色彩與色溫的知識

大家在中學物理課中就知道，光線是電磁波，而電磁波的傳播強度與其頻率和波長有關，頻率低波長長受物質衰減的幅度就小，反之就大；白光的電磁波頻率波長由各種可視顏色紅、橙、黃、綠、青、藍、紫組成，其中紅光的頻率最低波長也長，而紫光的頻率最高屬短波長。波長越短的光被大氣層及塵挨吸收衰減的就越強，反之就弱。由于地球的圓弧使得高緯度地區的大氣層相對光線增加了厚度，高頻短波光線被大量衰減，而低頻長波光線暢通無阻（見上圖低色溫區）。這就是上午和傍晚日光是紅黃色的原因。而上午10時至下午3時這個時段的日光基本上是白光，這段時間就被影視業界稱為攝影拍片的黃金時段。

　　色光科學家測定夏至的陸地和海濱兩區域正午時分的日光色溫為5000K和5500K，離這段時間前后的色溫在4800-5800K之內對彩色影象記錄設備產生色偏的影響最小，能夠被攝影膠片所記錄的色溫是：蠟燭色溫一般在1800K,白熾燈在3000K（相當于早晨和黃昏）,晴天為5200K,陽光直射下5000K,陰天下6500-9000K,深藍的天空可以到20000K或以上,這就是色溫在自然可見光中的時段。感光膠片或數碼相機若想真實模擬人眼所見色彩時，就必須按這些色溫時段中的色光分量信息采用膠片自身的寬容度或濾色鏡（數碼相機用電子白平衡設置）來實現。

　　其中5000K被世界印刷業公認為標準色溫，5500K為感光材料專業標準色溫，并以此來觀察產品的色彩。由于色溫5000K的RGB值為R89 G78 B61，所以它并不是理想的白光，而5500K被認為是理想的白光；但只有RGB=1:1:1時才是真正意義上的白光，也就是說，如果要表現自然界里萬物豐富色彩的真諦，光線就必須是中性的，即在三基色絕對平衡的光線下才能表現任何可見物體與景物色彩的真實性！

　　例如，光學科學家由此而研制的6500K（R86 G81 B72）的攝影閃光燈和三基色熒光燈管，以及三基色平衡值更高的氙氣燈等，在這個領域里科學家用了漫長的時間才研制出B藍色LED器件，使得我們從原先只有RGY發光二極管組成的LED彩色大屏幕那種怪異的顏色進入真正的RGB真彩廣場大屏幕演播時代。

　　然而，這僅僅是人類在光學科學材料上邁進的一步而已，為了達到無大氣干擾境界的RGB平衡，人們又在彩色顯示器上使用電子電路技術使三基色熒光粉模擬出RGB=1:1:1的理想白場環境。而只有在這樣的環境下我們的RGB圖象才能將偏色圖象校正到理想顏色上來。不但如此，在觀察色彩照片時還必須在相近于攝影現場的光源下看色，比如正規專業的觀片環境要求是在RGB三基色燈管模擬日光的照明下進行。如果彩色照片沖印店在低色溫的鎢絲燈泡下觀片矯色，相當于早上或旁晚紅黃色光線下看景物，矯色時會造成減黃的錯誤，如將其照片拿到正常日光下看，它就會色偏趨向藍色，而在普通高色溫熒光燈下矯色時，又會造成減青的錯誤......。因此大凡只要是處理彩色照片的色偏工作，一定先確定光源的色溫基準，使用RGB平衡光源觀片，否則糾正色偏就會亂套。

色光知識：
陰天和雪天拍攝的彩色照片為什么偏青偏藍？

　　這個問題還得從電磁波講起，電磁波還有一個特性是，低頻長波段穿透能力強但反射能力很弱，而高頻短波段反射和折射能力強，但穿透能力卻弱；我們知道，白光中從青色開始波長在250mm以上的色光屬于高頻光波，它的強度受塵挨、霧氣的阻擋衰減較大，但在陰天、雨天和雪天陽光直接照射不到的環境里青色以上的電磁波的反射特別活躍，借助水氣微粒的作用，短波長色光能不斷反射和折射，將遙遠云霧邊緣的高頻短波光線漫射到整個環境中來，而雪天的晴天環境里青色光的反射與折射可以達到陰天的幾百倍，紫外光就更加活躍！實際上高頻色光的這個特性隨時都存在著的，例如晴天下的陰影環境里，只是在陰天、雪天更加強烈而已。

　　為什么我說陰天、雨天和雪地陰影的高色溫藍色更加強烈呢，其實高頻短波光線平時也存在著，只是因為在平時陽光直射到的物體和景物上的可見光能量（照度）比人眼不可見的高頻光強烈，而陰影、室內、雨天等環境里因為沒有直射的陽光，因此經反射、折射的高頻光在沒有直射光線的干擾下更容易被機器記錄到而已。即，凡是不能有效反射直照陽光的地方，其短波長光線的反射相對強烈，例如海洋、無云的天空、雪地陰影、晴天里的陰影、室內、雨天、陰天（色溫在9000-20000K）。

　　有意思的是，通過三棱鏡解折分解出來的可見光中的“紫色”是三基色RGB的R與B的混合色M（品紅），紫色與紅色在色公式模型的色輪上緊挨著紅色的地方就是人眼可見光中最長波長與最短波長的截止點，事實上它們在距離和頻率波長數據上是背道而馳的，即最低頻率的紅光以下和最高頻率的紫光以上的光是人眼不可見的光線。

　　講到這里你就會明白為什么陰天環境下拍攝的照片色溫反而會高了并且偏青偏藍色的原因了；前面說過紅光和橙黃色光屬于穿透能力強的低頻長波電磁波，因此在一定霧氣塵挨環境里它們的可見度較高（正是這個原因，所有危險警告燈全用紅光，而霧天行車用黃燈光；高頻的反射能力還體現在聲波上，科學家利用高頻電磁波反射特性發明了雷達、利用高頻聲波的反射特性發明了超聲波聲納探測器）。但長波的穿透能力是相對一定密度的霧氣和塵挨而言的，不是什么都能穿透，陰天的云層厚達十幾公里，紅光的能量不可能將云層穿透照射到大地上，在晴天里一朵白云即可將紅光完全遮擋住，但色溫在20000K或以上的青藍色和紫外光可以通過折射漫射到各處而不被人眼所察覺。

人眼看色的“錯誤”和機器色彩“藝術”：
　　其實人的眼睛看色是有“錯誤”的，比如在不同色溫環境里看顏色時，眼睛會通過大腦不自覺地調整色差，按機器記錄色彩來說，白色的東西在不同色溫下都一定不是一樣白的，但人眼辨別后認為還是白色。再比如，雪景的陰影，我們在實際現場看到的是暗白色（不同明度的灰色）；根據光學透鏡成像的科學驗證，人眼看物是應該反向的，就因為大腦視覺神經可以調整反像為正像，所以我們才不至于倒著看物，因此人眼看色或成像的正反并不是什么錯誤，而是生命存在的必然規律！由于彩色感光材料和CCD記錄色彩是機器而不是人，所以它們的表現是真實的數據化反映，加之人眼的生理特征對頻率高的色光不很敏感（例如接近紫色的青、藍色），而機器設備具有按數據記錄顏色信息的特點，因此我們所拍攝的彩色影象中就出現了平時眼睛看不見的顏色。此時，為了將設備的機器色適應到人眼習慣上來，除了在感光材料中增加感色濾色層加以抑制衰減外，后期的矯色也是一項重要的補救措施。

模擬人眼所見“錯誤”的道理
　　有人在討論彩色照片的偏色問題時，竟然拿陰影是藍色的彩色照片來證明他看到自然現場陰影的顏色，這很可笑也很幼稚，事實上因為人眼的習慣調節作用在自然雪地現場看到的陰影并不是藍色的，這個問題早在彩色攝影術剛發明后就有過爭辯，因為科技能力有限加之設備記錄色的無奈與人為的長期不斷灌輸，形成即定俗成的所謂的認同標準，以至于形成只要有人對顏色失真說不的時候總會有人跳出來為偏色辯護。

　　我想用一個事實來抨擊在這個領域里的一些雜音，就拿眼睛來講吧，人眼是雙凸單透鏡結構的影象攝取器官，景象通過原始簡單的眼角膜雙凸透鏡結像于眼底視覺神經上，我們很難理解一個與普通放大鏡一樣的生物透鏡怎么會那么完美地糾正了像差的畸變，人眼看到的景象為什么比任何精密的照相機的結像分析力高出萬倍？其實人眼的結像是通過大腦完美修正過的，這個過程與人眼所見色彩的修正是一同完成的！可喜的是，人類在模仿眼睛攝取景物的機器研制中懂得了怎么去解決像差畸變的技術，比如使用無色的光學玻璃和各種幾何形狀的單凸、雙凸以及凹形多組鏡片相互補償，來模擬人眼所見的完美結像。說到這里又引出色彩的問題來，為什么我們對影象記錄設備的鏡頭結像要求那么嚴謹苛刻，容不得半點畸變，而卻放任影象記錄設備中莫須有的顏色來蹂躪人眼？說白了，偏色矯正的技術和制造精密鏡頭的技術相比，矯色的難度更高、更使一些人感到無奈而已！話說回來，如果有人說他看到的雪地陰影是藍色，那我到想問問他：你眼睛看到的完美景象又怎么解釋？既然你能看到不經過大腦修正的顏色信息，那么你也應該能看到象機器記錄那樣的景象彎曲和畸變，但無論怎樣事實上你的肉眼并看不到這種像差畸變，除非你大腦出了問題。

深入下去.....
　　既然是學術討論，那我就多給點例證來將問題說個透徹，上面我用像差畸變說明了大腦修正的存在，這里我再舉例說明人眼和大腦配合糾正像差的示例。電視機發明以來顯象管玻璃一直是球面且沿用了半個多世紀，人的大腦視覺神經逐漸習慣了球面體影象，但球面影象所造成的像差曲線人眼仍能明顯看得見。當平面顯象管出現后，人眼在擺脫長期球面影象的習慣中竟然“錯誤”地認為本該是平面影象凹了進去，這種大腦修正和適應的過程我們每個人都經歷過，但很快就適應了。事實上人眼對正面像差畸變的修正上比色差適應修正來得優秀和完美，這是因為你知道本來是直線的東西它絕不會是彎曲的，當原先被畸變彎曲了的影象在顯示器上得到糾正后，你會在很短的鑒別中認同它。但是人眼對機器產生的色差畸變的修正卻很怠慢且顯得麻木不仁，這是由于視覺的“先占性”決定的，即先影后色的天性――半盲人有光即可行，色彩對他無所謂！現實中視力不好的人都能通過眼鏡鏡片的視力矯正得到完美清晰的影象，但是色盲就很難得到矯正，而色盲人的視覺像差畸變修正卻又和正常人一樣的優秀！綜上所述，用反向論證的結果是：平時我們可以一眼看出機器記錄影象的像差畸變，但卻很少人能看出色差偏色的畸變。問題的實質是，所有照片和顯示器上的色彩與自然界里人們現場看到的色彩是顯而易見的和差別巨大的，這不是一個非視覺器官的嘴巴所能夠說成是什么顏色就是什么顏色且可以改變的鐵定的事實！

　　在矯色前需要先學習掌握彩色照片的成像原理，否則將無從下手！當我們知道了設備記錄色彩是怎么形成的后，再理解中性灰對再現豐富色彩的原理后就有的放矢了。在矯色的過程中，要作到絕對還原中性灰是很難的事，但不是做不到。大多情況的矯色過程中我們是反向利用人眼的錯誤來完成的，例如雪景陰影中的青色，由于人類發明色彩記錄材料以來一直未能有效地解決設備按人眼“錯誤”記錄的技術；長久以來，人看慣了機器偏色的照片，也就即定俗成地默認了這種所謂的“正確”色彩，一些人們在無法解釋這種現象時便將其稱作彩色攝影的“藝術”，其實這種被機器無端“美化”了的色彩恰恰不符合人眼平時所見的色彩！悲哀的是，人們對機器色彩任意杜撰和蹂躪人眼已經到了麻木不仁的地步，更有甚者竟然無知地將機器色彩視為是“標準”色彩，更與所謂的“藝術”掛上鉤來直接反對成像理論科學，這是我們所不能容忍的，如果連人與機器的區別都分不清，何談什么色彩呢？難道將機器強奸人眼的自私強加于人就是人性化？人畢竟是人，而不是機器更不是低級動物，機器是人發明的，人不是機器的奴隸！

　　既然人眼看色有“錯誤”，那我們何不利用這個“錯誤”呢，于是在矯色中可以不要求絕對的平衡。前面QGTD版主的識別色偏主要看高光處，因為人眼對明亮部分的色偏比較敏感，因此我們只要將色偏的主趨向拉回到大致的灰上，你就看著順眼了。前面我說過，在自然光線下不同色溫的RGB灰色值不同，但人眼看白卻仍是白色，利用這個錯覺可以將圖象應該是中性灰的部位調整到某個色溫白場的灰階上來，至此你能說我校正的灰不是灰嗎？！
　　而大藝網不斷強調中性灰的原因就是一種不斷灌輸基準的過程，只有讓大家知道一尺有多長，一斤有多重，你才有可能在離開尺子和稱的情況下用你腦子里的記憶去衡量自己要做的事是否準確，而這種用記憶色矯正偏色用數據來驗證肯定會有誤差的，但起碼不至于象機器在照片中無中生有記錄到的偏色那么離譜。將這個原理用在矯色中，利用人眼“錯誤”就能達到滿意的人眼所見之色彩效果來。

最后的話：
　　很多美術工作者是將美術繪畫的那種色彩渲染和任意的藝術色彩夸張挪在了彩色影象領域中。固然，彩色影象自它的誕生之日起就存在著嚴重違背人眼看色的失真現象，而這種失真也被那些搞藝術的人認為是有必要的色彩渲染，這是因為他們不知道這里面的科學道理，也無可非議。但是糾正彩色影象的色偏在視頻與感光材料領域是作為一門科學來對待的！當我們深知道色偏是美術工作者需要的情況下，大藝從一開始就強調了這個區別，因此我們的矯色更具人性化且為正統的專業的技術，是深層次的工作，而這一點也正是別人感到最難做的事情。同是色彩，但它們卻是兩種截然不同的學科，即――浮表的“藝術”范疇和高深的科學范疇之分別！因此搞藝術的人不懂科學你去搞你的藝術，去喜歡非人眼所見的機器色，沒有必要前來指責矯色科學理論。如果大家對中性灰矯色還有什么質疑，我建議你將Photoshop的幫助文件從硬盤上刪掉，如果你不知道刪除路徑，我告訴你：在C:/Program Files/Adobe/Photoshop/Help。反正你從來也不看、更不相信Adobe這些對用戶負責的科學幫助，這個文件對你來說毫無用處，還占著你寶貴的硬盤空間。

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摘抄一段學者的話（雖然與討論的問題沒什么關聯，但我覺得這段話很幽默且有哲理性）：
　　在人類感官所攝取外界信息的比例上，視覺占的比重最大，約百分之七十幾，而聽覺只有百分之十幾。所以說，人聾了比瞎了幸運，聾子可以憑眼睛看明白世界上的大多數事情，而瞎子就比較麻煩。也因為感官的一系列屬性，所以，人類在憑視覺分辯事物的時候可以不怎么動腦子，而使用聽覺的時候則常常要全神貫注，并且進行思考。這也就是為什么有些人電視看得越多，人卻越來越傻的原因。

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彩色感光材料特性知識
　　為了解決彩色記錄材料能夠達到適應人眼看色的境界，各國的科學家為此付出了艱辛努力，不斷在改進光譜增感技術和成色劑的性能，使膠片在不同光照條件下都能獲得良好的彩色飽和度的同時又能保持自然的膚色和中性灰級色調的還原。使乳劑的線性特性保證在高光部和陰影部的層次要求中。我國科學家從六十年代初期就開始獨立研究這項技術，六十年代中期開始重點研究與此相應的光學設備技術。
　　中國是世界上少數能夠掌握和生產彩色感光技術的國家之一，也是世界感光材料市場份額占有量最大的國家，連美國柯達都要禮讓咱幾分的。

　　我們從中國樂凱感光材料研究院的這個彩色電影膠片5244和LK-G100的特性曲線（右圖）可見，其乳劑的CMY三層單色曝光曲線反差明顯地高于白光曝光曲線的反差；層間效應：Y層15%，M、C層30-40%（這個平行特性曲線中間段已經做的相當不錯了）其目的就是中性灰的平衡。

　　另外，樂凱“超金100”彩色膠片鋒芒直對美國的柯達“金獎100”，其研究水平超過日本某牌子的感光材料，金100的影像顆粒十分細膩，有很好的色彩質感（特性曲線同右）。

樂凱感光像紙色彩平衡性能曲線圖                                   樂凱感光膠片光譜染料中性灰密度曲線
       

樂凱的“超金100”膠片在乳劑制備中采用了先進的平衡多注合成技術，使鹵化銀晶體的感光中心和潛影中心分布更趨合理。其電子顯微鏡的乳劑分析結果表明，顆粒幼細分布特性十分優秀。“超金100”膠片的涂層結構分：保護層、UV濾光層、感B層（高低感2層）、Y濾色層、感G層（共3層：高感層、中感層和低感層）、隔層、感R層（共3層：高感層、中感層及低感層），另外還有隔層、防光暈層以及片基背面的防卷曲涂層，多達14層/項技術措施。

　　其中，這些技術措施的UV濾光層就是濾除高頻短波段色光C干擾之用途，加上其他多項技術，使得在膠片曝光時確保暗部景象對應于特性曲線的直線上，目的是提升暗部影像色調使其真實還原。
　　“超金100”膠片除了采用上述先進的涂層結構外，還采用R、G感色三層接曲線和感B層雙層接曲線，使膠片的最佳RGB特性曲線的一致性做到直線內。該膠片具有曝光寬容度大，其有效曝光寬容度可達-2到+3檔光圈；強光段景象亮部的色調有良好的還原，且對曝光不足仍有高質量的色彩表現。

　　“超金100”膠片的平衡色溫為攝影感光材料工業標準5500K，在日光和電子閃光燈理想白光環境里的色彩感光特性處于平衡，由于應用了光譜增感技術對紫外區感光度作了抑制，使得在富紫外線光環境或在強

烈反射的紫外區的景像拍攝時不致于偏青。同時對感B層也應用了光譜增感技術，對感B增感峰做了明顯的提升（左圖B曲線）。
　　另外，對R和G感色層略提升兩個感色峰，使感色峰位飽滿，使感R峰位略向短波長偏移，使膠片不僅能良好地記錄景物的色彩，并提高了對各種光源的適應性，包括用電子閃光燈、白熾燈和熒光燈在內的各種色溫光源也能獲得良好效果，尤其在室外旁晚、早晨、夜光、以及雪景等各種色溫條件下拍攝都有良好的色彩表現。而這些優秀色彩的科學測試參數就是上面那個中性灰平衡曲線圖！

[注]：此文由daee-d根據中國樂凱彩色感光材料研究院提供的資料重新整理編排，錄于此僅說明本站對色彩還原理論并非是內行，但也是在行的，其它諸如色光的空間調制傳遞函數及頻率曲線等專業在此省略。


樂凱超金100彩色膠片特性曲線圖
優秀的三基色平衡參數