原色

原色或基色(Primary color),是一组最有形的真实的物理色素介质或彩色光源,它们可以以不同的量组合以产生色域的“色域”。这是用于引发对不同颜色组感知的应用中的基本方法,例如,电子显示器,彩色印刷和绘画。通过应用合适的混合模型(加法,减法,加法平均等)来预测与给定原色组合相关的感知,所述混合模型体现了光与媒体以及最终视网膜如何相互作用的基本物理学。

原色也可以是概念性的,既可以作为色彩空间的加法数学元素,也可以作为心理学和哲学等领域中不可简化的现象学范畴。色彩空间初选精确定义并根据经验在心理物理色彩匹配实验中进行,这些色彩匹配实验是理解色彩视觉的基础。一些色彩空间的原色是完整的(也就是说,所有可见的色彩都是用非负权重的加权和来描述的),但必然是虚构的(也就是说,没有合理的方式可以将这些原色表示为物理上的或感知的) 。从现象学角度描述原色很难做到简明扼要,但是现象学的论述,如心理初选,已经导致了实际上有用的见解。

所有的真实和色彩空间原色集都是任意的,因为没有一组原色可以被认为是规范集。基于主观偏好以及诸如成本,稳定性,可用性等实际因素选择用于给定应用的初级颜料或光源。色空间原色可经受有意义的一对一转换,以使经转换的空间仍然是完整的,每种颜色都有一个唯一的总和。

初等艺术教育资料,词典和电子搜索引擎通常将原色定义为概念色(通常为红色,黄色和蓝色;或红色,绿色和蓝色),可用于混合“所有”其他颜色并经常去进一步说明这些概念色与特定的色调和精确的波长相对应。由于真实的原色不能完整,所以这些来源不能提供连贯一致的原色定义。

光的添加混合
由共同刺激视网膜的相同区域的多个光源引发的感知是附加的,即,通过将各个光源的光谱功率分布或三色值(假设颜色匹配上下文)相加来预测。例如,黑色背景上的紫色聚光灯可以与重合的蓝色和红色聚光灯相匹配,这些聚光灯比紫色聚光灯都暗淡。如果紫色聚光灯的强度增加一倍,则可以通过将红色和蓝色聚光灯的强度加倍以匹配原始紫色来匹配。加法颜色混合的原理体现在格拉斯曼定律中。

在用于推导CIE 1931颜色空间的实验中应用了重合点光的添加混合。 (应用)波长为435.8 nm(紫色),546.1 nm(绿色)和700 nm(红色)的原色单色原色在本应用中使用,因为它们为实验工作提供了便利。

由于具有这些色调的主灯提供最大的三角色度色域,因此红色,绿色和蓝色光是加色混色的理想原色。电子显示屏中的小红色,绿色和蓝色元素可以从适当的观看距离混合添加,以合成令人信服的彩色图像。

选择用于添加初级的精确颜色是可用荧光粉之间的技术折衷(包括成本和功率使用等考虑因素)以及对大色度色域的需求。 ITU-R BT.709-5 / sRGB原色是典型的。

重要的是要注意加色混合提供颜色匹配上下文以外颜色感知的非常差的预测。众所周知的演示例如裙子和其他示例显示了单独的加性混合模型如何不足以预测许多实际图像中的感知颜色。总的来说,我们无法在现实世界的图像和观看条件的背景下,完全预测所有可能的原色灯组合的感知颜色。引用的例子表明这种预测可能会有多么差。

减去油墨层的混合
减色混色模型预测通过反射或透明表面上的重叠的部分吸收材料过滤的光的光谱功率分布。每层都从照明光谱中部分吸收一些波长的光,同时让其他光通过乘法,从而产生有色外观。印刷中重叠的油墨层以这种方式在反射白纸上减色混合以产生照片写实的彩色图像。这种印刷过程中油墨的典型数量在3至6的范围内(例如,CMYK工艺,Pantone hexachrome)。一般来说,使用较少的墨水作为初选会导致更经济的打印,但使用更多可能导致更好的色彩再现。

青色,品红色和黄色是良好的消色差原色,因为可以将理想墨水反射光的光谱功率分布组合为最大色度色域。另外一种重要的油墨(印刷印版的印刷速度通常为黑色)通常也被使用,因为使用其他三种油墨难以混合足够黑的黑色油墨。在青色和洋红色常用的颜色名称出现之前,这些原色通常分别被称为蓝色和红色,随着时间的推移,它们的确切颜色随着使用新颜料和技术而发生变化。

在有限的调色板中混合油漆
从涂料混合物,颜料颗粒浆料中涂覆的照明表面反射的光的颜色(即光谱功率分布)不能很好地通过消减或加法混合模型近似。包含颜料颗粒的光散射效应和油漆层厚度的颜色预测需要基于Kubleka-Munk方程的方法。即使这样的方法也不能准确预测油漆混合物的颜色,因为粒度分布,杂质浓度等的小变化可能难以测量,但对光线从油漆反射的方式产生可察觉的影响。艺术家通常依靠混合经验和“配方”来混合来自初始初始小组的所需颜色,而不使用数学建模。

有数百种商业可用的颜料供视觉艺术家使用和混合(在各种媒介如油,水彩,丙烯酸和粉彩中)。一种常见的方法是仅使用有限的主颜料(通常在4至8之间),可以在物理上混合到艺术家在最终作品中期望的任何颜色。没有一组特定的颜料是原色,颜料的选择完全取决于艺术家对主体和艺术风格的主观偏好以及材料考虑,如耐光性和混合启发式。当代古典现实主义者经常主张,有限的白色,红色,黄色和黑色调色板(通常被称为“佐恩调色板”)足以用于引人注目的工作。

色度图可以说明不同原色选择的色域,例如,如果将RGB用于减色混色(而不是CMY),则显示哪些色彩会丢失(并增加)。

色彩空间初选
对色彩视觉系统的当代描述提供了与现代色彩科学相一致的原色的理解。人眼通常只包含三种类型的彩色光感受器,称为长波长(L),中波长(M)和短波长(S)锥形细胞。这些感光器类型在可见电磁波谱上对不同程度的反应。一般认为S锥响应在大于约560nm的长波长处可忽略,而L和M锥响应于整个可见光谱。由于没有仅刺激一种类型的锥体的可见波长(即,人类通常不能看到对应于纯L,M或S刺激的颜色),所以LMS原色是想象的。 LMS原色是完整的,因为每个可见颜色都可以映射到指定LMS颜色空间中坐标的三元组。

L,M和S响应曲线(锥基本原理)是从受控颜色匹配实验(例如CIE 1931)中获得的颜色匹配函数推导出来的,其中观察者将单色光照明的表面的颜色与三个单色主光源并列表面。实际应用通常使用称为CIEXYZ的LMS空间的典型线性变换。 X,Y和Z原色通常更有用,因为亮度(Y)与颜色的色度分开规定。任何可以通过线性变换映射到生理相关的LMS原色的色空间原色必然是虚的或不完整的,或者两者都有。颜色匹配上下文始终是三维的(因为LMS空间是三维的),但更通用的颜色外观模型(如CIECAM02)可以在六个维度上描述颜色,并可用于预测不同查看条件下颜色的显示方式。

因此对于像人类这样的三色体,我们使用三个(或更多)原色来进行大多数普通用途。两个初选将不能产生甚至一些最常见的指定颜色。添加合理的第三原色可以大大增加可用色域,而增加第四或第五可能会增加色域,但通常不会增加色域。

大多数除灵长类动物以外的胎盘哺乳动物只有两种类型的彩色感光器,因此也是二色染色剂,所以有可能两种初选的某些组合可能会覆盖一些与其色彩感知范围相关的显着色域。同时,鸟类和有袋类动物的眼睛中有四种颜色的感光器,因此是四色的。有一篇关于功能性人类四色素的学术报告。

感光细胞类型在生物体眼中的存在并不直接暗示它们被用于功能上感知颜色。在非人类动物中测量功能光谱区分是具有挑战性的,因为难以对具有有限行为曲目的生物进行心理物理实验,所述曲目无法用语言进行响应。具有十二种不同颜色光感受器的虾的判别能力的局限性已经证明,具有更多细胞类型本身并不总是与更好的功能色觉相关联。

心理学初选
对手过程是一种色彩理论,它指出人类视觉系统通过以对抗方式处理来自视锥和视杆的信号来解释关于色彩的信息。该理论指出,每种颜色都可以被描述为沿着红色与绿色,蓝色与黄色以及白色与黑色的三个轴的混合。来自对的六种颜色可能被称为“心理原色”,因为任何其他颜色都可以用这些对的组合来描述。尽管有许多以神经机制为形式的对立性的证据,但目前还没有明确的心理基础与神经基质的映射。

心理初选的三个轴由Richard S. Hunter申请为最终称为CIELAB的色彩空间的初选。自然色彩系统也直接受到心理初选的启发。

历史
历史上有许多相互竞争的原色系统。学者和科学家参与辩论哪种色调最能描述眼睛的原色感觉。托马斯杨提出红色,绿色和紫色作为三原色,詹姆斯·克莱克麦克斯韦则倾向于将紫罗兰变为蓝色。 Hermann von Helmholtz三人组合提出了“略带紫色的红色,植被绿色,淡黄色和群青色”。在现代的理解中,人类锥形细胞不能精确地对应于一组特定的原色,因为每种锥形类型都会对相对较宽的波长范围做出反应。