生理物理的方法

出处：按学科分类—工业技术 中国轻工业出版社《制浆造纸手册：第八分册纸料的准备》第613页（3214字）

这种方法是用物理的方法进行测定，但以生理的方法来解释。

在生理学中，三种感光体学说是与三基色原理相符合。这一学说假设人眼中有三组感光细胞，它们分别对红、绿、蓝三基色最为敏感。我们可以把眼睛作为接受器，对着三种不同的光谱敏感中心做一叙述，即人类眼睛的颜色感觉机能是不完全相同的。

1．标准观察者

在仔细检验了标准颜色视觉的人以后，国际照明协会(I．C．I或称C．I．E)于1931年综合了一个假定的标准观察者，即依据于一些有正常颜色鉴别能力的人，得到的平均颜色鉴别。标准观察者的三组感光细胞对不同波长颜色的灵敏程度可用三条光敏曲线(X红、Y绿、Z蓝)来表示，如图10—5—7所示。图10—5—8也说明了三种基本刺激的三刺激分布因素。

图10—5—7 标准观察者的三条光谱敏感曲线

图10—5—8 颜色视觉的机理

2．颜色的三刺激值

人们的各种颜料感觉都是由三组感光细胞所受到的三基色剌刺的不同比例和绝对值得出的。

图10—5—8说明了如何从决定颜色感觉的反射率坐标中得出三个标准颜色刺激的数值。在试验中，被观测的试样是由其反射率曲线〔R〕表示其颜色特性，并由具有一定光谱能量分布的光源〔E〕来照明。R×E表示在单一波长情况下进入眼睛的能量，即试样的反射率和光源的能量分布乘积。这个反射光能由眼睛的三组感光细胞按着它们的敏感性分别记录下来，传送到大脑后，产生得到颜色视觉的三个不同颜色刺激的量，在最后的图线上用面积表示。如果我们明确了眼睛的刺激坐标，并且用于照明的光谱成分是标准的，则得出的这三个面积其积分就可以分别计算出来。以此方法得出的三个数值称为标准颜色值或颜色三刺激值X、Y、Z。

3．X、Y、Z三刺激值的测定和计算

根据上述的人对颜色生理视觉的原理，人们采用物理方法对颜色视觉进行测量，其方法是，用光电色泽计测定试样对红、绿、蓝三基色光的反射率，分别以X、Y、Z表示，此三项数值亦相当于人的颜色生理视觉的三刺激值X、Y、Z。通过下式又可进一步计算出相对的三色系数，分别以x、y、z表示：

由x、y、z这三个数字确定的颜色只能表示在一个颜色的三元空间里，这种表示法仍是很困难的。因x+y+z=1，有了x，y两个数值，z就明确了，所以人们只把x和y两个数值标入一个平面的标准色度图上。

4．利用CIE色度图表示颜色

图10—5—9为国际公认的标准CIE色度图，即x—y色度图，它以x为横坐标，y为纵坐标。图中所有代表光谱色的点都在舌形曲线上，所以这条曲线叫做光谱色曲线或光谱轨迹。

图10—5—9 标准色度图的颜色区域示意图

将曲线两端用直线连接起来，则所有实际的颜色都包含在舌形曲线和直线所包围的范围内，即任何颜色都可用这个面积内的一个点来表示，其色度由这个点的座标x和y来确定。

图中，无色点(白、灰)在中心，同色调但不同饱合度的颜色座落在无色点和谱色点之间的直线上。互补色在舌形图内互相对应。

如能求出任何颜色的X．Y．Z三刺激值，就能表示出其颜色。由X．Y．Z再求出色度座标x、y，并在色度图中标出其位置，则能更直观地辨别出颜色，但这还不能表示出颜色的明亮程度。为此，通常再加上一个表示亮度的Y值(即三刺激值中的Y刺激值)，这样就可较全面地表示出一个颜色，例如，一黄色书皮纸的颜色测定结果为x=0．4428，y=0．494，Y=71．1%。

5．以主波长，色纯度和亮度表示颜色

前面曾提出颜色有三个特性，即色相(色调)、饱合度(深度)和亮度(明度、鲜艳度)。如果以颜色的这三个特性来表示某一颜色的测定结果，则会给人们以更具体的颜色印象。为此，通常还用主波长、色纯度和亮度三个值表示颜色。

(1)主波长

匹配某一样品颜色主要光谱色的波长为该颜色的主波长，以λd表示。主波长决定了试样呈现的颜色，如主波长600nm左右为红色、575nm左右为黄色、510nm左右为绿色、470nm左右为蓝色。颜色的主波长相当于日常生活中观察到的颜色色相(色调)，为此用它表示颜色的色相特征。

(2)色纯度(饱合度或刺激纯度)

色纯度表示样品反射主波长光的比例，以Pe表示。纯度100%即表示只反射主波长的光线。色纯度即相当于颜色的饱合度(深度)特征，纯度越高，颜色越浓艳。

如表10—5—15中所列5种不同蓝纸的色纯度，天蓝、浅蓝、中蓝、蓝、深蓝等随着颜色的加浓，其纯度分别为36．4%，47．9%、61．0%，67．9%和69．6%。

(3)亮度

亮度在三刺激值中以Y(%)值表示，Y值越高，表示颜色越明亮。

(4)使用方法

主波长和色纯度可由CIE色度图求出，如在图10—5—10中，由光源点C通过某一颜色的坐标点连一直线，再延长使其与舌形曲线相交于M＇点，M＇点的波长509即是该颜色的主波长λd。CM线段与CM＇线段之比即即为这一颜色的色纯度Pe。在舌形曲线上各点均为光谱色，即色纯度为100%。

图10—5—10 在色度图上用画线法求主波长和色纯度

如果由光源C通过某一颜色的x、y坐标点如N连成直线不能与舌形曲线相交，而与连接舌形曲线端点的直线相交于N^＇，则该颜色没有主波长。这时将CN直线向相反方向延长使之与舌形曲线相交于N^″，则N^″点的波长称之为该颜色的补主波长，用λc表示。在CIE色度图中，通过光源点划直线两端与舌形曲线或直线相交的两个点，均表示互为补色的两个颜色。

以上均为CIE—XYZ测色制表示颜色的方法，可概括为三种方式，每种方式均由三个数值表示之：①用X、Y、Z三刺激值；②用色度座标x、y和亮度值；③用主波长λd(或补主波长λc)、颜色纯度Pe和亮度Y值。

表10—5—16为15种不同颜色的色纸对其颜色进行测定的结果，并分别以三种方式表示之。

表10—5—16