彩色，汉语词语，拼音是cǎi sè，指除消色以外的各种颜色，各有不同的色调、亮度和饱和度。

颜色可分为非彩色与彩色两大类，颜色是非彩色与彩色的总称。非彩色指白色，黑色与各种深浅不同的灰色，对光谱各波长的反射没有选择性，而彩色物体对光谱各波长反射具有选择性，反射率随频率变化于0至1之间。

彩色是指白黑系列以外的各种颜色，颜色有三特性：亮度、色调和饱和度。

亮度（Luminance）是指色光的明暗程度，它与色光所含的能量有关。对于彩色光而言，彩色光的亮度正比于它的光通量（光功率）。对物体而言，物体各点的亮度正比于该点反射（或透射）色光的光通量大小。一般地说，照射光源功率越大，物体反射（或透射）的能力越强，则物体越亮；反之，越暗。

色调（Hue）:指颜色的类别，通常所说的红色，绿色，蓝色等，就是指色调。光源的色调由其光谱分布P（l ）决定；物体的色调由照射光源的光谱P（l ）和物体本身反射特性r （l ）或者透射特性t （l ）决定，即取决P（l ）r （l ）或P（l ）t （l ）。例如蓝布在日光照射下，只反射蓝光而吸收其它成分。如果分别在红光，黄光或绿光的照射下，它会呈现黑色。红玻璃在日光照射下，只透射红光，所以是红色。

饱和度（Saturation）：是指色调深浅的程度。各种单色光饱和度最高，单色光中掺入的白光愈多，饱和度愈低，白光占绝大部分时，饱和度接近于零，白光的饱和度等于零。物体色调的饱和度决定于该物体表面反射光谱辐射的选择性程度，物体对光谱某一较窄波段的反射率很高，而对其它波长的反射率很低或不反射，表明它有很高的光谱选择性，物体这一颜色的饱和度就高。

色调与饱和度合称为色度（Chromaticity），它既说明彩色光的颜色类别，又说明颜色的深浅程度。色度再加上亮度，就能对颜色作完整的说明。

非彩色只有亮度的差别，而没有色调和饱和度这两种特性。

日本色研配色体系（PCCS）用九级，门塞儿则用十一级来表示明暗，两者都用一连串数字表示明度的速增。物体表面明度，和它表面的反射率有关，反射多吸收少便是亮的，相反便是暗的，理想的白完全反射的光线，理想的黑则完全吸收光线。

有彩色的明暗，其纯度的明度，以无彩色灰调的相应明度来表示其相应的明度值。明度一般采用上下垂直来标示。最上方的是白，最下方是黑，然后按感觉的发调差级，排入灰调。‘这一表明明暗的垂直轴，称无彩色轴，是色立体的中轴。

色相的变化在光谱上是均匀的，如果进一步找出中间色，便可以得到更多色相。在光谱的红和紫之间插入半幅，构成环形的色相关系，便称为色相环，色相环中各色相按角度排列。

PCCS对色相制作了较规则的统一名称和符号，以红、橙、黄、绿、蓝、紫为基本色，用单个大写字母表示，等量混色用并列的两个大写字母表示，不等量混色用并列的大写字母（主色）和小写字母（副色），例外的蓝紫色用V（Violet）表示。日本人以这样来划分并定色名，显然是和门塞尔的十色相，二十色相配合的，门塞尔系统是以红、黄、绿、蓝、紫五色为基本色，把橙称作黄红。

彩度常用高低来指述，彩度越高，色越纯，越艳。表示彩度，一般以以无彩色为最低，纯色为最高，分作若干级。

PCCS分九级，最低为1，最高为9，无彩轴上彩度为0。例如，5/9纯色加4/9的灰是5，1/9纯色加8/9的灰是1。

色彩的种类繁多，正常人眼可分辨的颜色种类可达几十万种以上，而用测色器则可以分辨出一百万种以上的颜色。为了正确的表达和应用色彩，每种色彩都用一个名称来表示，这种方法叫色名法。

色名法有自然色名法和系统化色名法两种。自然色名法是用自然界景物色彩的方法为自然色名法，使用自然景色、植物、动物、矿物色彩，例如：海蓝色，宝石蓝，栗色，桔黄色，象牙白、蛋青色等等。系统化色名法是在色相加修饰语的基础上，再加上明度和纯度的修饰语，通过色调的倾向以及明度和纯度的修饰就比较精确了。

把以上在白光下混合所得的明度、色相和彩色组织起来，选由下而上，在每一横断面上的色标都相同，上横断面上的色标较下横断面上色标的明度高。再由黑、白、灰作为中心轴，中心而外，·使同一圆柱上，色标的纯度都相同，外圆柱上的比内圆柱上的纯度高。再队中心轴向外，每一纵断面上色标的色相都相同，使不同纵断面的色相不同的红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等色相自环中心轴依时针顺序而列，这样就把数以千计的色标严整地组织起来，成为立体色标。影响较大的立体色标是奥斯特华色标和门塞尔色标。

现代颜色视觉理论主要有两大类：一是杨一赫姆霍尔兹的三色学说，二是赫林的“对立”颜色学说。前者从颜色混合的物理规律出发，后者从视学现象出发，两者都能解释大量现象，但是各有欠缺之处。例如：三色学说是最大优越性是能充分说明各种颜色的混合现象，但最大的因难是不能满意地解释色盲现象。对立学说对于色盲现象能够得到满意的解释，但是最大的困难是对三基色能产生所有颜色这一现象没有充分的说明，而这一物理现象正是近代色度学的基础，一直有效地指导着电视技术的发展，彩色电视技术的发展，彩色电视技术中是依靠三色学说作为理论基础的。

一个世纪以来，以上两种学说一直处于对立地位，似乎若要肯定一个，非要否定另一个不可。在一个时期，三色学说曾占上风，因为它有更大的实用意义。然而经过一、二十年的发展，人们对这两种学说有了新的认识，证明两者并不是不可调和的。现代彩色视觉理论产生一种“颜色视觉的阶段学说”，将这两个似乎是完全对立的古老的颜色学说统一在一起。

这种学说认为人眼的锥状细胞是由红、绿、蓝三种感光细胞组成的，它们有着各自独立的相对视敏函数曲线，分别为Vr（l ）=Vq（l ）和Vb（l ） （2.1－1）

如果某色光的功率频谱分布为P（l ），则三种色敏细胞感受到光通量分别为FR、D和F

大脑对该色光感觉到的亮度正比于它的总光通量F=FR+FG+FB，大脑感觉该色光的色度（色调和饱和度）由FR、FG和FB分别相互比值来决定。所以，对于两种不同功率频谱分布的色光，只要它们的FR、FG和FB分别相同，对人眼来说，感觉到的亮度是完全相同的，它们的对人眼的彩色视觉是完全等效的。如果它们的FR、FG和FB虽然不同，但是FR、RG和FB的相同互比值相同，则它们对人眼来说，只是亮度感觉不同而色度感觉是完全相同的。

由此可见，人眼的颜色感觉虽然取决于色光谱布，但是并不能从看到的颜色来测断它们的光谱分布。也就是说，一定的光谱分布，对应着一种唯确定的颜色；但是同一颜色，可以由不同的光谱分布所组成，这种现象称为“同色异谱”现象。彩色电视正是利用这一现象进行颜色重现的。在颜色重现过程中，并非一定要求重现原景物辐射光的光谱成分，而重要的是应获得与原景物相同的彩色感觉，三基色原理与颜色混配规律为此问题的解决提供理论依据方法。

最早研究光的是牛顿，他利用三棱镜作了许多光的研究。当光进入三棱镜就会进行折射，可见光折射产生红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫所谓七彩。其实光的彩色是连续的，亦可说有十种或二十种，只是在西洋迷信中认为七是神圣的数字，所以定为七彩。不同民族对彩色的命名分类语言，皆不相同，源自其生活环境与心理。牛顿将彩色再经过第二个棱镜，可以聚回来得到原来的白光（日光），他因而确定白光是由其他不同彩色光所混合而成，从而提出单色光的观念。要注意到，物理的单色光与心理的单色光是全然不同的，牛顿伟大贡献的地方在于将光的物理与心理分开，使得后人得以在两方面分别研究（当时哥德站在心理的观点，曾大加反对牛顿的物理观点）。

牛顿以后，经两百年到另一物理学家马克士威，而确认光是不同波长的电磁波，牛顿所谓的单色光原是单一波长的电磁波，不同波长之光在介质之折射率不同而得以分开。人类可见的光，只在电磁波所有波段占了很小的一部分，由波长400nm到700nm之间（nm为长度单位，1个nm为十亿分之一公尺），靠近400nm一端为紫色光，波长近700nm一端为红色光。

光源

最常见的光源都是所谓的连续光源。也就是说这些光束里含有各种波长的可见光。譬如太阳光经过大气层滤过后，从红光到绿光大约是一样强，蓝光较弱。家里用的钨丝灯，红光部分最强，紫光最弱，是完全连续分布的，属于物理上的黑体辐射（纯由物体之加热，如烧红的铁一般）。又日光灯就不大一样，它虽然是连续分布，但在紫光部分有一个很强的频段放出光。整个加起来，日光灯看起来就比较白。

光的彩色

无论是什么光，它的彩色都是取决于客观与主观两方面的因素。

1、客观因素是它的功率波谱分布。对光源的彩色，直接取决于它的功率谱P（l）P（l）和P（l）t（l）。因此物体的彩色不仅取决于它的反射特性r（l）和透射特性t（l），而且还与照射光源的功率谱有密切关系，关于这一点将在2.1.2节中详细举例说明。因此，在色度学和彩色电视中，对标准光源的辐射功率波谱，必要作出明确而严格的规定。

2、主观因素是人眼有视觉特性。不同的人对于同一功率谱P（l）的光的色感可能是不相同的。例如，对于用红砖建造的房子，视觉正常的人看是红色，而有红色盲的人看是土黄色；同样，他看绿草坪是黄色。由于周围环境的影响，红色盲患者会把他看到的“土黄色”房子叫做“红色”房子；同样，把他看到的“黄色”草坪，叫做绿色草坪，并认为他看到的“红色”与“绿色”和正常人一样。只通过一定检验方法才能发现色盲患者的视觉缺陷。由此可见，光给人的彩色感觉与人眼的视觉特性有关。

标准光源和色温

在色度学和电视技术中，常以白色作为一种标准，所以标准光源都是白光。常用的标准白光有五种，称为A、B、C65和E光源。它们辐射的光谱分布在图2中用几条曲线表示。这种表示方法虽然精确，但是，对于使用感到非常不方便，于是人们想到了绝对黑体（下面简称黑体）。物理光学指出：在不同温度下，黑体辐射电磁波的本领是不同的，它的辐射本领按波长分布的规律如图2.1-2（a）所示。由图2可见，黑体在不同温度下的辐射光谱作为标准，让各种光源的光谱分布与之比较。当光源的光谱与黑体某一温度下的光谱相一致时，则黑体的这一温度称为光源的色温；当光源的光谱只能与黑体某一温度下的光谱相近似，而不能精确等效时，则称这一温度为光源的相关色温。由于黑体这个温度与彩色有关，故名色温。读者注意，光源的色温与光源本身的温度是两回事，通常两者是不相同的。例如白炽灯光源本身温度为2800K，但其色温是2845K。

有了色温和相关色温的概念，表示光源的特性将非常方便。例如：

A光源：色温为2845K，相当于白炽灯在2800K时辐射出的光。

B光源：相关色温为4800K，相当于中午直射的日光。

C光源：相关色温为6700K，相当于白天的自然光，它的蓝色成分较多。

D65光源：相关色温为6500K，相当于白天平均光照，常被用作彩色电视的标准光源。

E光源：又称为等能白光，即P（l）=常数，它是一种假想而实际并不存在的光源，采用它纯粹是为了简化色度学中的计算，其相关色温为550K。

另外，在彩色电视、电影摄影棚和演播室中常采用新式卤钨灯，其相关色温3200K，它是近代照明技术中常采用的光源。

显像管屏幕上显现的白光，有些色温高达9000～11000K，此时白色已经偏蓝了。

维恩（Wien）位移定律指出：当绝对黑体的温度增高时，最大的发射本领向短波方向移动（见图2.1-1）,所以色温较高的光源，其发出的辐射能较多地分布在波长较短的绿光和蓝光之中；而色温较低的光源，其辐射能较多地分布在波长较长的红光中。因此，在上述几种标准白光中，色温较低者，偏红；色温较高时，偏蓝。

彩色视觉讯号既然是由眼球转达到脑，光经过眼角膜与晶状体聚像于视网膜上，所有对光灵敏的视网膜细胞都在这里，特别灵敏的区域叫视网膜中心窝（fovea），这是视觉细胞分布特别多的地方。如果要看细微的东西，眼睛会眯起来，就是为了让光聚在最灵敏的中心窝上。视觉细胞基本上有两种，一种为杆状体，另外一种为锥状体。杆状体细胞比较多，大约有上亿个，锥状体细胞则只有六、七百万个，大多集中在中心窝附近。杆状体细胞对光极为灵敏，但无区分彩色之能力；锥形细胞则要在较强的照度下方能激发，它是能辨别彩色的视觉细胞。

无论杆状体细胞或锥状体细胞，在它后半部都有高度摺叠的膜状构造，其中含有最重要的感光蛋白质──视紫（rhodopsin），它们夹在这些膜表面，分子量为38,000。视紫内含有另一小分子称为retinal（与维生素A构造相似，是由其转变而来），它是一种感光色素。retinal有两种型式（同分异构物），当吸光时，使11-cis-retinal经过一系列的快速变化，变成trans-retinal，而使分子形状拉直而脱离视紫，然后视紫变形使细胞膜产生变化（其细节，化学家尚不很清楚），最后的结果是改变了细胞膜对钠离子的穿透性。原来在暗的条件时，摺叠膜的钠离子通透量很高，每秒可穿透109个钠离子，在低照度之下，这个钠离子通透量就大为减少，只有107钠离子/秒。结果发出神经电位讯号而使大脑接受视觉。

经过生理学家及心理学家的研究，锥状体细胞有三种，分别含有三种不同的色素（虽然化学家仍无法将它们分离出来），它们的吸收幅度都很广，但并不相同。显示三种锥状体对不同波长的反应曲线，三个高峰分别是在580、535及445nm波长的位置。由于它们吸收幅度的宽广，在普通单波长光照射下，三种锥状体细胞都会吸收而作用，只是其相对的反应强度不同。在复合光的作用下，反应就更复杂，使人可能得到上千种的彩色知觉，这整个过程，科学家仍是很不了解，只在起步阶段。

彩色认知包含三个因素──色度（hue）、亮度（brightness）与饱和度（saturation）。大略地说，色度是反映光的波长，即红、橙、黄、绿、蓝等。亮度是与光的强度有关，强光则亮，但变化波长亦会使亮度变化，譬如黄色即较紫色为亮。虽然后者的照度可使之比前者高（物理上说）；最后则是饱和度，它与各波长混合的程度有关，较纯的光（单波长）其饱和度通常较低，橙色与褐色的区别主要在饱和度。以上的分类是建立于心理的认知，它与物理量（波长、照度）的关系并不直接，亦非绝对。例如常见的色轮（即色相环）外圈彩色是依色度来分，色轮上的正红色是在太阳光谱找不到的彩色，它是由物理光谱上的紫光与红光（约700nm）混合得来。另外正黄色是在570nm波长，但同样的正黄色亦可由两束不甚纯的红光与绿光混合而得。这是由于纯正的红与绿为互补光，它们混成白色（没有色度），则不纯的红、绿就显示其剩下的黄色。所以彩色的知觉与波长并无一对一的关系。

日常生活对彩色的认知是在极为变化的照光条件下进行的，可以从耀眼的日光下步入较暗的室内，仍保持对彩色相同的辨认。譬如对黑白的分辨，在日光下，一块黑煤所反射的光强度，绝对地比在暗室内一支粉笔所反射的光为大；但是即使照度不同，黑的仍是黑的。这说明了彩色与光的强度亦无绝对关系。以上的现象亦存在于其他彩色，叫做彩色的恒定性（color constancy）。恒定性是相对的，还依环境与记忆而定，人们对熟悉物体比较容易保持其彩色的恒定性；例如，在大多数状况下，不论用什么光照射救火车，人们大多把它看成红色，至多深浅不同而已。但对不具特征的图案，彩色的判断较不易保持恒定，而易受周围的影响。

1959年，派立得（Polaroid）公司的蓝德（E.H.Land）做了以下实验：

蓝德以两个前置有滤色镜的照相机，拍照同一组静物（有草莓、青椒、香蕉等），甲照相机的甲滤镜只透过波长540nm的黄光，乙照相机的乙滤镜只透过波长为590nm的光（亦叫黄光），底片都是黑白底片。然后他分别制作幻灯片。自然，如果他洗相片，必是单色的相片，如果他以单架幻灯机投影，亦只有单色的影像。然而，他用两架置滤色镜的投影机来投影，甲投影机用甲滤镜（540nm）来投甲照相机所得之幻灯片，乙投影机用乙滤镜（590nm）来投乙照相机所得之幻灯片。如果他只开动一架投影机，所得是单色（黄色）的影像，但是如果他同时打开两部（甲与乙）投影机，并将其影像完全重复在银幕上，则人们看到的是如同实物一般的七彩影像，青椒是绿的，草莓是红的，红色到蓝色全部都有。这个实验的确惊人，只能实看，不能以图片表达，因为如果另外以一个彩色摄影机，试图将银幕照下，只会得到黄色的相片，因为打出来的光（540nm与590nm）只有黄光，但是人们的确看到七彩的影像。同样的实验，亦可用其他相差30nm以上的两束光来做，也都可看到七彩。

这说明了彩色的产生并不如普通物理教科书那么简单。蓝德经过20年的研究，已提出一套完整的计算理论来说明。基本上，他认为人对彩色的判定既非按入射光照度（I），亦非按反射出来光（到眼的）强度（E），而是经过一种未知的机制在十分之一秒内完成的，由比值R=E/I来决定，R称之为反射度（reflectance）。至于生理上，人如何达成这项任务，大脑扮演什么角色，神经化学上如何进行彩色的coding，这是相当有兴趣而困难的课题，要长远的研究才能了解。

从物理观点来说，彩色产生的原因不外乎光的吸收、折射与干涉现象。例如一杯冰可乐，是从底下打白光。因为可乐的色素吸收蓝光与紫光，透过的为红光，加上杯子与冰块的折射，就造成这张美丽的相片。又如化学实验室内常见的硫酸铜溶液呈蓝色是因铜离子吸收近800nm的红光，而使蓝光透过。然而在日常生活中，所看到的物体多不透光，它的彩色是反射光的彩色。基本上，是物质吸收可见光的某部分，而将不吸收的部分反射出来，如果吸收的越多则彩色看来越深。在物体表面涂上透明漆或是打蜡，以加强多次反射效果，亦就是使入射光经过多次物质表面的吸收，则物体的彩色就更深。例如，下雨前，红砖道是浅红色的，下雨后就变暗红色；地板打蜡后其彩色变深，都是这个道理。生物界亦有此种例子，两只同种的昆虫，会变化彩色。这昆虫背上有一层薄薄的空隙组织，这层空隙底下是一层含色素的组织，强烈吸收紫、蓝光，反射黄光。如果两层之间是空的，只有一次反射，彩色看来很浅。当变色时，两层之间充入水，则光线经过多次吸收反射，昆虫的彩色看来就深；它的道理和下雨后红砖道变深是一样的。

光的干涉现象可以将不同彩色（波长）的光分开。如可以造成光的干涉的光栅，当光从相邻的两个面反射时就有光程差（光所经过路径差），如果这光程差恰好是波长的倍数时，光波即有加成干涉，其他波长则不加成，如此不同彩色的光，其反射程度就不同了。干涉现象而形成彩色，最有名的例子是肥皂泡的彩色及金属面油膜的彩色。肥皂及水本身并不吸收彩色光，但吹出泡膜以后，光在肥皂膜内进行折射反射再出来，每一处膜的厚度不一样，光走的路径长短不一，产生相位差，而造成干涉现象。如甲虫，它背部有很小的条状突出构造，就像光栅一般，因此使甲虫看来有彩色，此种干涉现象所造成的彩色，在不同的角度看起来是不同的，对昆虫产生很大的保护作用。对它的敌人而言，在不同角度看到不同的彩色，就很难判断它的距离。因为低等动物之视觉没有视角差，距离的判断方法之一要靠彩色之对比。当彩色对比过强时，就不易判断距离。

光和物质作用除了吸收和折射外，还有一个重要的作用──散射，这是天空呈蓝色的原因。大气中，分子的热运动，造成局部的不均匀（瞬间），当光进入不均匀介质，就向四面八方散射。散射能力与波长四次方成反比，在可见光范围内，以蓝、紫色散射最强，它们散射到天空，所以天是蓝的。自然景观中的远山，亦呈蓝色。其他如汽车排烟，香烟的烟呈蓝色，也都是其中有散射力强的颗粒而造成，并非吸光的缘故。