照明人对下面这幅一天中天空的变化合成照片应该都不会陌生吧：
图中表现的绝对不仅仅是随着时间变化亮度的差异，更显著的差别还来自色彩。所以，人对色彩的认知与光的关系密不可分，本文就来尝试浅谈一下。
Duang~，先看看下面四幅其实来自一个画面只是颜色和画面层次表达有所差异的随手拍图。缤纷、粗犷的原野、郁郁葱葱的森林白天和夜晚来临的感受你是不是都能有所感受？
用不同的光照射到同一个画面上可以显示出不同的内容，看似玄妙，其实可用基本的颜色科学知识解释。
首先需要普及下颜色三要素，即光源、物体与观察者，三者缺一不可；举个简单的例子，在晚上没有灯光的情况下，人眼所看到的物体都是黑色的，当然没有物体和观察者就不存在颜色；下面就对颜色三要素稍微展开下。
光源色：SPD是光源的身份密码
光源是影响颜色的极其重要一个因素，不同的光源会造成同一物体不同的颜色感知，比如在商店里购买的衣服穿到室外感觉颜色就变了。另外，前段时间非常火热的白金蓝黑争议，其中光源对传感器或相机白平衡的影响是其中一个非常重要的因素。
说到光源，就不得不提光品质，包括光谱功率分布 SPD、相关色温 CCT、显色指数 CRI、色品坐标uv、同色异谱指数MI、光效等，以后可出篇文章讨论下光品质各个参数。
各光品质参数中最为重要的为 SPD，下图展示了几种常见光源的SPD，其相当于光源的身份密码。
复现某一光源的 SPD，则复现所有其他参数，如CCT、CRI、uv等；但相同的 CCT 和 CRI 的两种光源，可能其SPD不同，会造成同色异谱问题。
目前 SPD 可调技术为学术界和工业界的研究热点，因为实现了任意 SPD 可调则意味着可以任性的复现任一光源，对学术研究和工业应用均具有极重要的价值，可极大促进以下几方面的研究：
①不同 SPD 对农业、光生物效应、人眼感知、博物馆照明等影响，从而找出最优的 SPD，实现对应的功能照明，这也是 LED 未来极为重要的发展方向之一，浙江大学“千人计划”教授及 CIE 第一分部主任罗明利用 SPD 可调光源照明平台对功能照明有非常深入的研究，并发表了一系列相关研究成果；
②可用于新的显色指数的研究，美国国家标准与技术研究院 NIST 光学技术部组长及 CIE 副主席 Yoshi Ohno 利用 SPD 可调光源照明平台对显色指数进行了深入的研究，并推出了颜色质量指标 CQS；
③不同 SPD、亮度对相机白平衡的影响；
④研究不同 SPD 对机器视觉的影响，并促进多光谱技术的发展。另外，SPD 可调光源也是一个很好的教学工具，可很生动展示不同波长、颜色和 SPD 之间的关系，以及不同 CCT 的光源。
目前，市面上商用的SPD可调照明产品极少，国内常州千明智能照明（也就是俺们公司啦）的 THOUSLITE LEDCube，其通过不同峰值波长的LED混光达到复现任一 SPD，且通过无线方式可同时控制多达256个 LEDCube。
另外，需要提到的是光源色为加法混色，即红绿蓝三基色混光会得到白光，这也是用红绿蓝三基色 LED 芯片实现白光 LED 的原理。
针对光源色的颜色测量，可使用分光辐射度计（Tele-spectroradiometer）测量光源的 SPD，进而计算得到所需的颜色参数，如uv值、CCT 等。
物体色：反射率相当于物体的身份密码
接着说说物体，光入射到物体表面时，部分能量透射、部分能量吸收、部分能量反射，其中反射部分能量进入人眼并在人的大脑皮层形成视觉感知。若物体不透明，则只有吸收和反射部分。
通常，可通过分光光度计精确测量物体的反射特性，即物体的光谱反射率；反射率相当于物体颜色特性的身份密码，所有物体的颜色参数均可从光谱反射率计算得到，包括 CIEXYZ、CIELAB 值等；故光谱反射率对于物体颜色特性相当于 SPD 对于光源特性，且物体的光谱复现一直以来都是学术界和工业界的研究热点，可完全避免同色异谱（Metamerism）现象。
美国罗切斯特理工学院(RIT)孟塞尔颜色科学实验室(MCSL) Roy Berns 教授将物体色的光谱复现应用于博物馆艺术品的复现，并发表了一系列的研究成果。
图：给出了D65光源照射到红色物体上的反射部分光谱示意图，其中380-600nm部分被吸收，而600-780nm部分被反射最终形成红色的视觉感知。
那么，问题来了：什么物质能够吸收特定波长的光，从而达到反射特定波长的目的？答案是着色剂 Colorant。着色剂是一个市场巨大、应用极广的的精细化工细分产业，应用于我们生活的方方面面，有塑胶行业、涂料油漆行业、纺织行业、印刷行业等，着色剂在相应的应用体系里面起到吸收特定波长的作用。
着色剂可分为无机和有机着色剂，其中无机着色剂主要为无机颜料，而有机着色剂分为有机颜料和有机染料。颜料与染料的区别在于其能不能溶解在应用体系中。由于颜料不溶于应用体系中，则其晶型及后处理、化学结构、粒径大小分布均会影响到最终的吸收波长的情况；而染料溶于应用体系，仅化学结构起作用。
每种着色剂中均含有特定的化学结构吸收特定光波，即为发色基团（Chromophore），常见的有偶氮键等。无机颜料分为白色、黑色、有色以及效果颜料，这里需要重点提下效果颜料，其广泛应用在化妆品、汽车漆等相关行业中，可产生亮闪闪的随角异色效果，一般利用金属色或光的干涉、衍射等效应来达到上述效果。
物体除了颜色（Color）之外，还有几个因素会影响物体的整体视觉感知，包括表面纹理（Texture）、光泽（Gloss）和半透明性（Translucency）。这四个特性的精确测量或描述是目前学术界和工业界一个热点话题，即为外貌测量（Appearance measurement）。目前对表面纹理和半透明性的精确测量时是较为困难的。
另外，需要说明的是物体色为减法混色，即青品黄三基色混光会得到黑色，这也是用 CMYK 四色打印机的呈色原理，其中黑墨水（K）最主要是可以减少 CMY 的用量。
针对物体色的颜色测量，可使用分光光度计（Spectrophotometer）测量其光谱反射率，再通过计算得到所需的颜色参数，如在某一光源下的 CIELAB 值等。
观察者：标准色度观察者光谱三刺激值曲线是颜色数字化的基础
最后说说观察者，视觉正常者眼球中有3种锥体细胞和1种杆状细胞。
锥状细胞主要位于视网膜的中央凹，3种锥体细胞分别感应短波（蓝）、中波（绿）和长波（红）部分，对应于380nm-780nm可见光谱范围，主要负责光亮条件下的颜色和细节感知，即明视觉（Photopic vision），其细胞个数分布比例大致为1:16:32，这也是蓝光人眼感知亮度较低的原因之一。
杆状细胞仅在低亮度条件下感应亮度信息，不能分辨颜色和细节，故为暗视觉（Scotopic vision）。
介于明视觉和暗视觉中间的中间视觉（Mesopic vision）是目前研究的热点，因为锥状细胞和杆状细胞同时起作用，一般该亮度范围为0.001-5cd/m2；中间视觉的研究对于路灯设计、户外照明等均具有重要的指导作用。
当人的某种锥体细胞感应不灵敏或出问题的时候，即为所谓的色弱或色盲的现象。需要指出的明视觉和暗视觉下的光谱光视效率函数V(λ)和V’(λ)是不同的，一般常用V(λ)用于光通量计算。此外，针对于每一个人的感光细胞和光谱光视效率函数均是不一样，个体是有差异的，这也是白金蓝黑争议的另一个重要原因之一。
所谓的光谱光视效率函数和锥体细胞感光曲线均是科学家找一些试验者获取实验数据进行处理后的结果。这边需要插句题外话，虾蛄的眼睛中有12种感光细胞，简直就是天然的多光谱探测器。
说来话长，但是可以记住这个结论：标准色度观察者光谱三刺激值曲线是颜色数字化的基础。我们可以通过颜色测量仪器模拟人眼观察颜色的整个过程。
基于图像的颜色测量是未来发展的趋势之一，它可同时测量区域内每个像素的颜色值，故可大大提高测量速度；而且不受物体大小、外观形状、平整度的影响。
除上述介绍的内容之外，颜色科学还包括色彩管理、色差公式、色貌模型、颜色预测、颜色情感、视觉现象等。
RGB图的原理
说了那么多，好像有点扯远了，回到正题，讨论 RGB 图的原理。在下面案例图片中，RGB 图是由青、品红、黄三幅单色图叠印而成，洗墙灯是有四种 LED 灯，即红绿蓝白。
下面就以青色这幅图为例解释：当只有红光打开的时候，由于青色墨水吸收长波段的红光，反射短中波段的蓝绿光，故没有红光被青色这幅图反射进入人眼，所以青色的图变成了黑色而突显出来，故此时人眼看到的就是青色变黑的这幅图。
同理可解释品红、黄两幅图分别在绿光和蓝光时被突显出来。
结语
颜色科学应用在生活的方方面面，作者仅从颜色三要素分享了自己的一些见解和想法。目前国内书籍较少，对颜色科学感兴趣的朋友，可参阅浙江大学徐海松教授的《颜色信息工程》。
感谢科莱恩化工（中国）有限公司上海技术应用中心Color Competence Center提供RGB图片，感兴趣的朋友，可去参观Color Competence Center，那里有很多互动性极强的展示颜色科学的道具和设备，包括前文中展示的RGB图（意大利原装进口，更多RGB图可参阅http://www.carnovsky.com/RGB.htm），绝对是是涨姿势的必去之地。
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作者：王彬宇
来源：照明微课堂（微信号：elicht）
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