彩色即多種顏色，彩色，可分為無彩色和有彩色兩大類。

有彩色就是包含了彩調，即紅、黃、藍等幾個色族，這些色族便叫色相。

談到明度，宜從無彩色入手，因為無彩色只有一維，好辯的多。（圖）最亮是白，最暗是黑．以及黑白之間

不同程度的灰，都具有明暗強度的表現。若按一定的間隔劃分，就構成明暗尺度。有彩色即靠自身所具有的明度值，也靠加減灰、白調來調節明暗。

日本色研配色體系（P、C、C、S）用九級，門塞兒則用十一級來表示明暗，兩者都用一連串數字表示明度的速增。物體表面明度，和它表面的反射率有關。反射的多，吸收得少，便是亮的；相反便是暗的。只有百分之百反射的光線，才是理想的白，百分之百吸收光線，便是理想的黑。事買上我們周圍沒有這種理想的現象，因此人們常常把最近乎理想的白的硫化鎂結晶表面，作為白的標準。在P、C、C、S、制中，黑為’1，灰調順次是2.4．3.5、4.5． 5.5、 6.5、 7.5、 8.5，白就是9.5。越靠向白，亮度越高，越靠向黑，亮度越低。通俗的劃分，有最高、高、略高、中、略低、低、最低七級。在九級中間，如果加上它們的分界級，即 2、 3、 4、 5、 6、 7． 8、 9，便得十七個亮度級。

有彩色的明暗，其純度的明度，以無彩色灰調的相應明度來表示其相應的明度值。明度一般采用上下垂直來標示。最上方的是白，最下方是黑，然后按感覺的發調差級，排入灰調。‘這一表明明暗的垂直軸，稱無彩色軸，是色立體的中軸。

最初的基本色相為：紅、橙、黃、綠、藍、紫。在各色中間加插一兩個中間色，其頭尾色相，按光譜順序為：紅、橙紅、黃橙、黃、黃綠、綠、綠藍、藍綠、藍、藍紫，紫。紅紫、紅和紫中再加個中間色，可制出十二基本色相。

這十二色相的彩調變化，在光譜色感上是均勻的。如果進一步再找出其中間色，便可以得到二十四個色相。如果再把光譜的紅、橙黃、綠、藍、紫諸色帶圈起來，在紅和紫之間插入半幅，構成環形的色相關系，便稱為色相環。基本色相間取中間色，即得十二色相環。再進一步便是二十四色相環。在色相環的圓圈里，各彩調按不同角度排列，則十二色相環每一色相間距為30度。二十四色相環每一色相間距為15度。

P．C．C．s制對色相制作了較規則的統一名稱和符號。其中紅、橙、黃、綠、藍、紫，指的是其“正”色（當然，所謂正色的理解，各地習慣未盡相同）。正色用單個大寫字母表示，等量混色用并列的兩個大寫字母表示，不等量混色，主要用大寫字母，到色用小寫字母。唯一例外的是藍紫用V而不用BP。V是紫羅蘭的首字母，為色相編上字母作為標記，便于正確運用而又便于初學記憶。

日本人以這樣來劃分并定色名，顯然是和門塞爾的十色相，二十色相配合的。門塞爾系統是以紅、黃、綠、藍、紫五色為基本色，把它稱作黃紅。因此P、C、C、S制的二十四色便也歸為十類，

一種色相彩調，也有強弱之分。拿正紅來說，有鮮艷無雜質的純紅，有澀而像干殘的“凋玫瑰”，也有較淡薄的粉紅。它們的色相都相同，但強弱不一，一般稱為（Sa+ura+lOn）或色品。彩度常用高低來指述，彩度越高，色越純，越艷；彩度越低，色越澀，越濁。純色是彩度最高的一級。

表示彩度，一般用水平橫軸.以無彩色豎軸為點，在色相環某一色相方向伸展開去，按彩度由低至高分作若干級， P、 C、 C、 S制便分九級，以S為其標度單位。最低為IS。

最高為g S。越靠近無彩豎軸，彩度便越低。無彩軸上沒有一點兒彩調，可說彩度為O S。離無彩軸遠則彩度高，端點便是純色，亦即是光譜上該色之色相。

彩度是這樣分級的：按純度的亮度，尋找其對應的灰調，分九等份（依感覺），逐一加入純色中，同時逐一扣去約色的一份。于是便得到純色的八個連續的彩度。 5 S是扣去4/9純色加入了4/9的灰量；ISG是扣去8/9純度，加入了8/9純色，加入了8/9灰量.通俗的分法，與九級彩度相對應。用高、略高、中、略低、低五級來標示。

我們把以上在白光下混合所得的明度、色相和彩色組織起來，選由下而上，在每一橫斷面上的色標都相同，上橫斷面上的色標較下橫斷面上色標的明度高。再由黑、白、灰作為中心軸，中心而外，·使同一圓柱上，色標的純度都相同，外圓柱上的比內圓柱上的純度高。再隊中心軸向外，每一縱斷面上色標的色相都相同，使不同縱斷面的色相不同的紅、橙、黃、綠、青、藍、紫等色相自環中心軸依時針順序而列，這樣就把數以千計的色標嚴整地組織起來，成為立體色標。影響較大的立體色標是奧斯特華色標和門塞爾色標。

顏色可分為非彩色與彩色兩大類，顏色是非彩色與彩色的總稱。非彩色指白色，黑色與各種深淺不同的灰色。白色、灰色、黑色物體對光譜各波長的反射沒有選擇性，它們是中性色。彩色物體對光譜各波長反射具有選擇性所以它們在白光照射下出現彩色。圖2.1－3畫出了幾種顏色物體的光譜反射率特性。白色物體反射系數近1，黑色物接近于0，灰色物體介于0與1之間。彩色物體的反射率是隨頻率變化的，其數值介于0至1之間。

彩色是指白黑系列以外的各種顏色，顏色有三特性：亮度、色調和飽和度。

亮度（Luminance）是指色光的明暗程度，它與色光所含的能量有關。對于彩色光而言，彩色光的亮度正比于它的光通量（光功率）。對物體而言，物體各點的亮度正比于該點反射（或透射）色光的光通量大小。一般地說，照射光源功率越大，物體反射（或透射）的能力越強，則物體越亮；反之，越暗。

色調（Hue）:指顏色的類別，通常所說的紅色，綠色，藍色等，就是指色調。光源的色調由其光譜分布P（l）決定；物體的色調由照射光源的光譜P（l）和物體本身反射特性r（l）或者透射特性t（l）決定，即取決P（l）r（l）或P（l）t（l）。例如藍布在日光照射下，只反射藍光而吸收其它成分。如果分別在紅光，黃光或綠光的照射下，它會呈現黑色。紅玻璃在日光照射下，只透射紅光，所以是紅色。

飽和度（Saturation）：是指色調深淺的程度。各種單色光飽和度最高，單色光中摻入的白光愈多，飽和度愈低，白光占絕大部分時，飽和度接近于零，白光的飽和度等于零。物體色調的飽和度決定于該物體表面反射光譜輻射的選擇性程度，物體對光譜某一較窄波段的反射率很高，而對其它波長的反射率很低或不反射，表明它有很高的光譜選擇性，物體這一顏色的飽和度就高。

無論是什么光，它的彩色都是取決于客觀與主觀兩方面的因素。

1、客觀因素是它的功率波譜分布。對光源的彩色，直接取決于它的功率譜P（l）P（l）和P（l）t（l）。因此物體的彩色不僅取決于它的反射特性r（l）和透射特性t（l），而且還與照射光源的功率譜有密切關系，關于這一點將在2.1.2節中詳細舉例說明。因此，在色度學和彩色電視中，對標準光源的輻射功率波譜，必要作出明確而嚴格的規定。

2、主觀因素是人眼有視覺特性。不同的人對于同一功率譜P（l）的光的色感可能是不相同的。例如，對于用紅磚建造的房子，視覺正常的人看是紅色，而有紅色盲的人看是土黃色；同樣，他看綠草坪是黃色。由于周圍環境的影響，紅色盲患者會把他看到的“土黃色”房子叫做“紅色”房子；同樣，把他看到的“黃色”草坪，叫做綠色草坪，并認為他看到的“紅色”與“綠色”和正常人一樣。只通過一定檢驗方法才能發現色盲患者的視覺缺陷。由此可見，光給人的彩色感覺與人眼的視覺特性有關。

在色度學和電視技術中，常以白色作為一種標準，所以標準光源都是白光。常用的標準白光有五種，稱為A、B、C65和E光源。它們輻射的光譜分布在圖2.1－2（b）中用幾條曲線表示。這種表示方法雖然精確，但是，對于使用感到非常不方便，于是人們想到了絕對黑體（下面簡稱黑體）。物理光學指出：在不同溫度下，黑體輻射電磁波的本領是不同的，它的輻射本領按波長分布的規律如圖2.1-2(a）所示。由圖可見，黑體在不同溫度下的輻射光譜作為標準，讓各種光源的光譜分布與之比較。當光源的光譜與黑體某一溫度下的光譜相一致時，則黑體的這一溫度稱為光源的色溫；當光源的光譜只能與黑體某一溫度下的光譜相近似，而不能精確等效時，則稱這一溫度為光源的相關色溫。由于黑體這個溫度與彩色有關，故名色溫。讀者注意，光源的色溫與光源本身的溫度是兩回事，通常兩者是不相同的。例如白熾燈光源本身溫度為2800K，但其色溫是2845K。

有了色溫和相關色溫的概念，表示光源的特性將非常方便。例如：

A光源：色溫為2845K，相當于白熾燈在2800K時輻射出的光。

B光源：相關色溫為4800K，相當于中午直射的日光。

C光源：相關色溫為6700K，相當于白天的自然光，它的藍色成分較多。

D65光源：相關色溫為6500K，相當于白天平均光照，近年來，常被用作彩色電視的標準光源。

E光源：又稱為等能白光，即P（l）=常數，它是一種假想而實際并不存在的光源，采用它純粹是為了簡化色度學中的計算，其相關色溫為550K。

另外，在彩色電視、電影攝影棚和演播室中常采用新式鹵鎢燈，其相關色溫3200K，它是近代照明技術中常采用的光源。

顯像管屏幕上顯現的白光，有些色溫高達9000～11000K，此時白色已經偏藍了。

維恩（Wien）位移定律指出：當絕對黑體的溫度增高時，最大的發射本領向短波方向移動（見圖2.1-1）,所以色溫較高的光源，其發出的輻射能較多地分布在波長較短的綠光和藍光之中；而色溫較低的光源，其輻射能較多地分布在波長較長的紅光中。因此，在上述幾種標準白光中，色溫較低者，偏紅；色溫較高時，偏藍。

彩色視覺訊號既然是由眼球轉達到腦，我們在此簡介一下眼的構造。圖八顯示眼球圖，光經過眼角膜與晶狀體聚像于視網膜上，所有對光靈敏的視網膜細胞都在這里，特別靈敏的區域叫視網膜中心窩（fovea），這是視覺細胞分布特別多的地方。如果我們要看細微的東西，眼睛會瞇起來，就是為了讓光聚在最靈敏的中心窩上。視覺細胞基本上有兩種，一種為桿狀體，另外一種為錐狀體。桿狀體細胞比較多，大約有上億個，錐狀體細胞則只有六、七百萬個，大多集中在中心窩附近。桿狀體細胞對光極為靈敏，但無區分彩色之能力，其靈敏的程度，可使人在無月的黑夜單靠星光就可看到東西，甚至兩公里外的火柴光都可看到呢！錐形細胞則要在較強的照度下方能激發，它是使我們能辨別彩色的視覺細胞。

無論桿狀體細胞或錐狀體細胞，在它后半部都有高度折疊的膜狀構造，其中含有最重要的感光蛋白質──視紫（rhodopsin），它們夾在這些膜表面，分子量為38,000。視紫內含有另一小分子稱為retinal（與維生素A構造相似，是由其轉變而來，見圖九），它是一種感光色素。retinal有兩種型式（同分異構物），當吸光時，使11-cis-retinal經過一系列的快速變化，變成trans-retinal，而使分子形狀拉直而脫離視紫，然后視紫變形使細胞膜產生變化（其細節，化學家尚不很清楚），最后的結果是改變了細胞膜對鈉離子的穿透性。原來在暗的條件時，折疊膜的鈉離子通透量很高，每秒可穿透109個鈉離子，在低照度之下，這個鈉離子通透量就大為減少，只有107鈉離子/秒。結果發出神經電位訊號而使大腦接受視覺。

經過生理學家及心理學家的研究，吾人認為錐狀體細胞有三種，分別含有三種不同的色素（雖然化學家至今仍無法將它們分離出來），它們的吸收幅度都很廣，但并不相同。圖十顯示三種錐狀體對不同波長的反應曲線，三個高峰分別是在580、535及445nm波長的位置。由于它們吸收幅度的寬廣，在普通單波長光照射下，三種錐狀體細胞都會吸收而作用，只是其相對的反應強度不同。在復合光的作用下，反應就更復雜，使人可能得到上千種的彩色知覺呢！從上面說的物理、化學變化，再到彩色知覺的產生，是要經過神經訊號的處理，大腦視皮質（visual cortex）如何處理這些訊號，整合它們呢？這整個過程，至今科學家仍是很不了解，只在起步階段。

其實，彩色是一個完全主觀的認知經驗，就如味覺、嗅覺一般。但對一般人而言，往往比較愿意承認一種食品的味道是主觀的，并非其組成化合物的本質，但另一方面卻把物體的彩色視為其本質。譬如說，認為「銅離子是藍色的」；較進一步的，雖然不認為彩色是物質的本質，卻也堅認為它是可見光的本質。前面所提到的一些例子，也多少是根據著這些看法，以物理原理來說明彩色的產生。但是，完全的彩色經驗還要視環境而定，并非由進入眼球的光的物理條件能簡單地說明。在中學教科書中，往往將眼比擬如一個照相機，網膜就好像照相底片。這個說法過分簡化了視覺的復雜性。更恰當地說法應當是眼與腦為不可分的整體，影像與彩色的建立，需要非常復雜的計算過程，這個過程，我們至今仍很不清楚。以下我們只是簡單地介紹一些現象，借此來學習一點彩色的認知心理。

我們對彩色的認知，包含三個因素──色度（hue）、亮度（brightness）與飽和度（saturation）。大略地說，色度是反映光的波長，即我們說紅、橙、黃、綠、藍等等。亮度是與光的強度有關，強光則亮，但變化波長亦會使亮度變化，譬如黃色即較紫色為亮。雖然后者的照度可使之比前者高（物理上說）；最后則是飽和度，它與各波長混合的程度有關，較純的光（單波長）其飽和度通常較低，橙色與褐色的區別主要在飽和度。以上的分類是建立于心理的認知，它與物理量（波長、照度）的關系并不直接，亦非絕對。例如，我們常見的色輪（見圖十一），其外圈彩色是依色度來分，色輪上的正紅色是在太陽光譜找不到的彩色，它是由物理光譜上的紫光與紅光（約700nm）混合得來。另外正黃色是在570nm波長，但同樣的正黃色亦可由兩束不甚純的紅光與綠光混合而得。這是由于純正的紅與綠為互補光，它們混成白色（沒有色度），則不純的紅、綠就顯示其剩下的黃色。所以彩色的知覺與波長并無一對一的關系。

我們日常生活對彩色的認知是在極為變化的照光條件下進行的。我們可以從耀眼的日光下步入較暗的室內，仍保持對彩色相同的辨認。譬如對黑白的分辨，在日光下，一塊黑煤所反射的光強度，絕對地比在暗室內一支粉筆所反射的光為大；但是我們絕不因照度不同，而黑白不分，黑的仍是黑的。這說明了彩色與光的強度亦無絕對關系。以上的現象亦存在于其他彩色，叫做彩色的恒定性（color constancy）。恒定性是相對的，還依環境與記憶而定，人們對熟悉物體比較容易保持其彩色的恒定性；例如，在大多數狀況下，不論你用什么光照射救火車，人們大多把它看成紅色，至多深淺不同而已。但對不具特征的圖案，彩色的判斷較不易保持恒定，而易受周圍的影響。例如圖十二中，圓圈的彩色在各圖的上下，看起來有不同的亮度。

現如今彩色的應用范圍已經不再是僅僅局限于我們視覺效果了，甚至已經應用到我們味覺效果中了，在我們經常吃的傳統面條里都已經加入彩色了，最近最火爆的營養彩面就是一個最直接的例子，營養彩面不光是加入了彩色這個概念，更加注重營養，真正做到“色、香、味”俱全。

從物理觀點來說，彩色產生的原因不外乎光的吸收、折射與干涉現象。我們舉一些例子來說明。圖二是一杯冰可樂，是從底下打白光，攝影得到（編注：本文圖二、四、六、七、十、十一、十二為彩色圖片，請見封底）。因為可樂的色素吸收藍光與紫光，透過的為紅光，加上杯子與冰塊的折射，就造成這張美麗的相片。又如化學實驗室內常見的硫酸銅溶液呈藍色是因銅離子吸收近800nm的紅光，而使藍光透過。然而在日常生活中，所看到的物體多不透光，它的彩色是反射光的彩色。基本上，是物質吸收可見光的某部分，而將不吸收的部分反射出來，我們看到的是反射光，如果吸收的越多則彩色看來越深。圖三是在物體表面涂上透明漆或是打蠟，以加強多次反射效果，亦就是使入射光經過多次物質表面的吸收，則物體的彩色就更深。例如，下雨前，紅磚道是淺紅色的，下雨后就變暗紅色；地板打蠟后其彩色變深，都是這個道理。生物界亦有此種例子。圖四是兩只同種的昆蟲，會變化彩色。這昆蟲背上有一層薄薄的空隙組織，這層空隙底下是一層含色素的組織，強烈吸收紫、藍光，反射黃光。如果兩層之間是空的，只有一次反射，彩色看來很淺。當變色時，兩層之間充入水，則光線經過多次吸收反射，昆蟲的彩色看來就深；它的道理和下雨后紅磚道變深是一樣的。

光的干涉現象可以將不同彩色（波長）的光分開。圖五是可以造成光的干涉的光柵，當光從相鄰的兩個面反射時就有光程差（光所經過路徑差），如果這光程差恰好是波長的倍數時，光波即有加成干涉，其他波長則不加成，如此不同彩色的光，其反射程度就不同了。干涉現象而形成彩色，最有名的例子是肥皂泡的彩色及金屬面油膜的彩色。肥皂及水本身并不吸收彩色光，但吹出泡膜以后，光在肥皂膜內進行折射反射再出來，每一處膜的厚度不一樣，光走的路徑長短不一，產生相位差，而造成干涉現象。圖六是一種甲蟲，它背部有很小的條狀突出構造，就像光柵一般，因此使甲蟲看來有彩色，此種干涉現象所造成的彩色，在不同的角度看起來是不同的，對昆蟲產生很大的保護作用。對它的敵人而言，在不同角度看到不同的彩色，就很難判斷它的距離。因為低等動物之視覺沒有視角差，距離的判斷方法之一要靠彩色之對比。當彩色對比過強時，就不易判斷距離。

光和物質作用除了吸收和折射外，還有一個重要的作用──散射，這是天空呈藍色的原因。大氣中，分子的熱運動，造成局部的不均勻（瞬間），當光進入不均勻介質，就向四面八方散射。散射能力與波長四次方成反比，在可見光范圍內，以藍、紫色散射最強，它們散射到天空，所以天是藍的。自然景觀中的遠山，亦呈藍色（見圖七）。其他如汽車排煙，香煙的煙呈藍色，也都是其中有散射力強的顆粒而造成，并非吸光的緣故一文。