观片台、观片灯箱等,价格在1000—数千元。资金雄厚的大型企业或科研单位还可以考虑选购万元以上的进口大型观片灯箱,有多种光源可选,Ra≥95%(图14e)。

可惜这些保证我们准确判断色彩的简单设备与措施不仅没有引起广大影友的注意,甚至多数靠数字影像吃饭的图片社、影楼与广告公司都没有采用。(图15a)是一个贴在屏幕上的色卡与屏幕中该色卡电子影像的照片。屏幕色温6500K,色卡用2700K的白炽灯照明,用日光型彩色反转片拍摄,由于屏幕色温与环境光不一致,导致色彩相差悬殊。(图15b)是在照明色卡的白炽灯罩上蒙一层浅蓝色的塑料薄膜,将色温提高到约5500K所拍摄的照片,色彩偏差明显缩小。(图15c)是使用55W三基色荧光灯照明色卡,屏幕色温与荧光灯色温均为6500K,对屏幕与扫描色卡的扫描仪均实施了色彩管理,用数码相机自动白平衡所拍摄的照片,实际色卡与屏幕影像的色彩相当一致了(由于用单灯在右上角照明,使c图右上角的亮度比左下角略大)。这三幅图说明,一个良好的观片环境是控制与管理色彩的基础,如果对此问题掉以轻心,无论今后投入多少时间、精力与资金,都难以获得理想的效果。


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