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色 貌 现 象
1.概述
早期的色彩研究中并没有考虑到色貌现象，如此建立的色彩学对很多特殊情况是不适用的。随着色彩科学发展程度更广更深，色貌现象已经引起色彩研究工作者足够的重视，把色貌现象的影响也考虑进来。
1.1色外貌现象定义
当两个颜色的CIE三刺激值（XYZ）相同时，人的视网膜的视觉感知这两个颜色是相同的。但两个相同的颜色，只有在周围环境、背景、样本尺寸、样本形状、样本表面特性和照明条件都相同的观察条件下，视觉感知才是一样的（匹配的）。一旦将两个相同的颜色置于不同的观察条件下，虽然三刺激值仍然相同，但人的视觉感知会产生变化，这就是所谓的色貌现象。观察颜色时通常都是在一个确定的环境中，各种环境因素都会影响到我们的视觉感知。样本的色相、明度和彩度都会随着照明条件等环境因素的不同而发生变化。
仅以色彩物理刺激量并无法绝对代表人眼所见之色彩，而需将外在环境所造成的影响一同加以考虑。另外单纯以色差公式计算两色点之间的差异量，无法得到接近人眼对于两色块于视觉上的差距。除了考虑物理差距外，仍需考虑到人眼视觉对颜色的影响。
当两个颜色的三刺激值相同，如果这两个颜色的外貌不同，那肯定就是它们的观察条件不同。不同的色貌现象描述了观察条件的改变和色貌改变的关系。
1.2色外貌的相关属性
对于色外貌的相关属性定义，如下：
- 色相（Hue）：人眼依据某一刺激量，视觉感受出其所呈现出的一种主色彩表现的视觉属性。
- 明度（Lightness）：人眼依据某一刺激量，视觉感受出其与周围白点或最亮区块之相对辉度比例值（相对值）。
- 视明度（Brightness）：人眼依据某一刺激量，视觉感受出其所呈现出之光量的程度（绝对值）。
- 视彩度（Colorfulness）：人眼依据某一刺激量，视觉所感受出其在某一种主色相色彩表现之色味的浓厚值（绝对值）。
- 饱和度（Saturation）：人眼依据某一刺激量，视觉感受出其视彩度与视明度的相对比例值（相对值）。
- 彩度（Chroma）：人眼依据某一刺激量，视觉感受出其视彩度与周围白点或最亮区块视明度之相对比例值（相对值）。
2．色貌现象介绍
色貌现象根据国内外的研究现状主要可以分为以下几种[1]：
色相偏移（Bezold-Brücke Hue）、艾比尼效应(Shift Abney Effect)、赫尔姆霍-科耳劳奇效应（Helmholtz-Kohlrausch Effect）、亨特效应（Hunt Effect）、斯蒂文斯效应（Stevens Effect）、同时对比（Simultaneous Contrast）、勾边使图像轮廓鲜明（Crispening）、赫尔森-贾德效应（Helson-Judd Effect）、Bartleson-Breneman等式（Bartleson-Breneman Equations）、颜色适应（Chromatic Adaptation）、颜色的恒常性（Color Constancy）、记忆色（Memory Color）。
2.1色相偏移
当亮度发生变化时，单色刺激的色相将产生漂移。即样本的色相在照明体的亮度发生变化时不保持恒常。当光源亮度值有变动时，色相会随着亮度变化而有所偏移。
或许有人会问600nm的光是哪种颜色？大多数人对于这种问题好像有明确的答案，但至少赫尔姆霍在1867年已经认为这样的描述是不准确的。图1模拟了，随着亮度增加和减少的变化情况下的一个光谱（每一个区域的光只有一个波长）。这个模拟可能不是很好，因为显示器在模仿光谱颜色时并不能达到十分完善的程度 [2]。
图1 Bezold-Brucke色相偏移模拟图
仔细观察不同色相的边界，特别是红色区域向橙色区域的过渡。随着亮度的提高和降低，不同色相的边界并不停留在同一个地方，在蓝色和紫色区域也是如此。如果随着亮度的增加和降低，边界并不左右移动，应该是由于显示器的效果不行。
不论演示是否有效，在合适的条件下这种变化是肯定存在的。色相也同样要取决于亮度，不同亮度条件下的同一种波长的光有不同的色相。因此不能肯定的下结论，一种波长的光是何种颜色。
2.2 艾比尼效应
当一束单色光和白光混合后，施照态的色纯度将被改变。根据Bezold-Brucke色相漂移效应，样本的色相也将发生变化。这一现象被称为Abney效应。
亦即色相会随着刺激纯度的改变而变动，例如某一种颜色中加入了白光而改变其原有的色彩纯度时，色相于人眼视觉上会随着纯度的不同而改变。图2和图3都展示了艾比尼效应的存在。
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图2 艾比尼效应图
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图3艾比尼效应图
2.3赫尔姆霍-科耳劳奇效应
根据以往的理论基础，人眼对于明度的感知只是取决于三刺激中的Y值。但事实上，经由Helmoltz的实验可知，明度值和色度值的改变均会影响视明度值。图4揭示了赫尔姆霍-科耳劳奇效应的存在[3]。
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图4赫尔姆霍-科耳劳奇效应
2.4亨特效应和斯蒂文斯效应
2.4.1亨特效应
物体的色貌随着整体的亮度变化发生明显的改变。即色度随着亮度的变化而变化，这就是所谓的Hunt效应[4]。Hunt在实验中，发现当观测时光源亮度愈高时，色彩之色相也会相对的提高。例如物体的色貌在夏天的下午显得更加鲜艳和明亮，而在傍晚则显得柔和。在更亮的光源条件下，物体色看起来更加鲜艳，明暗对比更加强烈。视彩度随着亮度的增加而增加。在更亮的光源条件下，物体色看起来更加鲜艳，明暗对比更加强烈。在色度图上，点(0.35,0.33)在1000cd/m2的条件下，与在1cd/m2的条件下的点(0.55,0.33)相匹配。因此在评价颜色外貌时，必须把绝对亮度考虑在内。
图5表明了在照度改变的条件下相应的色度变化，x,y表示的都是色度坐标，揭示了亨特效应。图上点都用照度水平来标记。
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图5 亨特效应
2.4.1斯蒂文斯效应
Stevens效应与Hunt效应是密切相关的。Hunt效应说明视彩度对比（Colorfulness contrast）随亮度的提高而提高。Stevens效应则说明视明度对比（Brightness contrast）或明度对比（Lightness contrast）随亮度的提高而提高。当明度增加时，色彩的对比也会随之提升，与Hunt效应所提出的结论是相似的。
图6斯蒂文斯效应
图6表明了，在相对照度提高的同时，相对明度也得到了提高，证明了Steven 效应。
2.5同时对比
相同物理刺激量的色彩放在不同背景下，人眼所接收到的刺激量，会因背景色的不同而有不同的视觉感受。同时对比带来的视觉现象是由人眼的视觉平衡生理平衡引起的。人类的眼睛对色彩具有自动调节的功能，即人的眼睛对任何一种特定的颜色都同时要求看到其相对补色。
2.5.1明度对比
同样一个灰色图形，在白色的背景上看起来显得颜色深一些，在黑色的背景上显得颜色浅一些，这就叫做明度对比。在视觉研究中，经常用对比来表示被观察对象在视场中的清晰程度，艺术上常用明度对比来取得不同的艺术效果。
2.5.3 边界对比
在明暗图形轮廓边界部分发生的主观对比加强的现象，就成为边界对比。被加强的区域，总是发生在客观亮度变化最大的地方，这是1805年由奥地利科学家马赫发现的，故称为马赫效应。从心理学角度来说，也就是一种边缘对比效应。
2.5.2颜色对比
在观察的视场中，人们对一颜色的感觉由于受到了它邻近的其它颜色的影响而发生变化的现象称为颜色对比。也即人的眼睛同时看两个色块，与将两个色块分开单独考虑的视觉效果是不一样的。中性灰色的颜色总是向背景颜色的补色方向变化，这种现象称为颜色同时对比。同时对比效果不仅发生在一种灰色和一种强烈的色彩之间，并且也发生在任何两种并非准确地互补色之间。两种色彩都倾向使对方向自己的补色转变。通常红-绿、黄-蓝称为生理补色，这是一种生理现象，即在颜色视觉中，需要有相应的补色来对任何特定的色彩进行平衡。
表1 生理补色
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背景色变化 |
色貌改变 |
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更暗 |
更亮 |
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更亮 |
更暗 |
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红 |
绿 |
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绿 |
红 |
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黄 |
蓝 |
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蓝 |
黄 |
图7 颜色对比
2.6勾边使图像轮廓鲜明
勾边使图像轮廓鲜明-两个差异不大的色彩刺激量，同时置于与刺激量相似之背景下，人眼对于两刺激量的视觉差异会较原先来的大。例如图8和图9，可以很明显地看到，两个有色貌比较近似的灰色色块在灰色的背景下，相比在黑色和浅灰色的背景下，两者之间的色貌差别看起来更大。而在另一幅图中，两个有一定色差的深红色色块，在红色背景下的色貌差别，相比黑色背景和白色背景，色相差别要大得多。
图8 灰色块勾边
图9红色块勾边
2.7赫尔森-贾德效应
当测试样本比背景亮时，样本色相会与光源相同；当测试样本比背景暗时，样本色相会与光源形成互补色。
图10 赫尔森-贾德效应
图10显示赫尔森在1938年发现的结果，验证了Helson-Judd效应的存在。一定颜色的样品在灰色的背景下与绿色的光源条件下，色相和色度的度量。
2.8 Bartleson-Breneman等式
1967年，Bartleson和Breneman发现当一个复杂刺激（图像）的周围环境从黑→暗→亮发生变化时，图像的感知对比度也随着逐渐增加。鉴于Steven所提出的色彩对比会随着明度增大而增大的观点，Barleson和Breneman着手开始进行其相关的试验，将此理论应用于复杂影像上，以观察“影像对比如何随着环境光源的转变而转变”。最后，依照实验结果，推出了一系列会随着光源的转换而改变影响对比的“明度相依公式”。实验结果如下图：
图11 Bartleson-Breneman等式
其中蓝线为黑条件下的实验结果，绿线表示模糊条件下实验结果，红线表示了平均亮度下的实验结果。可以很明显地看到，图像的对比度在亮的条件下更大。曲线表达了白点重新设置将引起对比度也发生变化。
2.9颜色适应
由于物理刺激（光）对感受器（眼睛）的持续作用，而使感受性发生变化的现象叫适应性。
2.9.1暗适应与明适应
当照明条件改变时，眼睛可以通过一定的生理过程对光的强度进行适应，以求获得清晰的视觉。从强光下进入暗室，最初看不见任何东西，经过几分钟后才能看清周围的东西，这种现象称为暗适应。而从暗室中走到阳光下，最初会感到耀眼，大约经过一分钟才能恢复正常，这种现象称为明适应。暗适应是眼睛对光的感受性提高的过程，明适应则是眼睛对光的感受性降低的过程。相机的自动曝光便模拟了明暗适应，测试现场的光线强弱，实现自动曝光。
2.9.2颜色适应
在照明方式发生改变时，开始人眼会感觉到物体的颜色发生变化，色彩“失真”，但经过一些时间之后，眼睛便习惯于新的光源，物体又重新显示出它原始的不失真的外貌。通常人眼适应于一定的刺激后，再观察另一种颜色时，后者的色彩会发生变化，而带有原适应色的补色成分。先看到的色光对后看到的色彩的影响所造成的颜色变化叫做颜色适应。在印刷行业中广泛应用标准光源来判断色彩，目的就在于消除由光源光色而产生的颜色适应的影响。数码相机中的“自动白平衡”就是为了克服外界环境的影响，实现对色温的控制和校正，决定画面中的白平衡基准点，以此来达到白平衡调校。
2.10颜色的恒常性
光源照度改变时，物体色外貌会因人眼视觉调试而感觉恒定不变的一种现象，称为颜色的恒常性。也即人眼视觉系统对于光源色照射至影像中“所造成影像色相的改变”会有自动补偿回原有色彩的机制。在日常生活中，每个具有正常色视觉的人都会同样的经验，就是大部分的自然物体色在不同自然光下都具有恒定的色外观，此现象即为色恒性。
2.10.1明度恒常
决定明度恒常性的重要条件是物体反射出来的光强度和从背景反射出来的光的强度的比例保持恒定不变，明度也就保持恒定不变，因此物体被看成白的还是黑的，往往不取决于其反射到眼睛里的光的绝对数量，而取决于其和背景所反射的光的相对数量。这也表明了一个物体是白的、灰的还是黑的，是由这个物体与周围物体的相对明暗关系决定的。物体的黑与白是受明度对比和人的知识经验的影响。而不完全是光的强度作用。
2.10.2 颜色恒常
物体的颜色是该物体表面对光源的光谱成分经选择性吸收后，反射剩余的色光而产生的。如果光源的光谱成分发生了变化，而我们对于周围的物体的颜色感觉，在一定程度上看起来仍是十分稳定的、保持不变，颜色视觉的这种特性称为颜色的恒常性。物体表面的颜色，并不完全决定于刺激的物理特性和视网膜感受器的吸收特性，也受人们的知识经验和周围环境参照对比的影响。
2.11记忆色
人们在长期实践中对某些颜色的认识形成了深刻的记忆，因此对这些颜色的认识有一定的规律并形成固有的习惯，这类颜色就称为记忆色。红苹果、灰云、蓝色天空、绿草地、绿树和黄柠檬的颜色都是常见的记忆色。深深地烙印在人们的大脑中多数人都知道何时这些颜色是对的还是错的。这些颜色在记忆中多数比实际颜色要更为鲜艳。
表2 常见的记忆色
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颜色 |
C |
M |
Y |
K |
|
金色 |
5 |
15 |
65 |
0 |
|
银色 |
20 |
15 |
14 |
0 |
|
半色 |
5 |
15 |
15 |
0 |
|
高光色 |
5 |
3 |
3 |
0 |
|
海水色 |
60 |
0 |
25 |
0 |
|
绿色 |
100 |
0 |
100 |
0 |
|
柠檬黄 |
5 |
18 |
75 |
0 |
2.11.1印刷中记忆色的应用
在印刷品中，记忆色的表现是十分重要的，因此在印前制作时一定要对这些颜色认真校正。
a. 肤色校正
肤色校正是一个十分细致的工作，每一种人种肤色还有一定的区别，就亚洲人种来说，属于黄种人，在CMYK空间中，基本色成分通常是黄色和品红色，其中黄色要比品红色多10％以上，青是第三色，起到平衡肤色及组织轮廓的作用，其值一般为品红的1／2～1／3，这是一个大概的标准，因为肤色有很多差别，按年龄有老人、青年、儿童、妇女、少女之分，其中生活环境的不同，也能使同龄人的肤色有天壤之别。
b．蓝天校正
蔚蓝的天空给人感觉十分舒畅，蔚蓝色给人的记忆是深刻的，有面积较大天空的图片一般都是风景照，其中绿色植物的黄青含量较重，而天空中安排黄色，不仅蓝色看上去不纯净，而且图片会缺乏空间感。要加深蓝天，应用中性的黑。适度的色彩夸张，给人眼的视觉感受是舒服的。蓝天的基本色是青，其次是品红。
3．色适应转换
色适应对于色彩的改变在色外貌的研究中比明、暗适应更为重要。在色外貌转换模式中，需加入色适应的转换较为合适，如图12所示，其中的 CAT即代表色适应转换（Chromatic Adaptation Transform）。色适应转换模式发展到至今已有100 多年历史，而现今所有的色适应模式，主要是以 Johannes von Kries于1902 年最早提出的概念假设为基础。VonKries 提出“人类的视觉接收器与人眼知觉感受应当是呈互相独立而不会相互影响”。因此，在人眼经历色彩适应转换的过程中，应该要利用适当的模式将观测之物体的色彩三刺激转换、处理成与人眼视觉相关的“锥体细胞感应值”，以预测出在不同观测环境下的色彩表现能力；其做法即-可利用来源端与目的端之间的比值及不同模式的转换矩阵，将原有来源端光源下所观测之物体的色彩转换成目的端光源下所表现的色度值。色恒性检测技术即借色度适应模式(Chromatic Adaptation Model)预测任一色刺激在不同光源或照明下，甚至不同媒体上，所呈现的色外观，进而评估其色恒性。在应用上，可利用此色度适应模式预测油墨或染颜料单一或混合使用时所产生的色刺激之色恒性，进而使产品之色彩品质稳定或易于控制与管理 [5]。
色适应转换过程：
图12色适应转换过程图
色适应转换的模式有许多种类，目前已公布发表的色度适应模式有如von Kries、Bartl-eson、BFD、CIE(Nayatani et al.)、Hunt、CIEL*a*b*、RLAB及即将发表之模式LLAB、KL95、Kuo96等。本文仅简介“von Kries色适应模式”及“BFD色适应模式”广为应用的两种。
3.1 von Kries色适应模式
Johannes von Kries是现代色适应模式研究之父。von Kries 所提出的概念为“人眼视觉器官与心理知觉应该是具独立性而不会互相影响”；并且，由于所有心理物理现象皆与人眼视觉细胞的接收有直接的关系，因而可依此概念以寻求出“物体色与视觉细胞之间的色适应转换模式”；如此，即可借由其相关的转换矩阵而“将色彩三刺激值换成人眼视觉器官三个锥体细胞 LMS 所感应到的刺激量”。根据上述之理论加以应用于色适应的转换机制中，如公式 1的转换方式，目的就是 “将观测之色彩的三刺激值 XYZ转换成人眼知觉中 LMS 锥体细胞各自感应到的刺激量，同时亦相对应的转换改变不同观测光源下之白点的相关刺激量值”。
(1)
其中
3.2 Bradford 模式
Bradford 模式是由 Lam 经由实验测试所提出的，是被认为预测较准确因而较广为应用的色适应转换模式之一。在其模式之中，XYZ可经由转换矩阵转换成 RGB；其矩阵系数是根据 Nayatani 转换模式所修改而成，如同公式2、公式 3 所示。其主要目的亦在于研究人眼视觉对于不同光源与色彩恒常性之间的转换关系。
， 其中 (2)
(3)
其中R、G、B为适应前色度值，Rc 、Gc、Bc为适应后色度值，Rsw、Gsw、Bsw为来源端光源色度值，Rdw、Gdw、Bdw为目的端光源色度值。
4.参考文献
【1】MarkD. Fairchild.Color AppearanceModels[M] . Wiley-IS&T Series in Imaging Science and Technology,2004:2-10
【2】University of California Santa Barbara. Hue Depends on Intensity. http://www.lifesci./~mrowe/Bezold-Brucke.html , 2004-08-25
【3】Yoshinobu Nayatani. A Colorimetric Explanation of the Helmohotz-Kohlrausch Effect [J] . Color Research and Application, 1998, 23(6):374-378
【4】Hunt, R. W. G. Model of Colour Vision for Predicting Colour Appearance[J]. Color Research and Application, 1982, 7(2):95- 112
【5】颜色科学与工程国家专业实验室.色貌模型简介. http://www./News.asp?Id=16，2007-01-13
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