一、颜色的混合
将不同的颜色混合在一起而形成另外一种颜色的过程称为混色(color mixture)。彩色印刷、彩色摄影、彩色电视、彩色复制等领域的颜色再现都是基于三原色原理的混色过程。颜色混合的方法通常分为加法混色和减法混色两个大类,正如前面所介绍的,色度学的基础就是加法混色原则。为了提高颜色再现的性能,需要不断改善混色的技术,因此在加法混色与减法混色之间还可以有更多的细化和分类。
1.1、混色的种类
颜色可以分为如光源发出的光那样的发光色(luminous color)和从物体表面反射或透过物体的光那样的非发光色(non-luminous color)两大类,因此,颜色的混合也有发光色的混色与非发光色的混色之分。当发光色混合时,随着参与混合的成分色数量的增加,混合成的颜色的明亮度相加增大而变得更亮,所以称为加法混色(additive color mixing) ;而对于产生非发光色的色料或滤色片,随着参混成分数量的增加,混合色的明亮度相减降低而变暗,因而称之为减法混色(subtractive color mixing)。
加法混色时,如果多个色光是同时混合在一起的,则称为同时混色(也称光谱功率混合法)。除了同时混色法以外,还可以采用其他的方法实现加法混色。例如,将红色和绿色分别涂于一个圆盘的两半圆表面,然后使该色盘高速旋转,由于人眼具有视觉暂留的特性,可以观察到红色与绿色形成的加混色即黄色,这样的混色称为继时混色(也称时间混合法)。另外,对于在空间上非常靠近排列的色点如红色和绿色,当其离开人眼有一定的距离并对人眼的视觉张角小于1'时,人眼就无法分辨这些色点,只能观察到它们混合成的黄色,这种现象也是加法混色的一种,称为空间混色。彩色电视、彩色印刷等的颜色再现以及一些印象派画家采用的点描画方法等都是应用空间混色法的原理而达到混色效果的。一般来说,同时混色得到的混合色的亮度是参混色的亮度之和,而继时混色或空间混色得到的混合色其亮度则为参混色亮度的中间值,所以继时混色和空间混色有时也称为平均混色(average color mixture)。
实际上,减法混色得到的混合色的亮度并不是真的按照减法规律产生的。例如,将平均光谱透射比为50%的两块中性滤色片叠合在一起,若按减法规则计算,即1.0-0.5-0.5=0,则其混合色似乎应变成全黑色,然而事实并非如此,其亮度是按照乘法规律减小的，即0.5*0.5=0.25,所以混合色的最后亮度变为原来的25%。尽管如此,这种颜色混合的方法仍习惯性成为减法混色。其实，通常减法混色中的亮度变化既不是简单的减法也不是单纯的乘法，而是由参混成分的光谱反射比或光谱透射比的复杂函数所决定的。
1.2、加法、减法混色及其计算方法（公式较多，直接贴原文了）
二、色适应
2.1、色适应过程
前面已经提到过人眼对照明光环境的亮度和颜色的变化都具有视觉适应现象,前者称为亮度适应(luminance adaptation),其中包括亮适应和暗适应,后者则称为色适应(chromatice adaptation)。这种视觉适应现象的产生是由于人眼有较强的适应性,所以当照明体的光强和光谱分布变化时,人眼的视觉机能并不受多大的影响,仍能正常获取信息。例如,在日光下黑人皮肤的亮度高于在阴暗处白人皮肤的亮度,但由于亮度适应的作用人们仍感到黑人的皮肤较黑。另外,因为色适应现象的存在,对于灰色、肤色等的颜色即使改变照明光仍感到其颜色没有多大的变化,这是在日常生活中经常体验到的事实。这种当照明条件发生变化时,虽然感知色貌会有些差别,但是视觉系统尽量使感知色的差别趋于最小的现象称为颜色恒常性(color constancy)。色适应过程并不是瞬间完成的，而是分三个阶段进行的，即：照明体色偏移（SD→SA）、适应色偏移（SA→SD‘）和综合色偏移（SD→SD‘）。
照明体色偏移和适应色偏移几乎是反方向同等程度发生的，当它们完全相等时就是所谓的颜色恒常性成立的情况。然而，颜色恒常性并不完全成立，故意表现为综合色偏移。
在拍摄彩色照片或彩色视频时，由于接受光亮度和颜色信息的不是人眼而是照相机或摄像机的感光材料或光电传感器、其对照明光的变化不存在颜色恒常性机能,因而会出现问题例如,彩色摄影时把日光下得到的彩色负片放在白炽灯照明下进行印相,就会因照明体的色,移得到带有黄色的彩色照片。为此,在印相过程中应进行相当于照明体色偏移的修正,或者在摄影时采用改变照明体光谱分布的色温变换滤光片进行预先修正。对于则应进行白场平衡(white balance)的调整,通过调节红、绿、蓝色光电接收器的光谱灵敏度达到对照明体色偏移预先补偿的目的。
2.2、色适应公式
由于颜色恒常性并不完全成立,所以在日光照明下和在白炽灯照明下观察同一物体时,即使是在充分色适应的状态下也会感到其颜色是有一些差异的。其实,在白炽灯照明下看起来与在日光照明下“相同”的颜色只是日光下颜色的对应色,因此它与在日光照明下的实际颜色还是有一些差异的。可见,定量地求出对应色在实际应用中很重要,而对应色的计算就是色适应预测的过程。迄今为止,已有许多的色适应预测公式被提出,其中沃恩克里斯色适应预测公式是各种色适应预测公式的基础。
沃恩克里斯色适应预测公式：
，其中
，其一般形式为：
，其中矩阵元素aij为由测试照明体和参照照明体的三刺激值所确定的常数。
沃恩克里斯的色适应预测公式基本上说明了色适应的现象,但是对于以下几种色适应现象却无法解释。
(1)黑尔森-贾德( Helson-Judd)效应:用彩色光照明灰色标尺时,在明亮的灰色处可感受到照明光的色调、在暗的灰色处会感受到照明光的补色色调;
(2)史蒂文斯(Stevens)效应:改变照度照明多种非彩色物体时,在高照度下会感到明亮的灰色更白、暗灰色更黑；
(3)亨特(Hunt)效应:改变照度照明彩色物体时,随着照度的增加会感到彩度(多彩性)增加。
为了说明上述效应,纳谷(Nayatani)等人提出了一种将沃恩克里斯色适应预测公式所建立的线性过程与按幕指数适应而建立的非线性过程进行组合的色适应预测公式,该公式能更精确地解释上述色适应现象,因而被国际照明委员会正式推荐为CIE色适应预测公式。
三、颜色视觉模型
根据人眼的生理结构和视觉功能而建立的用于说明各种颜色视觉现象的数学模型称为颜色视觉模型(color vision model),不同的学者通过各自的研究提出了许多种颜色视觉模型。而这些模型几乎都是基于近代色觉理论的阶段学说(stage theory)而构成的,其中包括锥体细胞产生三色响应的第一阶段和在视神经层进行颜色信号变换的第二阶段,其中比较典型的古斯(Guth)颜色视觉模型。古斯的颜色视觉模型其原型所采用的色匹配函数与CIE的色匹配函数稍有不同,但是色匹配函数的细微差别对模型的计算影响不大,古斯颜色视觉模型分为如图5-12所示的三个阶段,其中第一阶段的锥体细胞响应,第二阶段的颜色信号交换，第三段则是大脑内的感知。
四、颜色再现的目标
颜色再现(color reproduction)是指在彩色印刷、彩色摄影、彩色电视等应用中,根据颜色匹配的原理制作出被摄物体或彩色原稿等原物的复现图像的过程。颜色匹配的方法有光谱匹配和三刺激值匹配两类,故颜色再现也分为对应的两种。当采用光谱颜色匹配方法时,由于原物与再现颜色的光谱特性一致,所以在任何条件下都能保证两者的颜色相同或匹配;而三刺叠值匹配方法只是在一定条件下使颜色的外貌一致,如果条件变化则无法保证两者的颜色匹配,所以这种颜色再现的正确性是条件受限的。
由于光谱颜色匹配方法在除了某些特殊场合外的一般情况下难以实现,因此彩色印刷、彩色摄影、彩色电视等的颜色匹配通常都采用三刺激值匹配方法。三刺激值匹配也称条件等色,其方法就是使原色与再现色的三刺激值相等,而由前面的介绍可知三刺激值的计算中将完全漫反射体的Y设定为100进行归一化处理的,即其中没有充分地包含颜色亮度的绝对值,因此作为颜色再现的目标必须考虑将绝对亮度包含在内。亨特(Hunt)在分析和总结了各种各样的条件之后,根据颜色再现的目标将其分成了如表5-1所示的6个类别,表中R(λ)表示光谱反射比或光谱透射比,P(λ)为照明体的光谱分布,L是亮度,下标“1"和“2"分别表示原色和再现色,记号“~”表示颜色外貌一致, (X,Y,Z,L)则表示喜好色的三刺激值和亮度。
五、基于加（减）色法的颜色再现和颜色再现性的评价
颜色再现的目标是各种各样的,所以对应的颜色再现方法也各不相同。结合色度颜色再现与亮度的变化等可以对相应的颜色再现进行预测,所以首先应该了解色度颜色再现。另外,色度颜色再现的理论分析比较方便,因而下面将以色度再现为基础来讨论颜色再现的理论。颜色再现是以混色的方式进行的,而颜色的混合又有加法混色和减法混色之分,所以颜色再现的理论也相应地分为两类分别处理。加色法使用R、G、B三个信号通道对原色产生相应，而减色法则采用青色C、品红M、黄色Y（这里不作详细颜色再现方法的介绍）。其中，彩色印刷、彩色摄影、彩色电视等的颜色再现系统如图5-16所示,其中包括图像输入系统(如彩色扫描仪、彩色胶卷、电视摄像机等)、颜色信号处理系统、图像输出系统(如彩色印刷、彩色相纸、彩色电视等)几个部分。
此外，通过颜色再现的方法得到的再现色的质量称为颜色再现性(color reproduction quality),而颜色再现性的评价最终当然应该以人的心理评价为准。但是,心理评价容易受到观察者个人差别或实验条件的影响,所以通常还是利用测色仪器来进行定量分析和比较。影响颜色再现性的因素主要有再现系统的光谱灵敏度、色调的再现性以及所采用的三原色等,因此为了改善颜色的再现性可以对这三个因素分别进行独立的评价。然而,这些影响因素实际上是相互关联共同作用的,所以独立的评价未必恰当。为此,在一般情况下,对颜色再现性的评价并不采用各因素分别评价的方法,而是直接对最后得到的再现色进行综合评价。
一般的做法为：采用标准色卡作为输入图像,再将输出的再现色与原物色卡的颜色进行比较。具体而言,利用测色仪器分别测定原色和再现图像的光谱反射比或光谱透射比,并计算出相应的三刺激值X,Y,Z,然后采用合适的均匀颜色空间以原色与再现色之间的色差来评价两者颜色的一致性。关于均匀颜色空间,目前主要有CIELAB和CIELUV等标准颜色空间,而对于物体色的评价一般多选用CIELAB颜色空间的色度值L*,a*,b*。另外,如果是对颜色的简单比较,可以通过对R,G,B密度以及视觉密度等的直接考察来进行。在颜色再现性评价中采用的色卡,应该选择相互之间比较容易实现的标准色卡。目前有多种标准色卡存在,如孟塞尔色卡等是经常被应用的,但是近来麦克白色卡(Macbeth color checker Classic)有被广泛采用的趋势。该麦克白色卡包括6级灰色共24种颜色,色卡的表面消光泽(无光泽),每个色块的尺寸约为40mm×40mm。
