人類視覺色彩感官分析

顏色：
是通過眼、腦和我們的生活經驗所產生的一種對光的視覺效應。人對顏色的感覺不僅僅由光的物理性質所決定，比如人類對顏色的感覺往往受到周圍顏色的影響。有時人們也將物質產生不同顏色的物理特性直接稱為顏色。
物理可見光的光譜：
電磁波的波長和強度可以有很大的區別，在人可以感受的波長範圍內（約380奈米至740奈米），它被稱為可見光，有時也被簡稱為光。假如我們將一個光源各個波長的強度列在一起，我們就可以獲得這個光源的光譜。一個物體的光譜決定這個物體的光學特性，包括它的顏色。不同的光譜可以被人接收為同一個顏色。雖然我們可以將一個顏色定義為所有這些光譜的總和，但是不同的動物所看到的顏色是不同的，不同的人所感受到的顏色也是不同的，因此這個定義是相當主觀的。一個彌散地反射所有波長的光的表面是白色的，而一個吸收所有波長的光的表面是黑色的。一個虹所表現的每個顏色只包含一個波長的光。我們稱這樣的顏色為單色的。虹的光譜實際上是連續的，但一般來說，人們將它分為七種顏色：紅、橙、黃、綠、青、藍、紫；每個人的分法總是稍稍不同。單色光的強度也會影響人對一個波長的光所感受的顏色，比如暗的橙黃被感受為褐色，而暗的黃綠被感受為橄欖綠，等等。
顏色的感受：
人類錐狀細胞對單色光譜刺激的規範化典型反應儘管亞里士多德就已經討論過光和顏色之間的關係，但真正闡明兩者關係的是牛頓。歌德也曾經研究過顏色的成因。托馬斯·楊在1801年第一次提出三元色的理論，後來亥姆霍茲將它完善了。1960年代人們發現了人眼內部感受顏色的色素，從而確定了這個理論的正確性。
人眼中的錐狀細胞和棒狀細胞都能感受顏色，一般人眼中有三種不同的錐狀細胞：第一種主要感受紅色，它的最敏感點在665奈米左右；第二種主要感受綠色，它的最敏感點在535奈米左右；第三種主要感受藍色，其最敏感點在445奈米左右。桿狀細胞只有一種，它的最敏感的顏色波長在藍色和綠色之間。每種錐狀細胞的敏感曲線大致是鍾形的。因此進入眼睛的光一般相應這三種錐狀細胞和桿狀細胞被分為4個不同強度的信號。因為每種細胞也對其他的波長有反映，因此並非所有的光譜都能被區分。比如綠光不僅可以被綠錐狀細胞接受，其他錐狀細胞也可以產生一定強度的信號，所有這些信號的組合就是人眼能夠區分的顏色的總和。如我們的眼睛長時間看一種顏色的話，我們把目光轉開就會在別的地方看到這種顏色的補色。這被稱作顏色的互補原理，簡單說來，當某個細胞受到某種顏色的光刺激時，它同時會釋放出兩種信號：刺激黃色，並同時擬制黃色的補色藍色。事實上，某個場景的光在視網膜上細胞產生的信號並不是完全被百分之百等於人對這個場景的感受。人的大腦會對這些信號處理，並分析比較周圍的信號。例如，一張用綠色濾鏡拍的白宮照片——白宮的形象事實上是綠色的。但是因為人大腦對白宮的固有印象，加上周圍環境的的綠色色調，人腦的會把綠色的障礙剔除——很多時候依然把白宮感受成白色。這被稱作現象在英文中被稱作「Retinex」——合成了視網膜（retina）和大腦皮層（cortex）兩個單詞。梵谷就曾使用過這個現象作畫。人眼一共約能區分一千萬種顏色，不過這隻是一個估計，因為每個人眼的構造不同，每個人看到的顏色也少許不同，因此對顏色的區分是相當主觀的。假如一個人的一種或多種錐狀細胞不能正常對入射的光反映，那麼這個人能夠區別的顏色就比較少，這樣的人被稱為色弱。有時這也被稱為色盲，但實際上這個稱呼並不正確，因為真正只能區分黑白的人是非常少的。
單色和混合色：
大多數光源的光譜不是單色的，它們的光是由不同強度和波長的光混合組成的。人眼將許多這樣的混合光的顏色與單色光源的光的顏色看成是同樣。比如上面表格中的橙色，實際上就不是單色的600奈米的光，實際上它是由紅色和綠色的光混合組成的（顯示器無法產生單色的橙色）。出於眼睛的生理原理，我們無法區分這兩種光的顏色。也有許多顏色是不可能是單色的，因為沒有這樣的單色的顏色。黑色、灰色和白色比如就是這樣的顏色，粉紅色或絳紫色也是這樣的顏色。顏色與波動方程：
波動方程是用來描寫光的方程，因此通過解波動方程我們應該可以得到顏色的信息。通過傅利葉變換我們可以獲得每個波長的振幅。由此我們可以得到這個光在每個波長的強度。這樣一來我們就可以從波動方程獲得一個光譜。但實際上要描寫一組光譜到底會產生什麼顏色，我們還的理解視網膜的生理功能才行。
顏色的複製
不同的光譜可以在人眼中產生同樣的顏色感，比如日光燈的白光是由幾個相當窄的光譜線構成的，而太陽光則是由連續的光譜構成的。就其光而言，人眼無法區分兩者。只有當它們反射在不同顏色的物體上時，我們才看得出來一個是日光燈的光，一個是太陽光。在大多數情況下人能看得出的顏色可以由元色搭配而成。照片、印刷、電視等就使用這種方式來體現顏色的。儘管如此搭配出來的顏色往往與純的單色不完全相同，尤其在可見光譜的中部搭配的顏色只能非常地接近單色光，但無法完全達到它的效果。比如綠光（530奈米）和藍光（460奈米）搭配在一起可以產生青光。但這個青光總使人有不十分純的感覺。這是因為人的紅色錐狀細胞同時也可以感受到綠色和藍色，它們對搭配的顏色的反映比對純的青色（485奈米）的反映要強一些，因此我們會感到搭配的顏色有點「紅」，有點不純。此外一般在技術上使用的元色本身也都不純，因此一般來說它們無法完全地表現純的單色光。不過自然界中很少有真正的純的單色光，因此一般來說由元色組成的顏色可以很好地反映原來的顏色。一個技術系統能夠產生的顏色的總和被稱為色域。在通過照相機或掃描儀錄取顏色的時候也會產生誤差。一般這些儀器中的感光元件的感光特性與人眼的感光特性相差甚遠。因此在特別的光照下這些儀器所產生的顏色可能會與人眼所感受到的相差很大。與人眼的顏色感受不同的動物（比如鳥可以感受四種不同的顏色）可以區分對人來說相同的顏色，因此對它們來說適合人看的圖象有時會非常不可理解。
色素：
在印刷或圖畫中我們一般使用反射一定波長的色素。當白光照到這些色素上時，它們只反射一定的光而產生顏色的效果。
紅綠藍三元色 (RGB)：
RGB色彩立方體發光的媒體（比如電視機）使用紅、綠和藍加色的三元色，每種光盡可能只刺激針對它們的錐狀細胞而不刺激其它的錐狀細胞。這個系統的色域占人可以感受到的色彩空間的大部分，因此電視機和計算機螢光屏使用這個系統。
理論上我們也可以使用其他顏色作為元色，但使用紅、綠和藍我們可以最大地達到人的色彩空間。遺憾的是對於紅、綠和藍色沒有固定的波長的定義，因此不同的技術儀器可能使用不同的波長從而在螢光屏上產生稍微不同的顏色。
青、洋紅、黃三元色 (CMYK)：
CMYK色彩立方體理論上，青色、洋紅色和黃色半透明的顏料塗在白色的底上，顏料會結合而吸收所有光線，然後產生黑色。然而實際上會產生很暗的棕色。所以除了青色、洋紅色和黃色之外，還會加入黑色以平衡色彩的偏差。
色相、飽和度和明度系統 (HSB)在製作計算機圖像時人們往往使用另一種顏色系統。這個顏色系統使用三個分別叫做色相、飽和度和明度的係數。色相決定到底哪一種顏色被使用，飽和度決定顏色的深淺，明度決定顏色的強烈度。
色彩模型是一種用來將顏色表示為一組（一般三個或四個）數字的抽象的數學模型。這樣所組成的色彩的集合被稱為色彩空間。在這裡我們僅僅描寫人的色彩模型。
三元色色彩空間：
假如我們用歐氏空間中的x、y和z軸相應表示人的三種錐狀細胞最敏感的波長的強度的話，那麼我們就可以獲得一個三維的色彩空間。這個空間的原點代表的是黑色。離原點越遠，光的強度就越強。白色在這個空間中沒有固定的點，按照色溫以及周圍光的不同我們可能將這個圖中不同的點看做白色。人可以感受到的顏色在這個圖中是一個底部是馬蹄形的錐體。理論上來說這個錐體沒有止點，但過於強烈的光會損壞人的眼睛。在光的強度低的情況下，人對顏色的感受會發生變化，但總的來說，人對右圖中黑線所描繪的部分是敏感的。
精確地說，在這個不存在棕色或灰色這樣的顏色，這些顏色實際上是比周圍顏色暗的橙色和白色。這一點我們很容易證明：我們在看一個投到一塊白布的投影機的圖象時我們會看到白布上投的黑字，但實際上這些黑字的顏色與白布本來還沒有被投影時的顏色是一樣的。投影后這些黑字周圍的白布被照亮了，因此我們感覺到它們比較黑了。我們還可以看到，人無法看到純的紅色、綠色或藍色，這是因為我們的錐狀細胞對其他顏色也起反應。在我們看純藍色時，我們的紅色和綠色的錐狀細胞也產生信號，就好象在藍色中還夾雜著紅色和綠色一樣。
明度：
指顏色的亮度，不同的顏色具有不同的明度，例如黃色就比藍色的明度高，在一個畫面中如何安排不同明度的色塊也可以幫助表達畫作的感情，如果天空比地面明度低，就會產生壓抑的感覺。術語：「明度」(Brightness)原來用做光度測定術語照度和(錯誤的)用於輻射測定術語輻射度的同義詞。按美國聯邦通信術語表(FS-1037C)的規定，明度現在只應用於非定量的提及對光的生理感覺和感知。
一個給定目標亮度在不同的場景中可以引起不同的明度感覺；比如White錯覺和Wertheimer-Benary錯覺。在 RGB 色彩空間中，明度可以被認為是 R(紅色)，G(綠色)和B(藍色)坐標的算術平均 μ(儘管這三個成分中的某個要比其他看起來更明亮，但這可以被某些顯示系統自動補償)。明度也是 HSB 或 HSV 色彩空間(色相，飽和度和明度)中的顏色坐標，它的值是這個顏色的 R，G 和 B 三者中的極大值。
亮度：
亮度是人對光的強度的感受。它是一個主觀的量。與亮度不同的，由物理定義的客觀的相應的量是光強。這兩個量在一般的日常用語中往往被混淆。亮度(lightness)是顏色的一種性質，或與顏色多明亮有關係的色彩空間的一個維度。在 Lab 色彩空間中，亮度被定義來反映人類的主觀明亮感覺。在 Adobe Photoshop 的圖象操作中，亮度指示的是紅色、綠色和藍色信號的加權和。依據 Rec. 601 luma 係數來計算(Rec. 601: Luma (Y』) = 0.299 R』 + 0.587 G』 + 0.114 B』)。在 HSL 色彩空間中的 "L" 被稱為表示亮度。在這種情況下 "L" 被計算為 1/2 (MAX + MIN)，這裡的 MAX 和 MIN 指的是要轉換到 HSL 顏色空間中的最大和最小的 R'G'B' 成分。
色度：
色度指得是色彩的純度，也叫飽和度或彩度，是「色彩三屬性」之一。如大紅就比玫紅更紅，這就是說大紅的色度要高。它是HSV色彩屬性模式，孟塞爾顏色系統等的描述色彩變數。
從廣義上說，黑白灰是「色度=0」的顏色。在各種色彩模型中，對色度有不同的量化模式。
孟塞爾顏色系統中稱為Chroma，並以黑白灰為彩度0點，將各種彩色按照表示「差別多大距離」而分級，導致各種顏色最鮮艷的彩度級別不一樣。如色相5R （紅）最高的彩度可以達到14，而色相5BG（青綠）最高的彩度只有8。即使同樣是彩度6，各種顏色的鮮艷程度並不是和人的感官直覺很一致。
HSV色彩屬性模式中這個指標稱為Saturation，即飽和度。
日本PCCS系統中，這個指標漢字寫作「彩度」，但是翻譯成英文是稱Saturation，即飽和度。將無彩色的黑白灰定為0，最鮮艷定為9s，這樣大致分成十階段，讓數值和人的感官直覺一致。
色度由光線強弱和在不同波長的強度分佈有關。最高的色度一般由單波長的強光（例如雷射）達到，在波長分佈不變的情況下，光強度越弱則色度越低。
在三原色光模式中，色度可定量化用 σ 表示某一色彩與純色的差別：定色法中有更複雜的定義。
色相
色相指的是色彩的外相，是在不同波長的光照射下，人眼所感覺不同的顏色，如紅色、黃色、藍色等。
在HSL色彩空間和HSV色彩空間中，H指的就是色相，是以紅色為0度(360度)；黃色為60度；綠色為120度；青色為180度；藍色為240度；品紅色為300度。
從 RGB 計算色相
Preucil描述了一種色彩六邊形，類似於 Evans, Hanson 和 Brewer 所描述的三線繪圖，它可以被用來從 RGB 計算色相。紅色放置在 0°，綠色在 120°，而藍色在 240°，可以解:他還是用了極化繪圖，他稱為色圓。[1]使用 R, G 和 B 而非 Preucil 使用的 R, G 和 B 密度，可以用下列方案計算色相角度: 先確定處在 R, G 和 B 勝出的六種可能排序中的哪個，接著應用下表列出的適當公式。
作為圓錐體的 HSV 色彩空間HSV 和 HSL 色彩空間中最大飽和度顏色的色相和它們對應的 RGB 坐標之間的聯系。注意在每種情況下公式都包含分式，這里的 H 是 R, G 和 B 的最高者；L 是最低者，而 M 在另二者之間者。
從 Preucil 圓計算出來的色相角在 30 度的整數倍上一致於從 Preucil 六邊形計算出來的色相角，在 15 度(基於圓公式)的奇數倍上二者分歧最大，大約差 1.2 度。
轉換 RGB 顏色到HSL色彩空間或HSV色彩空間的處理通常基於六段分段映射，把 HSV 圓錐當作六棱錐，或把 HSL 雙圓錐當作雙六棱錐。[3] 使用公式是上表中的。色相環：伊登十二色相環、RGB十二色相環，「色相環」是將不同色相的顏色依序排列成環狀以方便使用。
顏色的意義：
不同的顏色有不同的意義。紅色比如被作為共產主義的標誌，黃色在中國古代是皇帝的標誌，有些國家有自己的國色，比如法國的紅白藍。不同的文化在這裡可能有很大的差異，比如中國傳統白色是喪色，而在西方國家白色往往代表純潔。傳統上，中國人穿著白色喪服出席喪禮，相反，西方國家以白色作為婚禮的禮服主色。
顏色的心理作用：
不同的顏色可以產生不同的心理作用。從細節上來說這些感受每個人都各不相同，但總體來說即使是來自不同文化的人也往往有同樣的感受。比如紅色使人心情激動，藍色使人安靜。對藝術家、建築師、服裝設計師和廣告製作者等來說顏色的心理作用是非常重要的。
除此之外人對顏色的感受還有許多特別的效應。一個有趣的現象是假如一個畫家在繪畫時只使用少數幾種顏色，我們的眼睛會試圖將灰色或其他中立的顏色看成是缺乏的顏色。比如一幅畫中只有紅黃黑和白色，那麼我們就會把黃和黑的混合色看成一種綠色，把紅和黑的混合色看成一種紫色，而灰色會顯得有點藍。