色度學，作為光度學的一個重要分支，致力于研究人對顏色的感知規(guī)律以及顏色的測量技術。這是一門綜合了物理光學、視覺生理、視覺心理和心理物理等多學科的科學，為我們揭示了顏色的奧秘。

顏色的構成與感知

顏色是光與物體相互作用的結果。當光線照射到物體上，物體吸收部分光波并反射其余部分，這些反射的光波進入我們的眼睛，被視網膜上的感光細胞捕捉并轉化為神經信號，最終由大腦解讀為顏色。色度學的研究表明，不同波長的光對應著不同的顏色，而人眼對顏色的感知則受到光線強度、物體表面的反射特性以及大腦對顏色信號的解讀方式等多種因素的影響。

色彩的三要素

色別、明度和飽和度是構成色彩的三個基本要素。色別，即色彩的種類，如紅、橙、黃、綠等，由反射或發(fā)射的光波的波長決定。明度，指色彩的明暗程度，受到光線強度和物體反射特性的共同影響。飽和度，則反映了色彩的純度，即色彩中混入消色成分（黑、白、灰）的多少。這三個要素相互作用，共同構成了我們眼中豐富多變的色彩世界。

三原色與三補色的奧秘

在色度學中，三原色——紅、綠、藍扮演著至關重要的角色。它們是構成所有顏色的基本單元，通過不同比例的混合可以產生出各種顏色。而三補色——黃、品紅、青則與三原色相互對應，當兩色光相加時能夠得到白光。這一原理在彩色電視、計算機顯示器等色彩顯示技術中得到了廣泛應用。

CIE標準色度系統(tǒng)和顏色匹配實驗

色度學是研究人的顏色視覺規(guī)律、顏色測量理論與技術的科學，它是一門上個世紀發(fā)展起來的，以物理光學、視覺生理、視覺心理、心理物理等學科為基礎的綜合性科學。

在綜合了一些顏色科學家的研究和實驗基礎上，國際照明委員會（CIE）規(guī)定了一套標準色度系統(tǒng)，稱為CIE標準色度系統(tǒng)。這一系統(tǒng)是近代色度學的基本組成部分，是色度計算的基礎。

CIE標準色度學系統(tǒng)是以顏色匹配實驗為基礎建立起來的，是一種混色系統(tǒng)，用組成每種顏色的三原色數(shù)量來定量表達顏色，不是用顏色的三個色貌特征明度、色調、飽和度（彩度）的大小為度量來表示顏色。

下圖就是CIE1931年顏色匹配實驗的示意圖，先給出任意一個待匹配的顏色，通過人眼的觀察，來找出紅、綠、藍三原色的光的比例，從而計算出該顏色的三原色數(shù)量。

CIE在1931年建立的CIE1931-XYZ系統(tǒng)成為了沿用至今的一套應用最廣泛的色度空間。如右圖，在這套色度系統(tǒng)理論中，任何一種顏色都可以用XYZ三刺激值表示，XYZ可以轉化為Yxy坐標系，其中，Y既是亮度，又是人眼對綠色的敏感度匹配，x和y代表X和Y分別在（X+Y+Z）中的比例，這樣色度就可以通過xy這樣一個二維空間來表征了。色度圖中心點（0.3333，0.3333）為白色，周圍是彩色，越往邊緣，色彩飽和度約高；邊緣的點代表了不同波長的光譜色。

CIE在1931年的實驗是基于2°視場角的，但人眼其實對于不同的面積的顏色的感知是存在差異的，所以在1964年又進行了補充實驗，以匹配大于10°視場角的情況。如左圖。

人們發(fā)現(xiàn)，1931-XYZ系統(tǒng)中存在兩個問題：

1、該規(guī)范使用明度和色度不容易解釋物理刺激和顏色感知響應之間的關系；

2、 XYZ系統(tǒng)和在它的色度圖上表示的兩種顏色之間的距離與顏色觀察者感知的變化不一致，這個問題叫做感知均勻性(perceptual uniformity）問題，也就是顏色之間數(shù)字上的差別與視覺感知不一致。

為了解決顏色空間的感知一致性問題，CIE專家們在1976年對CIE 1931 XYZ系統(tǒng)進行了非線性變換，制定了CIE 1976 LUV色空間，如下圖所示，我們能明顯看到藍色部分被擴展，而綠色被壓縮；CIE1931XYZ和CIE1976LUV色空間一般適用于自發(fā)光的顏色測量，比如顯示屏、光源照明等，使用的是2°視場角；

CIE在同一年規(guī)定了CIE 1976 L*a*b*顏色空間，適用于不發(fā)光的物體顏色，需要外部照明反射顯示顏色，比如涂料、塑料等的顏色，該色空間使用10°視場角。

色度學的應用與意義

色度學的研究成果不僅為我們提供了精確測量和描述顏色的方法，還為色彩在工業(yè)、藝術、醫(yī)學等領域的應用提供了科學依據(jù)。在涂料、紡織、印刷等行業(yè)中，色度學幫助實現(xiàn)產品顏色的準確匹配和質量控制；在色彩設計中，色度學原理指導著色彩的搭配和運用，創(chuàng)造出和諧而富有美感的視覺效果；在醫(yī)學診斷中，醫(yī)生通過觀察病人的膚色變化來判斷病情，這也離不開色度學的支持。

色度學作為一門探索顏色奧秘的科學，不僅深化了我們對顏色本質的理解，還為我們的生活和工作帶來了諸多便利和啟示。