第四章色彩表示系统

4.1 色序系统的概述

一、色序系统的概念

色序系统是指将颜色按照一定方式排列，并为每一个颜色进行命名的一种体系。其本质上是将颜色进行系统化、规范化，以便于人们对其进行识别、描述和应用。

CIE (国际照明委员会) 颜色系统也是一种色序系统，但由于其没有实际颜色样品相对应，因此属于抽象色序系统。它主要是基于物理学原理，用数值来描述颜色，而没有具体的实物样本与之对应。

与之相对的是具体色序系统，它将实际颜色样品按照一定的规律排列、命名，并与 CIE 颜色系统相关联。例如，孟塞尔色系统就是一种典型的具体色序系统，它不仅提供了颜色样品，还将其与 CIE 色度系统进行关联，方便了人们对颜色的测量和应用。

二、色序系统的条件

一个完整的色序系统应具备以下条件：

按一定的规则和顺序排列颜色： 色序系统必须遵循一定的规律，例如按照色相、明度、饱和度等维度进行排列，这样才能保证颜色的有序性，方便人们对其进行比较和识别。
每一种颜色应有特定的标号加以识别： 每个颜色都应该有一个独一无二的标识，方便人们进行记录、查找和交流。
有与 CIE 色度系统对应的关系，以便于测量： 色序系统应与 CIE 色度系统相关联，方便人们进行颜色测量和换算，从而实现颜色数据之间的相互转换。

三、色序系统的类型

根据颜色排列的原则，色序系统主要可以分为以下两种类型：

等差别系统： 这种系统按照颜色变化量在视觉感觉上均匀等间隔变化的原则进行排列。这意味着在系统中，相邻颜色之间的视觉差异应该是相同的，这样可以保证颜色变化的平滑和均匀。以美国的孟塞尔颜色系统最为著名，它采用等差系统，将颜色划分为不同明度、色相、饱和度等级，每个等级之间的视觉差异是相等的。
类似度系统： 这种系统以颜色感觉在明度、色调、饱和度三方面与标准颜色的类似程度编排的。也就是说，在类似度系统中，颜色是根据其与标准颜色的相似程度进行排列的。以瑞典自然色系统 (NCS) 为代表，它将颜色分为六种心理原色 (Y R B G W S)，并根据颜色与这六种原色的相似程度进行排列，提供了一种直观判断颜色感觉的方法。

4.2 孟塞尔色系统

一、孟塞尔色系统的概念

孟塞尔色系统是由美国画家孟塞尔 (A.H.Munsell) 创立的，它采用一个三维立体模型来表示颜色的三种视觉特征：明度、色调、饱和度。

明度 (Value): 代表颜色的亮度，用 V 表示，从 0 到 10 共分为 11 个等距的等级，0 代表纯黑色，10 代表纯白色。
色调 (Hue): 代表颜色的色相，用 H 表示，以色相环的形式排列，包含 5 个主色调 (红、黄、绿、蓝、紫) 和 5 个中间色调 (橙、黄绿、青绿、蓝紫、红紫)。
饱和度 (Chroma): 代表颜色的纯度，用 C 表示，从 0 到 10 或更高，表示颜色偏离中性色的程度，0 代表无彩色，数字越大表示颜色越纯净。

孟塞尔色系统将这三个维度结合起来，形成了一个三维的立体模型，称为孟塞尔色立体。在色立体中，每个点都对应一个特定的颜色，并被赋予一个特定的标识，称为孟塞尔颜色标号。

二、孟塞尔色系统的优势

表色完全，编排合理： 孟塞尔色系统覆盖了大部分人眼可以感知到的颜色，并且其编排方式科学合理，方便人们查找和比较颜色。
可以与 CIE 标准色度系统换算： 孟塞尔色系统可以与 CIE 标准色度系统进行换算，这方便了不同颜色表示系统之间的相互转换。
孟塞尔图册制作精良，便于携带、保存与查阅： 孟塞尔色系统提供了精美的颜色图册，方便人们携带、保存和查阅颜色信息。

三、孟塞尔色系统的应用

孟塞尔色系统被广泛应用于各个领域，例如：

美国国家标准学会和颜料、油墨、印刷等材料测试协会将其作为标准。
英国标准学会用其来标定颜料。
中国颜色体系及日本颜色标准将其作为参考。

四、孟塞尔色系统的特点

用孟塞尔明度、孟塞尔色调和孟塞尔彩度分别描述明度、色调和饱和度的感觉： 孟塞尔色系统采用专门的术语来描述颜色的明度、色调、饱和度，使其与物理学中的光学概念有所区别。
相邻颜色样本在明度、色度和彩度三个方向上的色彩感觉相同： 孟塞尔色系统中的颜色排列是等差的，这意味着相邻颜色之间的视觉差异是相同的。
是等差系统： 孟塞尔色系统采用等差系统，这意味着每个等级之间的视觉差异是相同的。
孟塞尔颜色系统的变量安排与色立体类似： 孟塞尔色系统的三维立体模型与实际颜色在视觉上的感知方式较为接近，这使其更符合人的视觉感受。

五、孟塞尔立体

中央轴： 代表非彩色的明度等级，从底部的黑色过渡到顶部的白色共分成 11 个在感觉上等距离的灰度等级，称为孟塞尔明度值 (V)。
水平距离： 某一特定颜色与中央轴的水平距离代表饱和度，称为孟塞尔彩度 (C)。
投影角度： 由中央轴向水平方向投射的角代表色调 (H)。

六、孟塞尔图册

孟塞尔图册是将孟塞尔系统中的各个颜色制成样品，并汇编成册的一种工具。其每一页包括颜色立体中一种色调的垂直剖面的颜色样品，即同一色调的不同明度值和不同彩度的样品。

七、孟塞尔色系统的描述颜色方法

孟塞尔明度 (V)： 孟塞尔明度值由 0 至 10 共分为 11 个在视觉上等距 (等明度差) 的等级。理想黑色 V=0，理想白色 V=10。实际应用中由于理想的白、黑色并不存在，所以只用到 1-9 级。
孟塞尔彩度 (C)： 它表示具有相同明度值的颜色离开中性色的程度。中央轴上的中性色的彩度为 0，离开中央轴越远，彩度数值越大。

八、孟塞尔颜色标号

任何颜色都可以用孟塞尔色立体模型上的色调、明度值和彩度这 3 项坐标加以标定。例如，一个颜色可以被标定为 “5R 4/6”，其中 5R 代表色调，4 代表明度，6 代表彩度。

4.3 奥斯特瓦尔德色系统

一、奥斯特瓦尔德系统概念

奥斯特瓦尔德色系统是由德国化学家威廉·奥斯特瓦尔德 (Wilhelm Ostwald) 于 1920 年发表的，他因此获得了诺贝尔奖。

该系统认为，所有颜色都是由“黑” (B)“白” (W)“纯色” (C) 三种成分按照一定的比例混色得到，而且 W+B+F=100 (%)，所以，描述一个特定颜色，只要给出三个变量的具体数值就可以了，即：颜色 F=C+W+B。

二、奥斯特瓦尔德系统颜色立体

由于等色相是正三角形，各个色相组合而成的色彩立体是底面重合的二重圆锥，陀螺状。

三、奥斯特瓦尔德系统色相

奥斯特瓦尔德系统色相概念： 假设色调由 8 种主色调组成：黄色、橙色、红色、紫色、蓝色、青绿色、海绿色和叶绿色；每一种再细分成 3 种，共 24 种，安排在色环上。
等色相三角形： 把颜色立体的中央轴作为垂直轴，并作成以此为边长的正三角形，在其顶点配以各色的纯色色标，这个三角形就是等色相三角形。奥斯瓦尔德颜色系统共包括 24 个等色相三角形。每个三角形共分为 28 个菱形，每个菱形都附以记号，用来表示该色标所含白与黑的量。

四、奥斯特瓦尔德系统明度

奥斯特瓦尔德系统色相概念： 奥斯特瓦尔德颜色立体的中央轴是明度轴，表示颜色的明度顶端是白色，底端是黑色。明度分为 8 个梯级，附以 a、c、e、g、i、1、n、p 的记号。a 表示最明亮的色标白，p 表示最暗的色标黑，其间有 6 个阶段的灰色。这些非彩色所包含的白和黑的量是根据光的等比级数增减的，明度是以眼睛可以感到的等差级数增减决定的。
明度标示法： 白量在前、黑量在后。

五、奥斯特瓦尔德系统纯度

奥斯特瓦尔德色系的纯度阶分为八阶等纯系列。根据 W+B+C=100→C=100-WB。例如 pm、nl、i、ig、ge、ec、ca 为同一纯度阶。（但色彩的白色量与黑色量不同）

六、奥斯特瓦尔德系统的优缺点

优点：

通俗易懂，为调配使用色彩提供了有益的指示： 奥斯特瓦尔德色系统以其简洁明了的表达方式，方便人们理解和使用颜色。
色相三角形的统一性为色彩搭配特性显示了清晰的规律性变化： 奥斯特瓦尔德色系统中的等色相三角形为色彩搭配提供了有规律的参考，方便人们进行颜色搭配和设计。

缺点：

等色相三角形的建立限制了颜色的数量： 由于奥斯特瓦尔德色系统基于等色相三角形，因此其能够表示的颜色数量有限。
与心理颜色不符： 奥斯特瓦尔德色系统在颜色排列方面没有完全考虑人的视觉感受，与人们对颜色的心理感知存在一定差异。

4.4 自然色系统 (NCS)

一、NCS 系统的概念

NCS 系统是由瑞典科学家于 1964 年提出的一种颜色系统，它已成为瑞典及北欧一些国家的颜色标准，并在 1979 年出版了 NCS 颜色图谱。

NCS 系统起源于赫林的四色理论，它按照颜色外貌与六种心理原色 (Y R B G W S) 相类似的程度进行分类和排列，或者说是用所含这六种原色的比例来排列的。 NCS 提供了一种直接判定颜色感觉的方法，不需要借用仪器与色样。

二、NCS 系统的颜色组成

NCS 系统基淮色 (Y R B G W S)： 这六种心理原色之间无任何类似性。其它的颜色都可视作与这六种原色有不同程度类似性的颜色。
NCS 系统颜色特点：
- 红 (R) 与绿 (G)、黄 (Y) 与蓝 (B) 是相互对抗的两对颜色。
- 任何颜色，只要有红色感觉就不可能有绿色感觉；有黄色感觉就不会有蓝色感觉。
- 任何颜色，与红色相类似的颜色就不会与绿相似；与黄色相类似的颜色就不会与蓝色相似。
- 任一颜色中只可能包含黑 (S)、白 (W)、和一种或两种彩色原色，即颜色 F 可写成 F=W+S+(Y 或 B)+(R 或 G)。

三、NCS 系统的色相环

色相环呈现了 40 个 NCS 色相。任意颜色标号表示其与两种彩色原色的相似度。如 Y10R 表示黄色占 90%、红色 10%。

四、NCS 系统的色彩三角形

NCS 系统色彩三角形的概念： 同一色相，不同彩度和明度的所有 NCS 颜色构成的三角形。
NCS 系统色彩三角形的应用：
- 黑度 s： 一个颜色中黑色原色 (s) 的含量；颜色三角形中色块所在的与 WC 平行的直线，与 WS 轴的交点为白度。
- 彩度 c： 一个颜色中两种彩色原色的含量；颜色三角形中色块所在的与 WS 平行的直线，与 SC 的交点为彩度。
- 白度 w： 一个颜色中白色原色 (W) 的含量；黑度 w=100-s-c。

五、NCS 系统的色立体

色立体是以黑白轴为一边的色彩三角形围绕黑白轴旋转形成的双圆锥体。

六、NCS 系统的颜色标号

S 1080-Y70R

S 10 (黑度) 80 (彩度) -Y (第一原色) 70 (第二原色比例) R (第二原色)

4.5 其他颜色表示方法

一、印刷色谱

印刷色谱用标准 CMYK 四色油墨按照不同网点百分比叠加成各种色彩的色块排列表。

特点：

按 CMYK 网点面积组合的规律排列： 印刷色谱中的颜色是根据 CMYK 四色油墨的网点面积组合排列的。
以 CMYK 网点面积的值为颜色命名： 印刷色谱中的每个颜色都由其对应的 CMYK 网点面积值来命名。
一般不与 CIE 系统直接对应： 印刷色谱中的颜色一般没有与 CIE 系统直接对应关系。
各网点面积色块的颜色与具体的印刷条件有关： 印刷色谱中的颜色会受到具体印刷条件 (如纸张、油墨、印刷设备等) 的影响，因此同一个网点面积组合在不同条件下可能产生不同的颜色。

二、RGB 颜色空间

RGB 颜色空间的概念： RGB 颜色空间是一种用红 (R)、绿 (G)、蓝 (B) 的混合比例表示颜色的混色空间，符合加色混色规律。用 0-255 表示红、绿、蓝色光的比例，0 表示无光，255 表示最大亮度。

RGB 颜色空间是设备相关的，也就是说，同一颜色比例在不同的显示器上显示，可能得到不同的颜色，因为不同的显示器有不同的显示特性。

RGB 颜色空间的立体： RGB 色彩模型用一个三维笛卡尔直角坐标系中的立体来描述，为加色模型，模型中的色彩都是由红、绿、蓝不同比例混合而成。

在这个立方体中，坐标原点 (0,0,0) 代笔黑色，坐标顶点 (1,1,1) 代表白色，坐标轴上的三个顶点分别代表红、绿、蓝三基色，剩下的另外三个顶点表示补色青、品、黄，立方体的主对角线上红、绿、蓝三色比例相同，为中性灰色。

RGB 颜色空间的应用： RGB 颜色空间广泛应用于数字相机、扫描仪、显示器、电视机等设备。

三、HSV 颜色模型

HSV 颜色空间的概念： HSV 颜色空问是根据人眼视觉而发的一种色彩模式，是将颜色的三个基本特征 — 色相 (Hue)、明度 (Value)、饱和度 (Saturation) —予以系统的排列、组合而物成的立体空问构图。在计算机实用软件中 HSV 色影模型一般用 HSB 色彩表示，V=B。H 色相，S 饱和度，V 明度。

HSV 色影模型是一个倒立的六棱锥”。

HSV 颜色空间更符合人眼对颜色的感知，它将颜色按照色相、明度、饱和度三个维度进行排列，使人们更容易理解和使用颜色。

总结

本章介绍了常用的色彩表示系统，包括色序系统的概述、孟塞尔色系统、奥斯特瓦尔德色系统、自然色系统 (NCS) 以及其他颜色表示方法（如印刷色谱、RGB 颜色空间、HSV 颜色模型）。这些系统各有优缺点，不同的系统适用于不同的场景。在实际应用中，需要根据具体的应用需求选择合适的颜色表示系统。

理解色彩表示系统的原理和应用，对于设计、印刷、绘画、摄影等领域都至关重要。它可以帮助我们更好地理解颜色，并运用颜色来创造更加美观、和谐的作品。

第四章 色彩表示系统 - 课堂笔记