攝影及光學-色彩科學

介紹色彩的物理特質、知覺、與心理感覺，並應用於設計上。

色彩的功能

審美
訊息與溝通，色彩的意涵與情緒（包括動物動物之間如求偶，植物與動物之間如果實成熟度等等）
協助物體之辨識

英文字典中的色名約有1000種，The Munsell color system約有1225種，Pantone matching system約有1200種，而人眼實際上可以分辨的顏色約有2000000種以上。

色彩的出現

Berlibn, Kay（1969）研究色彩人類文化學，發現各個文化對於色彩出現的先後具有特定規則。一定都會先出現白色、黑色、紅色，才有黃色和綠色，其次是藍色、咖啡色，最後才是紫色、粉紅、橘色、灰色等。

光譜

西元1666年英國物理學家牛頓發現光是由多種光波聚集而成，而在可見光譜中因為波長的不同至少可以區分為下述各種色光

可見光：

紅光：波長最長〈610--700nm〉
橙光：〈590--610nm〉
黃光：〈570--590nm〉
綠光：〈500--570nm〉
藍光：〈450--500nm〉
靛光：等於藍紫
紫光：波長最短〈400--450nm〉

不可見光：

波長超過700nm叫紅外線，如熱線及無限電波
波長低於400nm叫紫外線，如x光線

色彩的物理性質

色彩是光線刺激眼睛所產生的一種視覺現象，沒有光線就沒有色彩。
視覺的主要成因，在於光線的刺激所得到的知覺作用，物體受到不同波長光的不同強弱和方向刺激，會產生各種複雜變化的色彩。
色彩的顏色現象可分為光源色和物體色，光源色乃是發光體發出的顏色，而物體的顯色現象，統稱為物體色。因物體之性質不同，其種類包含表面色(反射色)和透過色。

光源與光源色

自然界中的物體，能夠自行發光的稱之為光源；而光源所發出的光線稱為「光色」和「光源色」。
光源的種類：白熱光源--宇宙間的天體，如太陽、恒星。冷光源--指螢火蟲體內把以前所吸收而儲存的光放射出來，是一種偏綠的可視光，且不附帶熱能，故稱為冷光源或特殊光。雷射光源--雷射光(Laser)是光量子放大之意，它是現代科技產物。其他--由於電流、化學、分子撞擊、氣體急劇凝縮等現象均能發出光源。
光源的標準：觀察物體色時，需要確定一標準光源，否則因為光源之不同，物體色將有不同的變化。CIE國際照明委員會以「色溫」訂定了光源之標準：標準光源色溫度說明， A光源 2854°K 接近白熱燈光的色光。 B光源 4870°K 接近太陽直射的燈光，近乎正午的日光。 C光源 6740°K 接近晴天斜射的白晝光，相當於晴天時的平均晝光。(觀察物體色時，一般都採用C光源)。
色光的反射率：是指把氧化鎂的反射率標準與白色相比照的結果。理想白的反射率為100，黑為0，而實際測定出的反射率為：白的反射率為92.3%~64%；灰的反射率為64%~10%；黑的吸收率為90%以上

表面色

眼睛所看到的表面色，是物體吸收了部分的光線及反射其餘色光的結果。不同的物體表面具有不同的特性，吸收和自己不同的色光，而選擇反射和自己相同的色光，反射的光線刺激眼睛，便產生該反射色光的色彩感覺，顏色的感覺是一種心理經驗，是人試圖去捕捉物體表面的特性所造成的反射光譜，色彩知覺的重要工作往往是希望能夠除去光源的影響，獲得物體表面的特性之反射光譜。例如普通不透明的物體顯色現象。灰階的物體在各個波長的反射都是一樣的平均，而藍色的顏料是在440nm的反射較大，綠色顏料是在520nm的位置反射較大。當反射短波時，我們會知覺該物為藍色，當其反射中波長時，我們會知覺其為綠色，反射中波長以及長波長的光線時，其為黃色，反射長波長就被視為紅色，而白色為各種波長的光全部反射，黑色是全部吸收。

黑色和白色

當不透明物體反射了全部光線而不吸收時，物體就呈純白色；反之，則呈純黑色。

灰色

即各波長平均吸收和放出的結果。

透過色

透明的物體如水、玻璃、彩色玻璃等，在光線透過時，吸收、透過等作用影響所顯示的色彩。例如：透明物體讓長波透過，留住其他波長物質，物體顯色呈紅色透明物。

色光、色料之混色

色光

色光三原色：橙紅 (Orange red)、綠 (Green)、青紫 (Violet blue)。一般稱為紅、綠、青
色光混合又稱「正混合」，混合後明度增加，又稱「加法混合」
色光三原色若以等量的比例相加時，可獲得白色光。
紅光〈帶橙的紅〉加綠光等於黃光，紅光〈帶橙的紅〉加藍光〈帶紫的藍〉等於紅光〈同色料紅〉，藍光〈帶紫的藍〉加綠光等於淺藍光〈同色料藍〉

色料

色料三原色：紫赤 (Magenta red)、黃 (Hanza yellow)、綠青 (Cyanine blue)
色料混合又稱「負混合」，混合後明度降低，又稱「負混合」
色料三原色混合後變成混濁或黑色，但不為純黑色。
紅加黃等於橙，紅加藍等於紫，藍加黃等於綠

色光與色料之異同

色光與色料的三原色不能以其他色彩調出
色光三原色可混合出任何色，但色料不行

色彩的三屬性

色彩的三屬性說明了色彩的性質，包括色相、明度、彩度

色相 (Hue) (H) 區別色彩相貌的名稱。即波長。如：蘋果是紅色的，〝紅色〞便是一種色相。
明度 (Value) (V) 區別色彩明暗程度的名稱。即光度、輝度。要看其接近白色或灰色的程度而定，越接近白色明度越高，越接近黑色其明度越低。在無彩色中，明度最高與最低分別為白色與黑色；在有彩色中，黃色明度最高，紫色明度最低。
彩度 (Chroma) (C) 區別色彩鮮濁度的名稱。即色的飽和度 (saturation)、純度、色度。純粹色彩中無黑白色之混入，達飽和度之色或稱純色。也就是說，當純色與黑、灰、白或其他顏色混合以後，彩度就會降低。

純色加入白色〈或水〉，明度提高，彩度降低。純色加入黑色，明度降低，彩度也降低。純色加入灰色，明度不變，彩度降低。

色環

為了研究方便，把各色彩連結成環狀，稱為色相環或色輪﹝color wheel﹞。近代色彩學大師約翰斯.伊登〈Johannes Itten ，1888--1967〉的色相環極具有教育功能，對混色的概念，色環的類似和對比色的了解十分重要。

伊登表色體系的色相有十二色，以紅、黃、藍三原色為基礎，原色為不能經由混色而成的色彩，其他色彩則由此三原色混合來構成的。將紅、黃、藍三個第一次色兩兩混合成為，橙、綠、紫第二次色﹝secondary hues﹞，三角形外接圓中畫正六邊形，三邊塗上第二次色橙、綠、紫色。再將第一次色和第二次色混合，得到黃橙、黃綠、青綠、紅紫、青紫六個第三次色﹝intermediate hues﹞，伊登的色相環即是將依照相混的順序排列成環狀造型。

美國籍的美術教師曼塞爾〈Albert H. Munsell 1858-1918〉訂定10種色相：紅，黃，綠，藍，紫再加5種中間色：黃紅，黃綠，藍綠，藍紫，紅紫。上述每種色相又可分10種，一共100種色相。