颜色有哪些基本属性？颜色定量描述的色度系统有几个？

颜色可以分为彩色系和非彩色系两大类，对于人眼来说，非彩色系只有明度的变化，而彩色系有明度、色相和彩度的变化。CIE为了对颜色进行统一的描述，规定了多种用于颜色定量描述的色度系统。本文对颜色的基本属性及颜色定量描述的色度系统进行了介绍，感兴趣的朋友可以了解一下！

颜色的形成：

光是一种涵盖较广的波长范围的电磁波，而人眼的视觉神经只对一定波长的电磁波有感应。将能对人眼产生视觉刺激的电磁波段的光称为可见光，它的波长范围是380nm～780nm。物体被光照射，其颜色信息被反射到人眼，经过我们的大脑处理，我们才能看到物体颜色，如下图所示，光源、被测物和有效观察者（人眼或者仪器）决定了最终是什么颜色，他们构成了颜色的三大要素。

对于光的可视波长范围视觉感应效果，不同的人之间存在差异的。有些人对长波一端较为敏感，有的人对段波一段更为敏感。因此实际检测中，对一般性的颜色测量和评价，CIE确定了波长范围400nm～700nm。

颜色的基本属性：

颜色即是人的视觉系统对可见光的感知结果，光照射在物体上，经过反射、透射、折射、漫反射以及被物体本身吸收等一系列光的综合作用后，所剩余的可见光谱不同波长辐射的相对组合，进入人眼而产生的视觉效应，即为物体的颜色。

颜色又分为彩色系和非彩色系两大类，非彩色系指白色、黑色和各种深浅不同的灰色：而彩色则指白黑系列以外的各种颜色。对人眼来讲，非彩色系只有明暗的变化，而彩色则有三种特性：

（1）色调，为颜色的一个基本属性，是颜色之所以成其为本身的一个特性，即一般所用的红、橙、黄、绿、蓝、紫等基本颜色以及各种混合色的名称，如黄绿、橙红等。物体色的色调则受照射光源和物质本身组成与结构影响，所对应的表示参数为主波长入。

（2）明度，是人眼产生视觉时，对物体明亮程度的感觉。物体的明度决定因素主要有两方面，一是内因，即物质本身的结构组成：二是外因，即表面的抛磨光滑度、琢型等，通常用亮度纯度来表征此参数。

（3）彩度，则是指彩色的纯洁性，即颜色的浓艳程度，当光谱色掺入白光分成愈多时，就愈不饱和。物体色的彩度决定于该物体表面反射光谱辐射的选择性程度，由兴奋纯度这个参数指标来反应此特征。

用一个三维空间的枣形立体可以将颜色的三种基本特性——色调、明度和彩度全部表示出来，如下图所示：

其中，垂直轴代表白黑系列明度的变化，水平圆周上的各点代表光谱上的不同的色调（红、橙、黄、绿、蓝、紫）。从圆周向圆心过渡，以及向圆周上下白黑方向变化都表示颜色彩度的降低。需要说明的是：这只是一个理想化的示意模型，目的是易于理解颜色三特性的相互关系。实际上颜色立体中部的色调圆形平面应该是倾斜的，黄色部分较高，蓝色部分较低。而且该平面的圆周上的各种饱和色调离垂直轴的距离也不一样，因此圆形也并非真正的圆形。

颜色的测量方法：

对于颜色的测量色彩再现的首要步骤是颜色的准确测量，颜色测量可以用三种不同的方法：目视法、分光光度法和光电积分法（三刺激值法）。

目视法是一种古老的同时也是色度测量的最基本方法。它是用目视比较产品与标准颜色的差别，实际操作时应该在CIE标准照明体下进行，一般可采用A光源（色温2856K）、D65或“北窗光”照明。进行目视比较测量时，应具有一定的亮度水平，使人眼的锥体细胞处于工作状态，同时也应该依照CIE的规定选择一定的视场大小。虽然眼睛对微小的颜色差别有很敏锐的辨别能力，但由于受视觉适应性、个体眼睛光谱响应的差别、测量时身体状况（疲劳程度）等因数的影响，测量结果带有主观性。很多学者的研究证实，色彩的感知是主观的，不同的个体之间差异较大，即使在受过训练的观察者之间也存在相当大的区别。

分光光度法测量颜色主要是测量物体反射的光谱功率分布或物体本身的特性，再由这些光谱测量数据通过计算的方法求得物体在各种标准光源和标准照明体下的三刺激值，这是一种精确测量颜色的方法，而且可以制成自动化的测量设备，但通常体积很大、结构复杂，且测量速度很慢。根据光谱信号采集方式的不同，分光光度法可分为光谱扫描法和光电摄谱法两种。

光电积分法是通过把探测器的光谱响应匹配成所要求的CIE标准色度观察者光谱三刺激值曲线，或某一特定的光谱响应曲线，来对被测量的光谱功率进行积分测量。这类仪器测量速度快，也具有适当的测量精度。

颜色定量描述色度系统的类型：

1.CIEXYZ色度系统

CIE1931-XYZ表色系统就是为避免色度坐标的负值出现而构建的。CIEXYZ颜色空间是用假想的三原色（X）、（Y）、（Z）代替了原RGB颜色空间的三原色。如下（1）图，假想的三原色（X）、（Y）、（Z）在r-g色度坐标中的位置。（X）、（Y）、（Z）三刺激值曲线如下图（2）所示。

CIE1931-RGB表色系统光谱三刺激值与CIE1931-XYZ表色系统光谱三刺激值之间的转换关系式如下：

这样依据CIERGB空间下的RGB三刺激值值就可以计算得到CIEXYZ空间的XYZ三刺激值。

2.CIELAB色度系统

在非均匀的颜色空间里，计算两点之间的色差，或是两对相同距离的颜色点，都会给人产生不同的颜色差别和不一样的颜色感觉。所以在不均匀的颜色空间中，不能用两颜色点间的距离作为衡量两颜色间差异的标准1。因此，1976年国际照明委员会推出了一种均匀的颜色空间—CIELAB。在CIELAB颜色空间颜色量化的均匀性和可以实现对人眼视觉的相关性和客观评定。CIELAB均匀颜色空间，其的示意图和三维模型如图下图所示。

CIELAB颜色空间中L*是明度坐标，表示明度值，其值范围是[0，100]，L*=0表示黑色，L*=100表示白色。a*、b*是彩度坐标，a*、b*值范围是[127，-128]，a*负值时，表示绿色，a*正值时，表示品红，b*负值时，表示蓝色，b*正值时，表示黄色。

CIELAB颜色空间L*、a*、b*的计算公式如下：

其中：

其中，X，Y，Z分别是对象物体的三刺激值，Xn，Yn，Zn是标准照明体照射在完全漫反射体上，再经过完全漫反射反射到观察者眼中的白色刺激的三刺激值，即是是理想白的三刺激值，一般多选择光源/观测者的最佳条件是：D65/10°。