马洪久的色度学Word格式.docx
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但是，黑色在减色中并不是“原色”。
黑色颜料的引入，对于减色理论来说，并没能从基础上解决什么问题。
CMYK（青、品、黄、黑）模型，它也仅仅是一个三原色理论与技术的混合模型。
今后色彩学应走向何方，还需要人们去作进一步的探索，才不至于使色彩学停留在一个低水平上。
67）四原色理论下的光谱轨迹
现在我们来讨论一下，视觉四原色理论下的光谱轨迹应该是个什么样子的？
首先我们还是先来回顾一下，正常视觉者的可视空间是什么样子的？
（图51）中的正方体就是正常视觉者的可视空间。
（有关正常视觉者的可视空间概念，请参阅本人博文《（47）可视空间与非可视空间》。
）下面（图50）是我们为了凸显正常视觉者可视空间各顶点所标的字符，因而去掉了一些线条，形成一种简图。
（图51）是把正常视觉者的可视空间，按通常数学表示空间的习惯画法所画的空间。
其中K0作为坐标原点。
现在我们再来看一下，正常视觉者的三通道输出特性曲线。
见（图52）。
这张图对于我们研究视觉四原色理论下的光谱轨迹，具有重要意义。
因为，它可以为我们提供从400nm到700nm之间，各种不同波长的光
谱色可分解为视觉原色（红、绿、蓝）的情况。
比如，对于460nm的蓝光。
在该处有红、绿、蓝三条曲线通过。
也就是说，460nm的蓝光，它的颜色是由视觉中红、绿、蓝三种原色混合形成的。
从图中还可以看出，这三种原色的数量，它们分别是：
蓝为Bb；
绿为Bg；
红为Br。
这样我们就可以在（图51）中，画出该波长下的光谱颜色在正常视觉者的可视空间中的位置。
如果将全部光谱色，在正常视觉者的可视空间中的位置，都画出来的话，于是便形成了光谱轨迹。
请见（图53）。
66）色度学今后应走向何方
人类对于颜色的认识，所走过的道路始终是崎岖的。
牛顿认为，白光是“复合光”。
“在颜色学问题上，黑格尔追随歌德，竭力反对牛顿的物理光学，他认为，白光不是复合光，而是单纯的，引起颜色的正是光明与黑暗的结合”[1]尔。
最后牛顿以白光通过三棱镜色散成光谱这一实验，有力的证明了白光不是“单色光”。
这样，黑格尔提出的白光不是“复合光”而是单纯光的观点被否定了。
从那时起，物理学就多了一门学问，光谱学。
因为，白光可以色散成光谱，因而在人们的眼中，光谱中的颜色就是白光颜色的基本成分，即光谱中的一切颜色都是“单色”，而白光的颜色是“复色”。
后来人们通过实验又发现了，如果在光谱中选择红、绿、蓝三种颜色，就可以混合出光谱中的各种颜色。
于是，人们发现了光的三种原色，并建立了光的三原色原理。
后来杨（T.Young）又把它引入到了颜色视觉理论当中，并建立了“三色学说”。
直到今天，这种三原色的理论在各大学里的物理学科、心理学科、生理学科、色度学科乃至医学科等，都在作为一种基础性的理论在使用。
但是，在这里面，有一个非常矛盾的逻辑关系，人们并没有去关注它。
那就是：
既然，光谱色可以由光的三原色混合获得，那就说明了，光谱色并不是单色。
而当今的权威理论都在认为，光谱中的全部颜色都是单色。
这使我们不禁要问，有这样的单色概念吗？
由几种颜色混合出来的颜色还能称它为“单色”？
反过来，如果我们承认光谱中的颜色不是单色，而是“复色”的话。
可是多少年来，人们又不断的从光谱的颜色当中，去选择理想的光的三原色（1828年莱特（W.D.Wnight）选择光的三种原色是，红色（650nm）、绿色（530nm）、蓝色（460nm）。
吉乐德（J.Guild）选择的光的三种原色是，红色（630nm）、绿色（542nm）、蓝色（460nm）。
到1931年国际照明委员会CIE又选择了两个人的平均值。
到了1964年CIE组织根据泰尔斯、伯奇和斯伯林斯卡娅所研究的成果，对三原色又做了进一步的补充）[2]尔。
今后我们还可能会进一步去选择更为“理想的”三原色。
我们不禁还是要问，在一个非单色的光谱当中，能选择出属于“单色”性质的原色吗？
我们想这样来评价当今的光的三原色理论：
它是一个非常“混沌”的理论。
色度学的诞生，就是在这种“混沌”的理论指导下诞生的。
当它发现光谱三刺激值出现了“负值”的时候，只能是感到困惑不解（关于光谱三刺激值的“负值”问题，可以参阅本人的博文《（65）为什么光谱三刺激值会出现负值》）。
无奈之下，国际照明委员会（CIE）在1931年只好把RGB颜色系统进行了坐标变换，产生了一种让人难以理解的XYZ颜色系统，以减缓三刺激值出现“负值”问题所带来的麻烦。
其实，这种新的XYZ颜色系统所带来的麻烦，并不比“负值”问题强多少，它带来的是同样的麻烦。
它的亮度空间不均匀，色度空间也不均匀，麦克亚当椭圆大小相差的非常悬殊。
可以说，从XYZ颜色系统诞生起，色度学就步入了歧途。
现在，人们总在想，是不是再建立一个更新的颜色系统来替代这个不理想的XYZ颜色系统。
我们认为，这是非常困难的。
但也可能是非常容易的。
说它困难是指，如果不脱离开三原色理论来建立新的颜色系统，那将是极度困难的。
说它容易是指，如果改变观念，从RGB系统转向视觉四原色系统，许多困难就可能会迎刃而解了。
因为，视觉四原色系统中的原色都是纯粹的单色。
我们认为，今后色度学的走向应该选择后者这条道路。
色度学的颜色方程是色度学的重要基础。
目前的色度学所使用颜色方程是三原色理论下的颜色方程，它的具体形式如下：
（C）≡R（R）＋G（G）＋B（B）....................
（1）
方程左边（C）代表待测的颜色。
方程右边三项分别代表红、绿、蓝三种原色及其数量。
“≡”表示方程两边的颜色达到匹配，即两边的颜色看上去是相同的。
方程右边的R、G、B分别代表红、绿、蓝三种原色的数量。
（R）、（G）、（B）分别代表红、绿、蓝三种原色。
我们认为，这个方程存在两大缺陷：
一是它缺少黑原色。
二是，该方程中红、绿、蓝三原色根本就不是原色。
基于这一点，我们认为，改用视觉四原色来建立颜色方程，将会克服这些缺陷。
用视觉四原色建立起来的颜色方程，其形式应该是这样的：
（C）＝R0（R0）＋G0（G0）＋B0（B0）＋K0（K0）...................
（2）
该方程左边（C）代表待测的颜色。
方程右边四项分别代表视觉中红、绿、蓝、黑四种原色及其数量。
“＝”表示待测颜色（C）可以分解为方程右边四项。
方程右边的R0、G0、B0、K0、分别代表视觉中红、绿、蓝、黑四种原色的数量。
（R0）、（G0）、（B0）、（K0）分别代表视觉中红、绿、蓝、黑四种原色。
由于该方程右边为四项，所以我们称这一方程为：
“视觉四原色颜色方程（四项式）”。
因为，这个方程所使用的原色是视觉中的原色（这种原色与光的“原色”不同，它们都是纯粹的单色）。
所以，使用这个方程应该不会出现负值问题。
关于视觉四原色，我们曾经建立过这样的一个原理：
视觉四原色守恒原理。
该原理认为：
“视觉中的原色有四种，它们是红、绿、蓝、黑四色。
视觉中的一切颜色都由这四种原色混合生成。
并且，这四种原色在视觉颜色中的含量总和为100％保持不变（请参阅本人的博文《（43）视觉四原色守恒原理》）。
依据这一原理的守恒性，我们说，在视觉四种原色的当中，有三种原色在颜色含量方面是“自由的”，另一种原色在颜色含量上就是不自由的了。
因为，如果有三种原色在含量上已经被确定了的话，则第四种原色的含量问题无疑也就被确定了。
即，它在颜色中的含量应该是：
总含量值（100％）减掉前三种原色含量的总和。
依据这一点，我们说颜色方程
（2）还可以改写为下面的形式：
（C）＝R0（R0）＋G0（G0）＋B0（B0）......................（3）
因为这个方程的右边有三项，所以对于（3）式也称为：
“视觉四原色颜色方程（三项式）”。
其中K0（K0）这一项不是不存在了，而是隐含了。
其中K0的值应为：
K0＝1－（R0＋G0＋B0）。
我们曾经提出过一个可视空间与非可视空间的理论：
即在我们的视觉中有些颜色是看得见的，有些颜色是看不见的（请参阅本人的博文《（47）可视空间与非可视空间》）。
对于视觉中的四种原色来说，能被我们看见的原色只有一种，那就是“黑色”。
对于红、绿、蓝这三种原色来说，我们是看不见的。
所以的数量是不能直接测出来的。
但是的数量可以通过颜色方程
（1）中的R、G、B的数量来获得。
R、G、B与之间的转换关系，可以通过（图51）来进行。
比如说，蓝原色光的波长如果是为460nm的话，从图中我们可以看到，在460nm处有红、绿、蓝三条曲线经过这里。
也就是说，蓝原色光，
它的颜色是由视觉中的红（R0）、绿（G0）、蓝（B0）三种原色混合生成的。
这三种颜色的数量分别是Bb、Bg和Br。
如果把这三种颜色的数量代入颜色方程
（1）的B中，于是就完成了光的蓝原色与视觉原色间的转换。
对于光原色中的其它两种原色的转换程序也是一样的。
经过这样的转换，颜色方程
（1）就可以转换成颜色方程（3）。
也就是说，这样就可以把光的三种原色的数量转换成视觉四种原色的数量。
使用（图51）进行光原色与视觉原色间的这种转换，理解起来不会是很困难的，肯定要比把RGB颜色系统转换成XYZ颜色系统这一过程理解起来要容易的多。
从数学方面来看，把颜色方程
（1）转换成颜色方程（3），其数学手段也不是很困难的。
当然，这一切都是从理论角度来讲的。
至于说，如果把这一理论在技术当中进行实施的话，当然也还会遇到一些问题，比如说应该如何来制定各种标准等。
但，那是另外一回事了，那不是我们现在要研究的问题。
我们说，把光原色直接转入到视觉原色这一过程的意义是重大的，这是一个理论上的飞跃。
颜色方程（3）的建立，其实并不仅仅是对于所谓的“正常”视觉者来讲的。
对于各种色盲者来说，也是一样的，同样也可以通过各类色盲者的“三通道输出特性曲线”，来获得色盲者的R0、G0、B0的值。
我们认为，视觉四原色颜色方程应该远远优于现在色度学所使用的颜色方程。
因为，视觉四原色颜色方程所使用的原色。
在这一方程当中，R0、G0、B0都是纯粹的单色，它们是不含黑色成分的颜色，并且R0、G0、B0之间也都互不包容。
这样，这一方程中的黑色的数量K0，，就可以与颜色的“亮度”建立起对应关系。
我们认为，颜色中的“亮度”与颜色中含有白色的多少，并没有直接对应关系。
但是，颜色的亮度与颜色中含有黑色的多少，却是直接相关的。
我们说，黑色是决定视觉颜色“亮度”的重要因素，并且也是唯一的因素。
现在的《色度学》所使用的颜色方程，对于处理颜色的“亮度”问题是困难的。
海得维希?
郎格在他的《色度学与彩色电视》一书中，就明确的谈到了自己对于颜色“亮度”的概念与彩色量概念在认识上的一种感受。
他说：
“为什么我们到现在才详细谈到亮度这个重要的概念，这有两个原因，一是我们以前描述各式各样彩色时还用不着它，二是这个概念要比彩色量概念更难以确切掌握”。
[1]为什么会“更难以确切掌握”呢？
我们认为，就是因为现在的颜色概念太混乱了，致使人们对于“亮度”这一概念一直也很难说得清楚。
二是，现在的《色度学》的颜色方程根本就没有黑原色这一项。
而方程
（1）中的R、G、B这三项当中，它本身就包括着黑色成分。
但是，人们却无法能把黑色的数量从那里分离出来。
可以说，目前人们对于颜色的“亮度”问题，感觉上是清楚的，测量上是困难的。
虽然说，《色度学》主要是关于彩色的“色度”（色调与饱和度）问题，但是不可忽略的是，一切彩色都是含有黑色成分的。
如果没有一个正确的理念去表达彩色，那还能真实的表达彩色吗？
视觉四原色颜色方程，即方程（3），是一个含有黑原色的颜色方程。
它在处理彩色问题和处理中性色问题是统一的。
从这个意义上讲，颜色方程（3）将会成为一个真正意义上的颜色方程。
65）为什么光谱三刺激值会出现负值
1931年，国际照明委员会（CIE）规定，红、绿、蓝三种“原色光”的波长分别为：
700nm、546.1nm、435.8nm。
并且，用这三种色光以亮度比例为1.0000︰4.5907︰0.0601进行混合时，可以得到一种白光，即“等能白光”。
虽然，用这三种“原色光”混合出来的白光，其“亮度”比例是不相等的。
但是，在这种情况下，（CIE）规定它们的“颜色量”的比例是相等的。
或者说，用这三种“原色光”获得的白光是一种既不偏向红，也不偏向绿，也不偏向蓝的色光。
这说明了，这三种光的颜色是平衡的，是相等的。
可以表示为（R）︰（G）︰（B）＝1︰1︰1。
按着（CIE）对红、绿、蓝三种“原色光”的规定，去匹配某一波长的等能光谱色所需要的红、绿、蓝三种“原色光”的数量，就称为“光谱三刺激值”，并以符号来表示。
其颜色方程为：
方程左边C（入）代表的是：
待测的等能光谱色。
方程右边三项分别代表红、绿、蓝三种“原色”及其“数量”。
“≡”表示方程两边的颜色达到匹配（即两边的颜色看上去是相同的）。
方程右边三项、、分别代表红、绿、蓝三种原色的数量（即“光谱三刺激值”）。
方程中的“＋”号仅代表红、绿、蓝三种原色进行混合而已。
这个方程的意思是：
用单位的红色与单位的绿色与单位的蓝色进行混合，所得到的颜色与C（入）颜色在视感觉上是一样的。
当人们用上述规定的红、绿、蓝三种“原色光”去匹配等能光谱色的时候，却发现了一个问题，那就是大量的光谱色却无法能得到相匹配的颜色。
只有把方程右边的某种原色移到方程左边的时候（也就是用右边的某种原色与光谱色相混合）才能达到匹配的程度。
比如说，移动的是绿原色光的话，则此时的颜色方程就变成了这样：
经整理之后方程就变成了这样：
这样，光谱三刺激值中的便出现了负值。
下面（表5）就是1931年国际照明委员会（CIE）对标准色
度观察者所测得的光谱三刺激值。
该表中最左边一行所表示的是光谱的波长，右边三行所表示的是、、的数值，即光谱三刺激值。
从该表中可以看出，在三刺激值中有大量的负值。
下面我们用“视觉四原色理论”来对这一现象的发生进行“定性”解释。
首先，我们要申明，解释这一现象的基本观点是：
由于视觉四原色理论认为，在整个光谱中根本就没有单色光。
所以我们认为，1931年国际照明委员会（CIE）选择的，所谓的光的三种“原色”，实际上它们都不是单色。
（关于这方面的观点，请参阅本人的博文《（62）对光原色剖析
（一）》和《（63）对光原色剖析
（二）》）。
我们认为，用所谓的红、绿、蓝三种原色光去匹配光谱色，实际上就是用三种非单色的“复合”光进行混合，去匹配一种非单色的“复合”光的行为。
从这一点来看，我们说真正能匹配到一起的机会太少了。
光谱三刺激值之所以出现负值，就来自这个原理。
我们称这一原理为“三刺激值负值原理”，具体陈述如下：
因为光的三原色以及光谱色都不是单色。
所以二者进行匹配时的概率非常低，因此得不到匹配。
当人们以弥补二者的差异（即以改变光谱色为途径）来进行颜色匹配时，便造成了光谱三刺激值出现了负值。
下面我们分段来讨论产生“负值”的原因。
我们使用的工具还是“三通道输出特性曲线”，见（图50）。
这个图（指原始图）存在一个缺点，就是曲线在很高的部位就截止了。
为此，我们对它做了适当的延
长。
但这并不会影响对问题进行“定性”分析。
图中三条品红色线条所在的位置就是，1931年（CIE）组织所选择的光的三种“原色”在光谱中所对应的位置。
下面我们就分段来对（表5）中所产生的负值进行分析。
从（图50）中可以看出，光中的“蓝原色”（即435.8nm光色）是由视觉中的红、绿、蓝三种原色组成的。
其中，蓝色成分最多，绿色成分最少。
尽管绿色含量比少。
但是，要和435.8nm左边这段光谱中的颜色相比较的话，它的绿色含量比光谱中的绿色含量要多。
现在我们来看一下，如果用光的三种原色去匹配435.8nm以左这段光谱色，会出现什么样的情况。
众所周知，这段光谱是光谱中的紫色段。
因此，匹配这段光谱只需要蓝、红两种“原色光”就够了（因为蓝色与红色混合是紫色）。
不过这里有一点，我们需要重视，那就是在“蓝原色光”中，它是含有绿色成分的，尽管它的含量比较少，但也总比紫色段光谱中的颜色所含有的绿色成分要多。
也就是说，用蓝、绿两种原色光混合出来的颜色，与这段光谱中颜色相比较的话，它的绿色成分就显得多了。
或者说，光谱色中的绿色成分相对的就少了。
因此，光原色的混合色与光谱色二者不能匹配。
在无奈的情况下，人们选择了在待测的光谱色一端加入一些绿色来平衡这件事，或者说是以改变待测光谱的颜色来达到二者匹配。
这样就出现了颜色方程
（2）的情况，显然在光谱三刺激值当中的就出现了负值。
从（表5）中可以看出，的负值截止在435nm和440nm之间（实际上是截止在435.8nm）。
为什么就发生在这个位置呢？
很简单，这个位置就等于，蓝原色自身与自身相匹配。
显然，这二者的绿色含量是相等的，因此也就不可能出现负值了，因而该处便成为了的负值截止点。
现在，我们再来看一下（图50）中的435.8nm到546.1nm这一段。
这一段是蓝绿色段，这段光谱色应该是蓝、绿两种原色光的混合色。
但是，从图中可以看出，蓝、绿两种原色光中都含有红色成分，尤其是绿原色光中的红色成分最多。
这很显然，用蓝、绿两种原色光来匹配这段光谱色的时侯，它的红色成分肯定要超过光谱色中的红色成分。
这就造成了出现负值。
理论上讲，的负值截止点，应该在435.8nm、546.1nm这两点。
道理与前面谈到的的负值截止点的道理是一样的。
我们再来看一下（图50）中的546.1nm到655nm这一段。
这一段光谱是黄色段。
它的颜色是应该是红、绿两种原色光的混合色。
从图中可以看出，“绿原色光”是含有蓝色成分的，并且它比右边光谱中的颜色所含的蓝色成分要多。
因此用红、绿两种原色光来匹配这段光谱色时，其中蓝色成分肯定要多。
这就造成了出现负值。
它的负值截止点在546.1nm这个地方，道理与前面所讲的情况一样。
但是，它的另一个负值截止点，从（表5）中反映出来的是在655nm。
我们只能这样来理解，（图50）中的蓝曲线可能一直延长到这里。
下面我们再来看一下（图50）中655nm以右的光谱段。
这段光谱段的特点是，没有蓝、绿曲线延伸到这里。
因此要匹配这段光谱，只用红原色光就够了（也就是仅调整红原色光的亮度就可以了。
或者说，通过调整红原色光与黑原色光的混合比就可以了）。
基于这种情况，我们说，这段光谱的三刺激是不可能出现负值的。
（表5）中这段光谱的三刺激没有负值，就是这种原因形成的。
从上面对光谱三刺激值出现负值的分析中可以看出，用视觉四原色理论来解释“负值问题”，则“负值问题”就是一个能让人可理解的问题。
“负值问题”并不是一个很复杂的问题，相对的讲，还是一个比较简单的问题。
但是，这个问题如果要用光的三原色理论来解释（或者说，用三色学说来解释），只能是使人感到困惑，决不会有一个明确的结果。
因为，三原色理论对光谱的看法是光谱中颜色都是单色。
对于光原色来说，那就理所当然的更应该是单色了。
在这种理念下面，它绝对不会对光谱的颜色以及对光的颜色（包括光的原色）进行解析。
因此，当光谱三刺激值出现负值的时候，三原色理论对此只能感到疑惑，却找不到原因。
1931年（CIE）组织，为了避免光谱三刺激值出现“负值”，因而给对色度计算带来困难。
于是无奈的，便把1931CIE–RGB颜色系统转换成1931CIE–XYZ颜色系统，以避开“负值”问题。
并对这个新的系统称为XYZ国际坐标制。
实际上，从那个时候开始起，色度学便步入了歧途。
实际上，1931CIE–XYZ颜色系统并不是一个很科学的颜色系统。
当1931CIE–RGB颜色系统转换成1931CIE–XYZ颜色系统之后，便使得颜色空间发生了形变，变得不均匀了。
在这个系统的色度图中，麦克亚当椭圆是很不均匀的。
可以说1931CIE色度图并不是一个理想的色度图。
因此，寻找一个新的比较理想的颜色理论体系，就成为了当前研究颜色问题上的一个迫切需要解决的问题。
我认为，今后色度学要走的道路应该是，废除1931CIE–XYZ颜色系统。
并由1931CIE–RGB颜色系统转换到视觉四原色系统。
因为，视觉四原色系统是由纯单色原色组成的系统，它对各种颜色都具有强大的解析能力。
（64）当今的色度学基础存在两大缺陷
《色度学》，顾名思义，它应该是一门对颜色进行测度的学科。
但是，目前人们认为，色度学是—门研究彩色计量的科学。
任务应该是研究人眼彩色视觉的定性和定量的规律及其应用的学科。
这也就是说，当今的《色度学》不仅要研究彩色计量，同时还肩负着研究颜色视觉理论的任务。
我们说，当今的《色度学》肩负着研究颜色视觉理论的任务是无可非议的。
因为，当前的颜色视觉理论是一个混乱的理论，是一个没有头绪的理论，是一个有待人们去发掘、去建设的理论。
而《色度学》肩负着这一任务，也表现出了《色度学》在探索颜色视觉规律上，确实有着一点的优势。
但是，有这样一个问题：
当今的《色度学》是以“三色学说”为基础的。
如果“三色学说”存在问题的话，它用了一个有问题的颜色视觉理论，来研究颜色视觉规律，那会是一个什么样的结果呢？
不言而喻，在这样的逻辑关系下面，只能是使《色度学》这一学科，也会像颜色视觉理论那样走的更加混乱，对于彩色视觉规律的认识会更加难以
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