色彩體系之探討

壹、 色彩體系的選擇

在目前在色彩學研究領域中最常適用的色彩體系有四種：分別為 CIE 色彩體系

（Commission Intornation De'l E'clairage）、Munsell 色彩體系、Ostwald 色彩體系與自然 色彩體系（Natural Color System）（Agoston,1979）。其中 CIE 色彩體系是利用心理物理

（Psychophysics）的原理，以儀器模擬標準觀看者（Standard observer）的眼睛對色光三 原色敏感度的方法，屬於比較定量的色彩體系；後三種色彩體系主要是依賴人眼直覺來 判斷一個顏色的色相、明暗及鮮豔度等色彩屬性，是屬於直覺色彩體系。此外這兩類色 彩體系分別各有其優缺點，首先 CIE 色彩體系的優點為：定量、客觀。缺點為：必須依 賴儀器以及其色彩的標示，與人的感覺較不一致。直覺色彩體系的優點為：直覺代表人 對色彩的主觀感覺，較容易被一般人了解來使用，並不依賴使用儀器。缺點為：由於是 採用人對色彩的主觀感覺，並無客觀的研究數據，所以比較不精確。

經過上述兩類色彩體系之優缺點後我們可了解到，直覺色彩體系雖然是人眼對於色 彩的主觀感覺，不過較常見的情形是在觀看物體時，人眼的感覺會受週遭的色彩環境所 改變，就因為如此較容易產生判斷上的誤差；然而 CIE 色彩體系它是一種可用紅綠藍三 個色光原色以某種比例混合而達到相同的色彩效果，此結果較為客觀精確，在這個色彩

空間中，任兩個顏色間的距離即代表兩色的色彩對比，而此距離可用其色差公式加以求 得，所以使用 CIE 色彩體系來研究色彩對比非常的方便。因此本次研究採用四種色彩體 系中的 CIE 色彩體系來完成此項實驗。

貳、 CIE 色彩體系之介紹

顏色以能溝通為主要目的，就像語言一樣，而溝通的標準最廣為大家所採用的首推 CIE 系統。CIE(Commission Internationale delEclairage) ：國際照明委員會，它為一廣為 國際信賴推薦的機構，制定了許多有關光和照明的基礎標準以及測量手法，以人眼色視 覺感應系統為基礎所發展出來的科學性之工業應用色彩學。

色彩的刺激及色彩的感覺是由光源(source) 、被照射物體(attenuator)、觀測者 (detector)，此三要素構成 CIE 表色系統的基本架構。CIE 以數值量化的單位來描述色 彩，因為 CIE 表色系統在頻譜測色方法上的活用，可以得到很高的精確度，即使是對 於任意的非實際色刺激，也很容易將顏色表達出來。

CIE 色度圖在使用上相當重要且具有實用性，到目前為止仍有許多相關研究不斷進 行，有不同的計算表色系統的公式，這些公式陸續也有少許的修正。而以下介紹的是 CIE 的主要表色系統及其相關公式。

一、配色函數

進入人眼中引起色感覺的光稱為色刺激(color stimulus)，作為混色基礎的三個特 定色刺激稱為原刺激(Reference color stimuli)，作為原刺激的三色只要是相互獨立，理 論上任意顏色都可以，但一般是使用 R(λ=700.0nm)、G(λ=546.1nm)、B(λ=435.8nm) 三色光。1931 年，CIE 根據混色原理做了配色實驗，當時就把人眼對光反應的情形 量化了，分別為感紅色、綠色和藍色細胞的反應量所得三條反應曲線，我們稱此為 1931 年配色函數(Color Matching Function)。

但由於 RGB 無法很完善的表達所有的色彩，且從圖 2.6 可看出當色彩在 500nm 附近時只能加入負的紅光與藍光和綠光混合成顏色。配色函數帶有負值，這種負值混

合量與習慣用法不一致，為了避免加入負值的表示法，所以漸漸地不被採用，取而代 之的是 CIEXYZ 標準色彩量度系統。

圖 2.6 RGB 表色系統之配色函數 二、XYZ 表色系統

CIE 訂定了以光譜三刺激值(spetral tristimulus values)：X、Y、Z 為 CIE 色彩系 統的三個基本值，這三個刺激值不是物理上的真實色，而是虛構的座標系統。CIE 1931 XYZ 顏色空間是在 RGB 系統的基礎上，採用簡單的數學比例方法，選用三個刺激 值(XYZ)來代替實際的三原色(RGB)，描繪所要匹配顏色的三刺激值的比例關係，如 圖 2.7 所示，其配色函數均為正值。圖 2.8 為 CIE1931 色度圖，也就是俗稱的馬蹄形 圖，以 x、y 為直角座標，在色度圖上藉由座標看出此種光的顏色為何。









+

= +

+

= +

Z Y X y Y

Z Y X x X

圖 2.7 XYZ 表色系統之配色函數

圖 2.8 CIE1931 色度圖 三、均等色度圖

CIE 所提出的 CIE XYZ 表色系統，至今己應用在許多相關領域，三刺激確實將 人類感覺顏色的結果給量化了，方便了彼此之間的溝通，但仍有幾個不完美的地方，

尤其是色度圖上的不均勻性。因此 CIE 又推出均等色度圖 uniform-chromaticity-scale



L*：明度(Lightness)。

a*：代表紅-綠座標，正時為帶紅，負時為綠。

b*：代表黃-藍座標，正時為帶黃，負時為帶藍。

以下是 CIE 所推薦的換算公式：

a. 當 X/Xn，Y/Yn，Z/Zn>0.008856

16



b. 當 X/Xn，Y/Yn，Z/Zn≦0.008856

 L*：明度(Lightness)。

u*：代表紅-綠座標，正時為帶紅，負時為綠。

( ) 系統將顏色分成明度(lightness)、彩度(chroma) 和色相(hue)。因為以色相、彩度 和明度來比較顏色，其結果較接近人眼的判別，因此 CIE LCH 色彩系統常被用 來比較不同顏色間的差異。

L*：明度(Lightness)。

C*：彩度(chroma)，彩度的計算上為原點和色度座標的距離。

h：為色相角度，代表色相(hue)。

a*＜0，b*＞0 時，規定 90＜hab＜180 a*＜0，b*＜0 時，規定 180＜hab＜270 a*＞0，b*＜0 時，規定 270＜hab＜360 五、色差

既然在色彩空間上標示了顏色，可以很容易的經由色相、彩度和明度值掌握到顏 色的特性。色差(Color difference)為二個測色值之間在 CIE 色彩空間中二點之間的距 離，這兩點之間的距離就是顏色的差異值了。在 CIE LAB 色彩空間中的色差值 到 CIE1960UCS 系統，再到 CIE1976LAB 系統及 CIE1976LUV 系統，一直都在向"

均勻化"方向發展，它適用於一切光源色或物體色的表示與計算。CIE1976LAB 系統 及 CIE1976LUV 系統現在也已成為世界各國正式採納、作為國際通用的測色標準，

因此本研究採用 CIE1976LAB 為實驗測試之色彩系統。