2021-01-06 10:39:13

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所谓加色法,是指颜色光的RGB三原色。它们按不同比例相加而混合出其他色彩的一种方法。当三原色物理分量比例相同时混合得到白色光,三原色分量比例不同时混合后可产生各种颜色光,当三原色照射至白纸或物质上反射的颜色是减法色,也叫加法三原色与减法三原色。

加法三原色以英文的Red,Green,Blue表示,减法三原色则为英文的青、品红、黄的缩写CMY表示,多用于美术及各种涂覆颜料和色素,称为"三原色"。

基本信息

  • 中文名称

    加色法

  • 外文名称

    The additive method

  • 原理

    三原色光组合色彩

  • 释义

    利用三色原理组合其他色彩的方法

  • 解读

    正确识别理解减色与减色的方法

折叠 编辑本段 规律

加色法有以下规律。

1.色光的三基色(又称三原色):

红光、绿光和蓝光是色光三基色

2.色光的叠加:

加色:红色光+绿色光+蓝色光=白光。

减色(加色法的补色): 红色光+绿色光=黄色光; 红色光+蓝色光=品红色光; 蓝色光+绿色光=青色光。

3. 加色与减色的关系为互补色,互补色相加等于中性色(由黑过度到白的任何一种灰度):

红+青=灰

绿+品红=灰

蓝+黄=灰

折叠 编辑本段 理论来源

1861年苏格兰物理学家马克斯韦尔就人的彩色视觉发表演讲,并用一幅彩色图像来说明他的理论。

他的方法是,透过红、绿、蓝(三基色)三种滤色镜,拍出三张不同的黑白照片,再制成黑白幻灯片,然后在放映这三张片子的幻灯机的镜头前,分别放上红、绿、蓝(三基色)三种滤色镜,并使三个影像在银幕上重合,于是就得到了一幅彩色的影像。

马克斯韦尔的这一原理成为现代色彩处理方法的基础,这种方法被称为加色法。

折叠 编辑本段 补色

所谓补色是指,如果把两种颜色的色光相加可以得到白光,那么,我们就说这两种色光互为补色。表示两种单色光的叠加还可以得到白光,或两种单色光互为补色,可以用公式:

红色光+青色光=白光; 绿色光+品红色光=白光; 蓝色光+黄色光=白光;

或:白光-红色光=青色光; 白光-绿色光= 品红色光; 白光-蓝色光=黄色光。

美术课讲的三原色指的就是减色法的三原色CMY,也就是色光三基色RGB的补色颜料的三原色CMY。那么为什么美术上不叫"品、黄、青"而叫"红、黄、蓝"呢?这里面有一个不同的行业对于色彩的不同的称呼问题,我们所说的"品红",在美术上叫"洋红"或"紫红",简称:"红",而我们所说的"青"色,在美术上叫"湖蓝",简称:"蓝"。所以美术上所说似的"红、黄、蓝"就是我们在这里所说的"品、黄、青"。

在光学物理的电视、计算机、电影和彩色感光材料上,以及颜料色素的美术、印刷及印染上,都统一把加色法的三原色或色光的三基色叫作:红、绿、蓝;把减色法的三原色或色彩的三原色叫作:青、品红、黄,简称:青、品、黄。而且这种命名法在国际上也是统一的。

一般在电视和计算机的显示器,LED广告显示屏以及多媒体投影仪、数码相机和扫描仪上等凡是色光产生颜色的电子设备上都采用加色法RGB系统,而在美术、印刷、印染、打印机和感光胶片的成色剂上都采用CMY(K)系统。在现实应用上的彩色照片扩印机和数码影像的后期处理上,两种颜色系统都在使用。

由于红、绿、蓝的英文名称分别是:Red、Green、Blue;所以,使用红、绿、蓝的系统也叫"RGB系统"。而由于品红、黄、青的英文名称分别是:Magenta、Yellow、Cyan,而且使用品红、黄、青的系统。由于传统银盐胶片和相纸上的色素是分层叠加方式,加之摄影记录中有明度(灰度)信息与色彩信息共同组成,故光学成像的CMY分量各异时就混合出不同灰度的黑色。传统感光胶片是标准的补色系统CMY。因为印刷是在白纸上单层色素平铺混合各种颜色的方法,使得黑色都不纯,为此印刷与打印专门加了黑色素K,黑色的英文名称是Black,所以,印业领域中使用品红、黄、青和黑的系统也叫CMYK系统。

在Photoshop专业图像软件的"视图"菜单中有个"校样颜色",我们可以通过这个功能直接看到工作中的CMYK和工作中的CMY两种减色混合的结果,显然前者是颜料混合方式的印刷模式加了黑K,后者是光学概念的CMY混合方法,它在非光学方法的印刷中时是混合不出黑色的。加色法光学影像与投影仪成像原理图解加色法光学影像与投影仪成像原理图解

最普通的美术或摄影教材中都有关于加色法和减色法的定义:

凡两种颜料叠加,色光减少者为减色法,两种色光叠加,亮度增加者为加色法。

加色法与减色法进一步理解为:使用染料色素描述颜色,和三基色光照射到物质上的反射颜色为减色法。使用色光直接混合显示为加色法。简言之使用青(C)、品(M)、黄(Y)色系的为减色法,使用红(R)、绿(G)、蓝(B)色系的为加色法。因此印照片,四色彩色印刷、喷墨打印机都是减色法色系;而彩色电视、电脑显示器则为加色法色系。

这里有必要更正一下传统教科中常用的红、绿、蓝三个圆叠加来解释加色法的含混,比如常见三个圆叠加的饼图,它并未说明用来讲解三基色的条件,它到底是记录影像的光学概念具有明度(灰度)色光还是实验室的平均化色光?这里我们将实验室与实际应用的视图做个比较:

  1. 三束光为平均相等且无明度(灰度)的三基色等量时的红(R)、绿(G)、蓝(B)照射,它们是实验室的理论加色法RGB,这是加色法的理论基础与本质。
  2. 另一种是三基色混合叠加在影像记录中的概念视图,无论是红绿蓝还是青品黄,凡是符合实际影像记录信息所反映出光线是由黑到亮的结果就是人类认知理论的实践应用。

折叠 编辑本段 方法

判别加色法

加色法和减色法的成色真如上述定义这么简单或上述定义是放之四海而皆准的判别加色法与减色法的准则吗?我们只要略举几个例子就足以说明些定义并不混乱:用荧光粉发光的CRT显示器是加色法,那么用染料做成微小滤光镜的液晶显示也用红绿蓝色系,当我们用放大镜去观察这两屏幕时发现它们有相同的微观结构,这个事实告诉我们,如何能判断哪一种是发光,哪一种是减光只需看它是发光颜色还是反射颜色即可,不必主观臆断,因为任何光学的颜色滤镜都是用来产生纯色色光的,而反射颜色无需用到滤色镜。

过去有一种加色法胶片,它也是用染料过滤白光使之呈现彩色,但它不同的染料是相互错开不重叠,为什么它就叫加色法?

辨别的原理

为了真正搞清这个问题,我们先来看一下人类产生颜色判别的过程再说。

根据1971年做出的人眼三种锥体细胞的感色曲线,人眼对可见光的感应是全光谱的而且靠三种不同锥体细胞不同的感应峰值来实现辨色能力。任何一种色光,只要它能使一组锥体细胞产生同样比例的刺激值,就会被认为是一种颜色。这就是人眼的同色异谱现象,即两种被人眼看上去是相同的颜色的色光,它们的光谱成份不一定是一样的。

另外我们还可以断定,对于人眼来说,它并不能区分什么是发光体发出的光,什么是反射体反射的光。因此看来用发光与反射光区分色系是有意义的。

从滤光镜成色的过程我们可以看出,通过一种或多种滤光镜的色光,由于被滤光镜中染料的选择性吸收,改变了原来的光谱成分,使人眼3种锥体细胞的刺激值比例发生变化而产生一种颜色的认知。在这种颜色的区域内,我们在受光面或发光面上取很小的一个点,这个点上的光谱成分都是不变的。另外由多片滤光镜产生的颜色我们只能通过每一种滤光镜的吸收光谱曲线叠加后来计算,这个计算过程非常复杂,必须用计算机每隔10个nm波长逐段叠加,然后再对产生的新光谱曲线差分运算才能得出它的新色度坐标,由于其它另一些相关因素,精确分析并无太大必要,最简单的判别还是要看颜色是自身发光还是反射的颜色(见图2的直观描述--灯光的照射与其颜色的反射)。而且色光被反射必须是漫反射而非镜面反射。

由有限种染料混合会形成几乎无限种颜色的新染料。而每一种新染料的颜色都是很难预测的,这是减色法的特点。因此在数字化的彩色系统中,应用减色的例证可追溯到彩色摄影发明初期,在Adobe推出Photoshop明室暗房软件的第一版时就是数字影像运用减色法的例证,世界上所有专业胶片数字化设备滚筒式扫描电子分色都是CMYK颜色系统,30多年过去了直到现在采用RGB颜色系统的数码相机成像设备的诞生,才将沿用了几十年的CMY系统大众化到RGB颜色系统。

但是Adobe的权威专业软件Photoshop仍保留着加色法转减色的CMYK系统,因为RGB模式色彩最终输出到纸质彩色画页或照片上必须是自身颜色不发光的减色系统!

最简单的加色法

最简单的加色法是将两束色光打在同一点上,它将形成一种新色光,但新色光的颜色非常容易计算,对于任何线性的颜色坐标系统(如CIE XYZ系统),只要将原来两种色光的坐标分别相加(位置矢量相加)就可以了。

C3=C1+C2=(X1+X2, Y1+Y2, Z1+Z2)

这种计算色光的方法才是加色法的真正含义。

时间混合是证明加色法颜色混合原理的方法,例如转动的牛顿色盘。色光的坐标乘以相对持续时间再相加就是新的颜色坐标,但牛顿色盘本身不发光,是靠人眼视觉暂留看到7种颜色可以逆向重现白光,因色盘本身靠白光漫反射混合重现白色,无论色盘转动与否其颜色是减色系。

空间混合是又一种加色法。当我们用一个放大镜近看彩色电视或计算机的显示器时可以发现,屏幕上并没有多姿多彩的颜色,只有红绿蓝3种颜色的小点。当这些亮度不同的小点在空间上混合时人眼就产生了新颜色的认知。这种成色方法也可以运用三种色光位置矢量的相加来精确推算出。

如果不用不同亮度的小点而是用同亮度不同面积的色点实现空间混合同样适用矢量相加的成色规律,因而它也是一种加色法。空间混合加色法校色实例空间混合加色法校色实例

题头图 是不同亮度色点和不同面积色点的空间混合的空间混合, 它们的 红、绿、蓝或青、品红、黄做基色或补色时可表现的颜色在三角形内,加色为白色,减色为黑色。

目录"方法"右图为加色法在Photoshop软件中实际模拟应用示图,具体操作方法及原理参考。

折叠 编辑本段 怎样构成

从色度学原理上说,任选3个线性无关的基向量都可以构成一个完整的加色法彩色空间。最早的色彩空间是CIE RGB空间,这是一个加色法空间,由于RGB是发光颜色故这个颜色空间在彩色照片上来讲他是虚拟的,但在电视机、显示器等靠色光呈现彩色影像上CIE RGB才有意义。后来为了将亮度信息独立出来,又将其变换到CIE XYZ坐标。在这个坐标系中,Y成为唯一的亮度坐标,去掉XZ值,它就成了黑白照片。XYZ也是加色法空间。按照前面说的原理,我们也可以选择黄品青做基向关于美术三原色混不出黑色的原因图解关于美术三原色混不出黑色的原因图解量,因为它们也不是线性相关的。

这个规律在构成彩色影像的加色法HSV数学模型中很容易被理解,模型形象的说明了色光由黑到亮的和色度由浅到深的过度规律,这个原理对应于Adobe设计的拾色器上的变化规律。让我们对原先抽象和难以理解的加色法与减色法原理解释有了新的认识与了解,而且在实际应用中能更好的把握它们的关系。

检查基向量是否线性相关很容易,查其系数的行列式值就行了。例如一组黄品青基向量在sRGB坐标下的坐标为

c=(0.731,0.682,0)

m=(0.86,0,0.51)

y=(0,0.587,0.81)

其中青品黄的坐标表示构成3x3的行列式,其值为-0.694,非零,因此这组基向量可以用来表达完整的加色法彩色空间。

但为什么我们在计算机上通常都是用RGB彩色空间。原因是在上面坐标系中,许多颜色出现在坐标值为负数的象限内,如果我们去掉坐标为负值的那些颜色,则只有在RGB空间内表现的颜色最多。图4显示了在XYZ坐标系内某一个亮度平面上,以RGB为基(黑色三角形)和CMY为基所能表现的颜色。由于所有可见光形成的空间在任意一个亮度平面上都接近于一个以红、绿、蓝为顶点的三角形,因此在颜色不可能取负值时用红、绿、蓝坐标系表达颜色,和用红、绿、蓝基色去生成颜色可以表现最多的颜色。

从人的视觉生理特性来看,人眼的视网膜上有三种感色视锥细胞--感红细胞、感绿细胞、感蓝细胞,这三种细胞分别对红光、绿光、蓝光敏感。当其中一种感色细胞受到较强的刺激,就会引起该感色细胞的兴奋,则产生该色彩的感觉。人眼的三种感色细胞,具有合色的能力。当一复色光刺激人眼时,人眼感色细胞可将其分解为红、绿、蓝三种单色光,然后混合成一种颜色。正是由于这种合色能力,我们才能识别除红、绿、蓝三色之外的更大范围的颜色。虽然如此但这并不能说明三基色发光体小到人眼不足以分辨是三种颜色的具体点时所看到的是白点这是事实,例:三棱镜解析出的全色光谱是白光的成分,当全色光小到人眼不足以分辨具体颜色是它就是一个白点,原理同显示器的白场,它们是由数不清的无数个具体的红(R)、绿(G)、蓝(B)点组成。在放大镜下我们才能看到具体的色光单元。

色光中存在三种最基本的色光,它们的颜色分别为红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)。这三种色光既是白光分解后得到的主要色光,又是混合色光的主要成分,并且能与人眼视网膜细胞的光谱响应区间相匹配,符合人眼的视觉生理效应。这三种色光以不同比例混合,几乎可以得到自然界中的一切色光,混合色域最大。而且我们在自然界景物中很难看到完全由色光混合出的场景颜色,所能看到的都是物质反射出的减色体系颜色,人造的电子设备显示器、电视机等才是真正意义上的加色影像;而且这三种色光具有独立性,其中一种基色不能由另外的基色光混合而成。由此,我们称红(R)、绿(G)、蓝(B)为色光三基色。为了统一认识,1931年国际照明委员会(CIE)规定了三基色的波长λR=700.0nm,λG=546.1nm,λB=435.8nm。在色彩学研究中,为了便于定性分析,常将白光看成是由红、绿、蓝三原色等量相加而合成的。

由两种或两种以上的色光相混合时,会同时或者在极短的时间内连续刺激人的视觉器官,使人产生一种新的色彩感觉。我们称这种色光混合为加色混合。这种由两种以上色光相混合,呈现另一种色光的方法,称为色光加色法。视图给出了加色法与减色法在感光胶片、打印印刷以及现代数码色彩影像记录过程及后期重现流程中所遵循光学规律的原理。加色法与三基色构成原理图解加色法与三基色构成原理图解

近百年的美术教科始终说不清楚三原色混合后为什么混不出黑色的原因来,新增的示图从光学理论上解释了这个问题。原理很简单,因为美术颜料非色光,它是靠反射颜色光呈现颜色的,这三种颜料不存在光学性质上的明度,故此混不出黑色来。而加色法RGB色光滤镜的光源是白光,它们的补色是美术的三原色CMY,用摄影颜色光理论讲具有明度,举例说明:青色、品红色和黄色光线的三原色拼图,通过投影仪投射至银幕上(典型例证电影胶片和幻灯片)因为胶片结构是三层乳剂,叠加后遮挡了光线,黑色自然就顺理成章"混合"出来。

在Phtotshop图像软件中,看到的彩色图像是通过光线照射数码相机传感器形成的影像,它有明度存在(胶片影像同理),我们看到图像直方图的左边(暗部)既是影像中的甚黑或黑色部分,当然图像被投影时也是黑色(不透光)。因美术颜料的等值三原色CMY的混合性质不是光学成像,而是颜料涂抹,所以它必须另外加个黑色才能混出黑色!

折叠 编辑本段 英文解释

Using RGB color additive which consists of a variety of methods known as additive color method. When mixing different colors of light, they put their share of some of the spectrum together, will produce a new kind of mixed colors. Red plus green form yellow, green and blue form cyan, blue plus red and the formation of magenta. red, green and blue primary colors mixed it into the white.

折叠 编辑本段 关系

加色法与减色法都是针对色光而言,加色法指的是色光相加混合各种色光的方法(包括三补色),减色法指三补色的混合方法,也能产生与三基色混合后得到的结果,不同的是减色法多为照射到表面粗糙的物质上的被漫反射减弱了强度的色光(颜色)例如投影机和电影银幕上的加色法演示或彩色影像。

加色法与减色法又是迥然不同的两种呈色方法。加色法是色光混合呈色的方法。色光混合后,不仅色彩与参加混合的各色光不同,同时亮度和色度也增加了;减色法是色料混合呈色的方法。色料混合后,不仅形成新的颜色,同时亮度也降低了,这是因为物质非主动发光体它们是被动反射色光的。加色法是两种以上的色光同时刺激人的视神经而引起的色效应;而减色法是指从白光或其它复色光中减某些色光而得到另一种色光刺激的色效应。从互补关系来看,有三对互补色: R-C;G-M;B-Y。在色光加色法中,互补色相加得到白色;在色料减色法中,互补色相加得到黑色(后者仅指光学概念的感光影像记录)。

色光三基色是红(R)、绿(G)、蓝(B),色料三原色是青(C)、品红(M)、黄(Y)。人眼看到的永远是色光,不同的是一个是颜色发光体,另一个是颜色反射体。颜料三原色的确定与三基色光有着必然的联系。

折叠 编辑本段 光谱分析

光谱是复色光经过色散系统(如棱镜、光栅)分光后,被色散开的单色光按波长(或频率)大小而依次排列的图案,全称为光学频谱。光谱中最大的一部分可见光谱电磁波谱中人眼可见的一部分,在这个波长范围内的电磁辐射被称作可见光。光谱并没有包含人类大脑视觉所能区别的所有颜色,譬如褐色和粉红色。

光波是由原子内部运动的电子产生的,各种物质的原子内部电子的运动情况不同,所以它们发射的光波也不同.研究不同物质的发光和吸收光的情况,有重要的理论和实际意义,已成为一门专门的学科--光谱学.

可见光由七种颜色不一的光组成,即红、橙、黄、绿、青、蓝、紫。颜色不同,波长也不同:波长最长的是红色光,接下来是橙、黄、绿、青、蓝、紫。也就是说紫色光波长最短。

当棱镜将白光解析出的全色光照射到白色光屏上时,我们将其全光谱缩小到人眼分辨率极限是看到的还是一个白点。

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