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标准光源在色彩管理中的运用

发布时间: 2007-09-07

我们生活的世界之所以看起来是一个色彩缤纷的世界,是因为有光和视觉神经的存在。我们眼睛中的感光细胞感受着外界不同波长的光线从而使我们的世界看起来是色彩斑斓,五光十色。人们总是喜欢漂亮的东西,希望美丽的色彩可以一直留在身边或者可以和更多的人一起分享,于是就开始了复制色彩,进而就产生绘画、摄影、印刷、喷绘等等各种与色彩相关的行业。可是颜色是一个捉摸不定的东西,并不是那么轻易的能够把握的,对于色彩的复制也不是轻易的一件事情,所以,在印刷领域中人们引入了色彩管理系统的理念。为了能够得到与原稿尽量一致的印刷效果,色彩管理已经被引入到了生产的每一个流程:从原稿的输入——电分扫描或者数码摄影开始,到显示器上的图像编辑,到样张的传统或者数码打样一直到印刷成品与样张的比较,在每一个环节上加入科学的色彩管理从而最大可能实现对色彩的精确复制。在国内,色彩管理可以说是一个新兴的理念,但其正迅速地被国内与色彩相关的行业,尤其是印刷业所接受和运用。越来越多的从事色彩管理解决方案的企业进入了这个市场,越来越多的企业将色彩管理系统运用到了自己的生产过程中去。


那么什么是色彩管理呢?现在人们所说的色彩管理一般是指色彩空间(扫描仪、电脑屏幕、打印机以及印刷机等)转移的管理,同时它还应该包括色彩的一致性、可重复性,或稳定性的管理。对于现在的印刷行业来说色彩管理是非常总要的,因为现在的很多印刷业务的前期制作是广告公司完成的,并且有很多业务不一定总是在一个企业印刷印刷厂之间也需要有交流,对这样一个开放的系统,需要更多的协调,大量的时间和人力用于颜色的修改,来消除彼此之间因为各自不同的环境带来的颜色偏差。色彩管理有更多的含义,如果每个企业都有完善的色彩管理应用,这样的过程可以大大简化,印刷厂完全可以清楚地预知和再现广告设计的颜色效果,印刷厂之间也容易达到相同的印品颜色。所以,色彩管理真正的作用在于它是颜色交流的桥梁,大家都可以从中获益。

色彩管理系统并不是一个简单的软件系统,这是很多人对色彩管理认识的误区,色彩管理系统应该是一个硬件和软件相互配合的系统,它应该包括以下几个要素:

首先当然是硬件系统。电脑、显示器、扫描仪或者数码相机、打印机、印刷机和度量颜色的仪器等等,这都是进行色彩管理的硬件要素,如何运用仪器和软件来协调协调管理好色彩在这些空间的转换就是我们进行色彩管理的最终目的之一。

但是每一款设备的色彩特性都是不同的,甚至同一型号的2台机器的特性也是不同的,所以要进行科学的色彩管理的第二个重要要素就是设备的特征文件(DeviceProfile)。这个文件就是通过分光光度计对印刷设备的颜色样品进行测量,然后在专业的软件中运算生成
ICCProfile文件,它能够精确地描述印刷设备的颜色特性,决定了印刷色彩管理效果的优劣。精确的ICCProfile文件取决于所用测量系统的精确性,也取决于生成ICCProfile软件的算法和控制参数。所以每个设备的精确的特征文件是色彩管理不可或缺的要素之一。


再者就是模拟对象的特征文件(ReferenceProfile)。色彩管理是企图使用有限的装置使彩色更能预先断定,它在各装置间转换色彩时使用一份装置独立色彩特性描述文件连接各装置的空间和标准色彩特性描述档间作比对,色彩特性描述文件以装置的色彩复制可行性为特性,便由色彩管理模块(CMM)来执行色彩转换,经对各装置及色彩管理模块使用色彩特性描述文件,能提供广泛特性的应用范围,可减少复制色彩的时间和成本。

最后还有一点,往往也是容易被忽视的一点,就是观察色彩的环境,也就是光源环境。色彩管理成果的最终评判者还是人的眼睛。无论设备怎样调试,色彩的像与不像,准与不准都是要观察者通过自己的眼睛来确定的,因为一串数值只能给人一个抽象的色彩概念,就像我们平时说的眼见为实,人总是更相信自己的眼睛。但是眼睛也会欺骗你哦,或者说是光在欺骗你,有时不同的色彩在同一个光源下会让你看起来是一样的,相同的色彩在不同的光源下看起来却是不一样的。所以在色彩管理中我们必须为观察色彩创造一个良好的、稳定的、能够看到尽可能真实色彩的环境。当然这个最理想环境就是在晴天上午的自然光下面环境,这是最好的观察环境,但是对于实际操作来说这又是一个很难达到的环境,因为我们总是在室内进行色彩管理,所以我们就需要用人造光源来营造一个能够尽可能模仿理想自然光的环境来观察色彩,这个人造光源就是标准光源。只有在这样一个环境中,我们才能够正确的进行色彩管理,才能够准确的评价色彩管理的成果。

那么为什么色彩会有时看起来一样有时看起来不一样呢?又为什么色彩管理需要标准光源来创造观察环境而别的光源不行呢?我们一起来了解一下原因吧。

如上面所说的,色彩管理的最终评判是要通过我们的眼睛来进行观察的。我们就首先来了解一下为什么我们的眼睛会看到不同色彩呢?我们先来了解一下为什么我们的眼睛能够看到不同的色彩。色彩,是视觉神经对光的反应,一种视觉神经刺激,没有视觉神经或光,就没有色彩。注意:光不等于色彩。人可以看见的光的波长一般介于380nm到780nm之间。以下是可见光的波长。


光色波长λ(nm)代表波长
红(Red)780~630700
橙(Orange)630~600620
黄(Yellow)600~570580
绿(Green)570~500550
青(Cyan)500~470500
蓝(Blue)470~420470
紫(Violet)420~380420


从应用的角度来看,600nm到780nm波段为红色光(R),570nm到600nm的为黄色光(Y),500nm到570nm波段为绿色光(G),470nm到500nm波段为青色光(C),380nm到470nm波段为蓝色光(B)。我们可以发现其中R,即红色光的波长间距为180nm,G的波长间距为70nm,B的波长间距为90nm明显比Y和C的30nm间距,分别在可见光谱中占据较大的比重,这就构成我们所说的RGB色光。而白光的产生即是完全透射或者反射所有的光。我们能够看见色彩就是因为我们的眼球中的视网膜上有三种类似锥状体的负责感受彩色光的锥状细胞ργβ和类似杆状体的负责感受明暗的杆状细胞。其中,负责感红光的是锥状细胞ρ,负责感绿光的是γ锥状细胞,负责感蓝光的是β锥状细胞,他们与杆状细胞一起构成了我们的眼睛对于光的主要接收器。然后通过神经传递到大脑,形成了我们对于色彩的感觉。所以说我们能看到不同色彩的物体,是因为光照射在色物体上,色物体吸收了部分光波同时又反射了部分光波,反射的这部分光又作用于我们的眼睛,于是这个世界我们看起来就是色彩缤纷的了。

换一种说法,色彩就是大脑对于光作用于眼睛视网膜上细胞形成的R、G、B三刺激值的感受结果。也就是说如果R、G、B的三刺激值的计算结果X、Y、Z是相等的话,那么就算两个色物体的光谱分布是不一样的,我们感觉他们的色彩还是一样的。如下图:

虽然色物体1和色物体2的分光曲线是不一样的,但是在照明体C下两者分别计算出来的XYZ值是相等的,也就是在照明体C下面色物体1和色物体2对于眼睛视网膜的三刺激值相等,那么大脑的感觉就是他们是两个一样的色彩。我们把这个称为照明体条件等色现象,或者同色异普现象。如果我们把照明体C换成了照明体A。

在照明体C下,色物体1和色物体2分别计算出来的XYZ值是不一样的,也就是对于眼睛视网膜的三刺激值是不一样的,于是我们大脑就感觉到了这是两个不同的色彩。这就是为什么会出现不同的色彩在同一个光源下面看起来会是一样的原因。同样,如果色物体的光谱是一样的,在两个不同的光源的照射下就有可能产生2个不同的三刺激值的结果,于是这个色彩就会看起来不一样。

通过这个我们就可以看到照明体是影响色彩的重要因素之一,在我们色彩管理的过程中如果没有一个能够起到沟通作用的标准照明体,或者说光源,那么我们的色彩管理的成果将大打折扣。这也是为什么在印刷领域要用D50或者D65的标准光源为颜色沟通的依据。

由上可知照明光源对物体的颜色影响很大。不同的光源,有着各自的光谱能量分布及颜色,在它们的照射下物体表面呈现的颜色也随之变化。为了统一对颜色的认识,首先必须要规定标准的照明光源。那什么样的光源能被称为标准光源呢?国际照明委员会(CIE)首先规定了四种标准照明体的色温标准:标准照明体A(代表完全辐射体在2856K发出的光)、标准照明体B(代表相关色温约为4874K的直射阳光)、标准照明体C(代表相关色温大约为6774K的平均日光,光色近似阴天天空的日光)、标准照明体D65:代表相关色温大约为6504K的日光,而标准照明体D代表标准照明体D65以外的其它日光。为了实现CIE规定的标准照明体的要求,于是就规定标准光源,以具体实现标准照明体所要求的光谱能量分布。CIE推荐下列人造光源来实现标准照明体的规定:标准光源A:色温为2856K的充气螺旋钨丝灯,其光色偏黄。标准光源B:色温为4874K,由A光源加罩B型D-G液体滤光器组成。光色相当于中午日光。标准光源C:色温为6774K,由A光源加罩C型D-G液体滤光器组成,光色相当于有云的天空光。模拟典型日光的标准照明体D65,目前CIE还没有推荐相应的标准光源。现在研制的三种模拟D65人造光源分别为:带滤光器的高压氙弧灯、带滤光器的白炽灯和荧光灯。

以上是一些官方的学术性的标准光源的定义,在色彩管理的实际运用中,因为色彩管理的目的是为了最真实的还原色彩,在工艺流程中让色彩的损失降到最小,所以其对于光源要求就是能够最大限度的模拟特定时间的自然光(在我国大部分地区的上午8点至10点和下午3点至5点的自然光线是观察颜色、进行色彩比较的最为理想的光源),这个时候的自然光线柔和,包含了所有颜色的光谱曲线。在自然光线的照射下,物体能100%显现出它的绚丽色彩。很明显,我们需要运用标准光源就是为了能够在人工制造的环境下获得尽可能真实的色彩,以进行色彩的复制、传递和比较。从CIE的对于标准照明体的规定和标准光源的推荐中我们可以看到,判断一个光源是不是标准光源重要指标之一是色温。从应用中我们也可以发现另一个判断光源是不是标准光源的指标就是显色性。色温是衡量光源色的指标,而显色性是衡量光源视觉质量的指标。假若光源色处于人们所习惯的色温范围内,则显色性应是光源质量的更为重要的指标。这是因为显色性直接影响着人们所观察到的物体的颜色。所以说我们考虑实际应用的标准光源的最重要的两个颜色指标就是色温和显色性。

色温也许大家都听说过,一般实际运用的标准光源都是有标准的相对色温指数的。比如说6500k色温的标准光源,那这6500k是个什么概念呢?我们先来了解一下什么是色温,从字面上看您就可以明白它和温度有关。其实色温的概念就是当某一种光源的色度与某一温度下的绝对黑体的色度相同时绝对黑体的温度。绝对黑体是人工制造的能够在任何温度下全部吸收任何波长的辐射的物体。一般只能用光源的色度与最相接近的黑体的色度的色温来确定光源的色温,这样确定的色温叫相对色温,一般就简称色温了。现在我们可以知道6500k的意思就是这个光源的光色和黑体被加热到6500k(k表示绝对温度)时的色度最相接近。而正午日光的色度也是接近于黑体被加热到6500k时候的色度。如果黑体连续加热,温度不断升高,那么其相对光谱能量分布的峰值部位将向短波方向变化,所发的光带有一定的颜色,其变化顺序是红-黄-白-蓝。这也就是表示如果一个光源的色温偏低,那么就会看起来光色偏红,或者说偏暖,如果一个光源的色温过高,那么就会看起来偏蓝,或者说偏冷。毫无疑问这就会大大影响观察色物体颜色的效果了。所以标准光源都一个色温标准,比如说6500k,这样才能真实模拟日光的环境。

另一个重要指标就是显色性。在同样两个6500k色温的光源观察同一张图片,一个是标准光源而一个不是,你就会发现在两个光源下同一张图片的色彩会产生变化。这是因为非标准光源的光谱能量分布与日光却有很大的差别,这些光谱中缺少某些波长的单色光成份。在这个光源下观察到的颜色与模拟日光的标准光源下看到的颜色当然就不同了,所以显色性就差了。显色性的定义是什么呢?由于同一个颜色样品在不同的光源下可能使人眼产生不同的色彩感觉,而在日光下物体显现的颜色是最准确的。因此,可以用日光标准(参照光源),将白炽灯、荧光灯、钠灯等人工光源(待测光源)与其比较,显示同色能力的强弱就叫做该人工光源的显色性。比较物体在待测光源下所显现的颜色与在参照光源下所显现的颜色相符的程度的定量评价指标就是“一般显色性指数”,也就是显色指数。显色指数的最高值就是100,值越低就说明在这个光源下待测物体的变色、失真度就越高。显色指数(Ra)值为100~75显色优良,75~50显色一般,50以下显色性差。比如,在色彩管理中用普通光源来看一幅样稿,这个光源的显色指数可能只有60,那么本身它在阳光下是紫色的,在这个光源下它看起来就变成了兰紫色。所以显色指数是标准光源另一个重要的颜色指标。

所以说,色温和显色性是影响光源色彩还原能力的最重要的两个指标,只有具备了一定的色温和显色指数(一般为5000k或者6500k色温,95%以上的显色指数)的光源才能够被称为标准光源。

我们进行色彩管理的目的就是要让色彩在经过多次传递和转换以后尽可能的保持最真实的色彩,所以我们在进行色彩管理的时候,观察色彩的环境要尽可能的模拟一个可以显示最真实的色彩的环境,也就是一个模拟日光的环境,而且这要是一个标准的环境,这样才能在每个色彩管理步骤之间起到沟通的作用。在现在这样一个开放的印刷工作流程中,创造一个标准的环境来进行沟通是十分有必要的。所以我们说,标准光源是现在进行色彩管理不可或缺的重要因素之一。毫无疑问,色彩管理能够为印刷业提高质量起到巨大的作用,我们如何在印刷流程中合理地运用好这个有力的武器,让它的功效发挥到最大,而不是仅仅把色彩管理流于形式作为一个宣传的手段,是每一个希望通过提高产品质量来提升企业竞争力的领导者所应该正确认识的问题。相信随着质量竞争成为竞争的主要手段,中国的印刷质量一定能够进一步提升。


 
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