色彩學

文/王柏崴

對於一般的人類來說，能看見五彩繽紛的世界是再正常不過的事。然而，對於其他生物（如狗），只能看見藍色、黃色和灰色。你有沒有想過：究竟人眼是如何看見彩色的世界呢？

人眼的視網膜上有三種不同的視錐細胞，它們能夠感應不同波長的光，分別是對長波長光敏感的L錐細胞、對中波長光敏感的M錐細胞，以及對短波長光敏感的S錐細胞。這三種視錐細胞對光譜進行解析，產生三種信號值，這些信號值在大腦中進行混合，從而形成我們所見的顏色，這也就是三色原理的基礎。顯示器的色光混合原理正是基於人眼的這種色覺特性。例如，在TFT-LCD顯示器中，白色背光源通過紅、綠、藍（R/G/B）三個次像素的液晶光閘和濾光片，產生不同強度的三原色光。這三原色光在大腦中混合，讓我們能夠看到各種顏色。因此，我們可以通過調節R/G/B三色的強度來顯示不同的顏色。

圖1.人類視錐細胞的歸一化響應度頻譜。S、M、L分別代表S、M 和 L 型視錐細胞。

接下來我們開始來討論何謂色彩工程學。為了量化色彩刺激感覺，國際照明委員會(International Commission on Illumination)提出了XYZ色彩空間，定義配色函數𝑥(𝜆)、𝑦(𝜆)、𝑧(𝜆)。我們可以利用色光混色原理和物理光譜疊加原理來進行色彩刺激量化。舉例來說，某物體發出色光的頻譜分布為𝑃(𝜆)，我們可以經由計算其與配色函數在可見光波長重疊積分，取得色光的三個刺激值，分別為𝑋、𝑌、𝑍，用這種方式來量化色彩刺激感覺。用方才提及的方式可建構出一個一對一的三維色彩空間，但其實我們可以將色度和明度的概念分開，將其簡化成二維的色度平面。目前廣泛使用的CIE xyY色彩空間，就是以三色刺激值推導出的x、y指定色度，以及Y明度，如圖2。

圖2.CIE 1931色彩空間色度圖。

參考資料：

1.Wikipedia contributors. (2024, January 9). 視錐細胞. In Wikipedia, The Free Encyclopedia. Retrieved June 23, 2024, from https://zh.wikipedia.org/zh-tw/%E8%A7%86%E9%94%A5%E7%BB%86%E8%83%9E

2.高飛的Adobe Photoshop論壇. (n.d.). 色域與色彩空間. Retrieved June 23, 2024, from https://chuchunps.blogspot.com/2016/06/blog-post_28.html