华盖木:纽约摄影学院中国学员班 -色彩讲堂3:有关色彩的基本知识——光源与物体的颜色(上)

来源:百度文库 编辑:第一文库网 时间:2020/01/22 05:39:09
色彩讲堂3:有关色彩的基本知识——光源与物体的颜色(上)
在世界各地,人类的老祖先在没有文字之前都已经在岩壁上画出了大量的图画,这些岩画多数都是用各种彩色的矿物颜料绘制的,这表明人类早在创造文字之前就已经开始了解色彩。但是人类认识色彩又是一个极其漫长的过程,真正揭示了色彩的本质并严格的控制与管理色彩,那已经是近百年之内的事了。
严格的色彩与影调控制一直是摄影人不懈努力的方向,借助于多种测光表与测光模式,辅之各种后期处理的工艺,传统的摄影人在影调控制上早已取得令人满意的成果,但是受诸多条件的限制,对色彩的追求却一直是一个可望而不可及的目标。随着数字影像的普及,摄影人获得了前所未有的影像控制能力,这时传统的摄影人才发现:由于我们色彩知识的贫乏,现在能够控制色彩了却不知如何控制、可以管理色彩了却不知如何管理。因此我们必须恶补有关色彩的基本知识。
一.色彩与形成颜色的三要素
第一个问题:什么是颜色?颜色是我们对不同波长的光所做出的视觉响应,颜色是一种人的感觉。人们要想感知颜色,必须具备三个条件。
首先要有光,光是形成颜色的先决条件,是形成颜色的物理基础,没有光一切均呈黑色。
其次必须有使光线进入眼睛的物体。能使我们看到光线的物体有两种:一种是发光体,在摄影中称为光源;另一种是不发光体,它们将光源的光线在不透明的反射体表面反射或经过透明的物体透射进入我们的眼睛,使我们得以看到颜色。在洁净的夜晚我们看不见射向天空的探照灯的光柱,因为光源(探照灯)发出的定向光并未进入我们的眼睛,一旦大气有烟雾、灰尘,它们会散射部分灯光进入我们的眼睛,此时探照灯的光柱即清晰可见了。在进入眼睛之前,光的发射、反射、透射、吸收、强弱及形成的其它特征都是物理的过程。
最后必须有人的眼睛与大脑的视觉神经中枢。眼睛是光的接收器与传感器,接受到光的刺激后形成神经脉冲传送到大脑中,这是一个生理的过程。大脑接受到视神经传入的信号后经过分析与处理,才能形成色彩的感觉,这是一个心理的过程。
由于通过光——物体——眼睛与大脑形成颜色的过程中先后涉及到物理——生理——心理的因素(图1),因此使色彩的测量、比较、控制与管理比我们经常涉及的其它物理量(如质量、长度、速度、温度等)复杂得多。在控制与管理色彩时我们经常需要明白,在所涉及的具体问题中,哪些是物理的、哪些是生理或心理的,分门别类、分清主次,分别处理,才能准确有效地解决问题。

二.光的颜色属性
光是什么?在处理色彩问题时,光是一种可以被人的眼睛接受的电磁波。首先从本质上看光是电磁波,与我们常用的交流电、广播、电视、手机、微波通讯的信号甚至透视用的X射线属于同一个大家族。其次光又只是电磁波中极小的一部分:波长大约从700nm(纳米、毫微米)到390nm的电磁波——只有这一部分的电磁波可以被人眼接收,形成光与色的感觉(图2)。

不同波长的光射入眼睛后产生不同的颜色感觉,具有单一波长的光称为单色光,各种波长的单色光分别形成人们可能见到的各种最纯净、最饱和的颜色。不同色光按波长从短到长排列形成光谱,典型的光谱如(图2)所示:长波端是红光,随着波长的减小依次变为橙、黄、绿、青、蓝、紫。

在(表1)中列出了一些典型波长所对应色光的颜色,供读者判断光色时参考。在光波的波段附近,比红光波长更长的电磁波称为红外光,比紫光波长更短的称为紫外光,虽然人眼看不到这两种光线,但是有些特殊的胶卷或光敏器件可以感受这些光线,从而形成红外摄影与紫外摄影。数码相机的光电转换器件CCD对红外光十分敏感,因此必须用红外滤光镜将其滤除(吸收),否则所拍摄的画面将严重偏红。我们平时所见的色光与“白”光都是由多种单色光组成的混合光,三棱镜可以将组成色光或白光的各种单色光分离开(图3)。
光的颜色属性常用光谱能量分布曲线(简称光谱曲线)来描述(图4b)。他表示了光线中不同波长(颜色)的光在总光量中所占的百分比,曲线越高处表明相应波长(颜色)的光线越强(图4a)。

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三.混合光源的颜色属性与质量评估
人们在拍摄与观赏照片时最常用的是称为“白”光的混合光。但是显然日光、白炽灯或普通荧光灯(俗称“管灯”、“日光灯”)所发出的“白”光是互不相同的。可以用混合光的光谱曲线描述它们的色彩属性。从(图5)可见日光中由于各种波长(颜色)光线分布的比较均匀,比较接近理想的“白”光。白炽灯的光谱曲线表明它所发出的光线中红、橙、黄色偏多,因此光色偏橙红。日光灯的光谱曲线中在蓝色与黄绿色区域有几段波长的光线异军突起,致使光色偏黄绿色(图5)。用光谱曲线能够比较准确地描述光源的颜色属性,但是需要有相关的知识,为了更简明的表达光源的颜色属性,人们又引入了色温的概念。

设想在一个全黑的房间中加热一个黑铁块,常识告诉我们随着铁块温度的升高,铁块将依次呈现暗红色、橙黄色、黄色、暖白色、白色、……,因此可以用铁块的温度描述它所发出的光色(图6)。更严格地,我们将一个置于黑暗中(无可见光照射)的黑色中空球体(它可以全部吸收各种热辐射)称为绝对黑体。在球体上开一个洞,加热此球体时,可以用黑体所达到的温度表示从洞中所看到球体内所发光的颜色,称为“黑体辐射的色温”。色温用K氏温标(K氏的0度相当于摄氏零下273度)计量。(图7)显示出理想的黑体辐射的各种色温与相应的光谱曲线。日光、白炽灯、日光灯等实际的光源都只是在不同程度上接近黑体,因此我们采用最接近的黑体色温表示这些实际光源的外观颜色,称为光源的“相关色温”,简称“色温”。在数码相机中也常用色温代替光源的类型设置白平衡。在(图8)中列出了常用摄影光源与对应的相关色温,可供读者设置白平衡时参考。



图8
这里要注意:色温仅能用于描述光源的辐射(所发出的光的色彩)特性,不能用于描述物体的颜色。
人们经常在日光或灯光下观察景物,并在此条件下形成了常见物体的习惯色,因此如果不能确定今后观察影像的具体照明条件,则经常用一些理想化的光源作为通用的光源,CIE(国际照明委员会)公布了多种理想光源的特性,称为标准照明体,其中最主要的有:
标准照明体A:色温为2856K的绝对黑体的辐射光,代表了多数钨丝灯或碘钨灯的光。
标准照明体B:代表相关色温4878K中午直射的日光。
标准照明体C:代表相关色温6774K的平均日光。
标准照明体D:又称为典型日光,包括代表四种色温的理想日光:D50(5004K)、D55(5503K)、D65(6504K)、D75(7604K)。
由于标准照明体D在紫外波段比照明体A、B更接近真实的日光,因此近年来更广泛地用D50与D65取代了标准照明体B与C。现在多数数字影像的处理中广泛使用D65,在我国印刷行业中则以D50为主。
人们一直在努力开发各种标准光源,以便产生符合标准照明体要求的标准“白光”。
我们都知道,在色光下物体可能严重偏色,例如在暗房的红色安全灯下,各种颜色的物体都明显地偏红;在不同的“白光”下物体仍会有不同程度的偏色,我们用显色指数“Ra”表示实际光源使物体的颜色失真的程度。显然显色指数是衡量光源正确显示物体颜色能力的重要质量指标。由于人类在漫长的发展史中长期在日光(白天)与火光(夜晚)中工作,在这两种条件下形成了准确识别颜色的能力。因此评价一个人造光源时,若光源色温较低,用黑体辐射的光源作为标准的参照光源,光源的色温较高则用标准照明体D(理想的日光)作为标准的参照光源。若在实测光源与标准光源下物体呈现相同的颜色,则Ra=100%,Ra的值越低,表明光源正确还原色彩的能力越差。从(图7)可见绝对黑体发光的光谱曲线都是连续的,日光的光谱曲线也是近似连续的(图5),称为“连续光源”;有的光源(如图5中的荧光灯)有凸起的光谱成分称为“混合光源”,试验表明只要是连续光源(如白炽灯、碘钨灯)的显色系数都可以达到95%以上,更可以通过特定的滤光镜,将其色温调整到某个标准值。而对于多数混合光源,由于其光谱曲线突起的部分与理想黑体或日光的连续光源形成明显的差异,因此这种光源的显色系数较低,只能达到Ra=70—80%。人们也无法设计出仅过滤混合光源中与凸起曲线相应颜色的滤光镜,因此虽然也有荧光灯滤光镜,但是它们仅能使多数色彩正确还原,却无法实现所有色彩的正确再现。更一般地:滤光镜可以改变或微调光源的色温,却难于提高光源的显色指数。在各种人造光源中内镇流高压水银灯(Ra=30—40%)与钠灯(Ra=25%)是显色质量最差的光源。在摄影中,显色指数超过75%即可作为照明光源,但是在评价与对比色彩时,希望光源的显色指数至少应达到85%。
进一步的研究表明波长为430nm(蓝色)、540nm(绿色)与610nm(红色)的色光与连续光源以适当的比例混合所产生的白光(高度不连续光源)却可能与日光、白炽灯有同样良好的显色性。现在市场上销售的三基色荧光灯就是根据这个原理制造的。
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