色彩科学的定义

      在人类的古代遗迹中，很早就有色彩的应用，但色彩的科学，直到牛顿发现太阳光通过三棱镜，而有七色光谱后才迈入新纪元，在16～17世纪间有很多关于光的反射、屈折的研究，先有德国物理学家Ostwald色彩论的发表，至20世纪续有美国Munsell的出现，而使得色彩的研究定下基础。
     在生活的周围，包含着自然界的动植物等均有各种颜色的存在，那什么是＂色″呢简单的说『当光线照射到物体后使视觉神经产生感受，而有色的存在。』。而色的定义亦因用途之不同，而各有其定义：
     化学家 ：染料、颜料及其它物质等之特性。
     运用范围：颜料、油漆、染料等之制造以及使用人员。
     物理学家： 光学范畴中之某种现象。
     运用范围：光学仪器制造业。
     心理、生理学家： 表示观测者所意识到之意识。
     不论你扮演着那个角色，若想对颜色有所认识，那你一定要对 —  色的三要素 ，光与色感，光、色之三原色 ， 色的三属性，色的表示法，色变异性和色恒性，等加以暸解。
    色的构成三要素：包括有被观察的物质、光的存在、观测者的感受。 只因为当没有物质或光的存在时，则如处于暗房中你将感受不到色的存在，同时若闭上你的双眼，相信你一样感受不到色的存在。因此要进一步认识色的构成要素，不妨由物体与色、光源与色、观察者—人与色的关系着手。
    物体与色—当光投射在物体上时，依物体的种类、构造，而将可视光线中的一部份或全部呈反射、吸收、透过等现象而展现出物体的颜色。物体的颜色受反射、吸收、透过三基因所左右，如太阳光的照射起全反射（乱反射）则呈白色，光线的全部吸收则呈黑色，光线的全部通过则呈透明色。其说明：反射（Reflection）:光照射在物体之表面，部份光产生反射，反射角与入射角于同一视面称之为反射，视觉之感受产生质地感，全部光之反射，有可能为不透明感或镜面感。 吸收（Absorption）： 若光线部份透过且部份被吸收，丧失某些可视光谱的光，则该物体将呈现颜色而成半透明感，若光线全部吸收，则呈黑色且不透明。透射（Transmission）： 当光线照射到物体上，除了极少量之反射光，几乎所有的光都透视物体则为无色透明体。散射（Scatting Diffusing）： 当光线照射在含颗粒的纤维或粗糙表面的物体时，光线之反射角将产生角度上的变化，称之为散射。
  光源与色—色的存在中，光的照射扮演着重要的角色。在初期的人类演进历史，一直习惯于太阳光下色的感觉，而今仍以太阳光为准，但是在夜间有了人工光源（如电灯、萤光灯、水银灯、钠灯、油灯、 煤气灯等），由于分光特性的不同，而呈现不相同的颜色。导致同一物体在不同光源下，色相有所差异，此差异性质谓之演色性（ Colour Rendering ）。
    由于自然光源、色、时间、天候、观察方向、季节及地理位置等条件影响而变化很大， 对色彩的评定极不方便，因此国际照明委员会（简称 CIE）。 于 1930 年订定各种极为接近自然光的标准光源。
  光的解析—人类的肉眼，虽因个人之间敏感度上的差异；但肉眼对色感觉，仍不失为极精巧的测色机器，而对色感觉的同时则必要有光源的存在，以太阳光而言，有各种光线之放射。在电磁波谱中，可视光波之波长， 仅占很窄之范围， 约由380nm ～760nm （ 1nm ＝ 10-9m ）其颜色分别为 380nm ～ 430nm 紫色、430nm ～485nm 蓝色、 485nm ～ 570nm 黄色、585nm ～ 610nm 橙色、610 ～ 760nm红色， 因每个人对光的感受不同， 因此以 380nm ～ 760nm略定为可视波长光的波长与明度—日光的光谱（ Spectra）依波长而有不同的明度。 可见光其中间区域较亮，而两端较弱。视觉所感受的波长明度还有明亮处与暗处之别。例如在明亮处555nm 的黄绿色是最明亮的，而暗处则以 510nm 的蓝绿色明度更高。这称为Purkinie 现象。
  加法混色与减法混色—色光混合时一般说来会因光量的增加而产生明亮的感觉。这种色光的混合称之为加法混色或正混色（ Additive Mixture ）。而染料或颜料混合时通常颜色会变暗， 称之为减法混色或负混色（ Subtractive Mixture ）。以3原色作减法混色时，如果各色吸收量适当的话，最后会变成黑色；加法混色的情形，如果光的强度适当的话，最后所看到的将是白而亮的光。
  人眼的视感—人眼所感觉的色一般可分为两大类如表 ：
      ┌ 白
      ┌无彩色 ┼ 灰  
      │    └ 黑  
色彩  ┤  
      │ ┌ 纯色  
      └彩色 ┤  
      └ 其它一般色彩  
  按照物理学上的说明，白、灰、黑仍能算是色彩。白含有数种不同波长的单色光的振动，即色光的定量混合，是统一的复合体。既经物理全反射，当然我们的眼睛无法察觉，实在不能说它是色彩。黑是外界的刺激，完全没法达到我们眼睛的状态，换句话说，假使黑不能取得周围的物体的陪衬，那么黑色本身也全无它存在的意义。色环直径两端的色互为补色。互成补色的二色适当的混合就光而言则为白色光，就色料而言则为黑色或灰色。
  依Young -Helmholtz 之假说， 视觉感观存在三种基本之色感受视神经。经光传至视神经，刺激脑部而产生色的感觉，而这三种分光要素是红、绿、蓝的感受作用，此谓光的三原色。
  何以谓之光之三原色?以红、绿、蓝三原色光混合是白色之故。另物体之反射或透过可见之红、黄、蓝三色混合成黑色，以其为色的三原色。另在色料上的应用一般亦以红、黄、蓝三原色色料的混合，结果反射光减少而呈黑色及近黑色之色相。色料中之红、黄、蓝三原色中的二色混合，会产生绿、紫、橙之色相，此即为二次色。现以黄(Y)、红(R)、蓝(B)之代号表示，其二次色的衍生Y＋R＝O ，Y＋B＝G，B＋R＝P。
  色的表示法—色的运用沿袭已古，在过去先以传统之称呼定名之，如金色、银色、秋色等，随之社会之演进色彩之多，致使传统色之表示法，无法正确的表达，而后有色卡、色样之运用，然色样易招污损，变褪色，兹有较科学及归纳及光学研展。略于后：
(1) 定性的表示方法—色名法。
(2)定量的表示法—

1. 感觉的方法（三属性的方法）。 
2. 物理的方法。
  色名法—而色的表示方法往往配合色的测定法而应用于自动化方面。如美国现使用之 ISCC-NBS 法，此法由美国国内色彩研究学会（Inter Society Colour Council ）作成， 而另由美国国家标准局（ National Bereau of Standand ）整理而成。
    此法能轻易表现，且以自然界的色彩为基准。色彩可经由概念来传达，但是因其相互间没有具体的数值关连，例如以色立体上的颜色称之为黑、暗黑、中灰、浅灰及白等或于其色相前加以明度或彩色之 修饰语等来表示。所以难于以科学化来处理。 以日本的产业界为例，约使用 500 ～ 1200种易判别的色名。
  感觉的方法---即并记其三属性的表示方法。依标准色票比较色名，以肉眼对照使其能适确表达， 在工业上的利用度大。而代表的表色系， 有 Ostwald 体系、Munsell 体系、日本色彩研究所体系。此三体系，皆以3 个数字或记号来表色。这三种方式，适用于染色物、涂装物、陶磁物等类均一表面色的物品，但不 能表现透明、半透明的颜色。
  物理表色法—1931 年国际照明协会 简称 CIE（ Commission Intornation De'l E' clairage）或简称 ICI（ International Commission on Illumination）制定以物理测量的方法，用数字型态定量表示颜色，说明如下：
  物理表示法的原理： 以分光反射率表示物体色。被太阳白色光照射的物体表面，所以会出现色，乃是因选择吸收了白色光中特定波长部份，而给人有特别的色感。属于灰色的无彩色系列，是对可视领域的全波长做均一的吸收后，即所得到的色感觉。
    分光反射率曲线图，是把400 nm到750 nm之间各波长的光照射到白色的表面与有色的表面，并以白色表面的反射光强度为100，以相对于此的百分比表示其它的白色。这种表示法比较容易了解，而且把已知构造的染料，染于特定的织物时，可藉此配色及加减染料的浓度。但是，对于应特定分光反射率曲线的色，只限于一色，而反过来要表现某一色时，充分的分光反射曲线的组合则无限多。而且这种表示法，因有演色性问题，故必须以标准光源来做测定光源。
  (1)X、Y、Z表示法：即利用物理学测定来表现数值的方法。 以 X、Y、Z 来表示衍生自三种原刺激的反刺激值，再导入色度坐标。从分光反射率曲线可推算出三刺激值，其计算方法有等间隔波长法、选定波长法，可精密表示色彩。另外，例如变换三刺激值的 X、Y，于 X-Y 色度图上，即可表示出各色度坐标。
  (2)U*V*W*、Lab法：发展来自 X-Y-Z 法，使两色间的色差数字，符合感觉上的差数，并使用色度坐标空间的表色法。如果检讨色彩与标准色的差距，即所谓的色差，会有便利之处。色差 ( △ E) 相当于标准色与试样色空间的几何距离，以数值表示。至于色差的单位， 一般惯用 NBS单位的色差。    
  色的测定法有：
  (1)视觉比较法：
  a. 并置比较法：以试样与标准品邻接并排，以肉眼比较两者的颜色。此时须注意及试料的材质，并排的方向，及照明光源等。 
  b. 混合等色法：试料以白色标准光源照射为基准， 再以三原色依照光量的加减混色，而求出与试料相同的色光。
  (2)光电测色法：
  a.刺激值法。
  b.色光测色计算法。
  色变异性亦可称为同色异谱、条件等色或条件对色等，亦可简单定义为：二色刺激在某参考光源下(一般指仿真平均太阳光→D65)具有相同的色外观(即所谓对色)，但是在某等二光源下(如钨丝灯光→A)则二者呈现不同的色外观(即所谓不对色)。在应用上其色变异对于色彩相关行业而言(例如；印刷、纺织、油墨、塑料、彩电、照明、建筑、艺术等)，在色彩品质管理上常造成很大的困扰，甚至会遭致拒收、赔偿而提高生产成本之严重损失。因此色变异性之评估乃色彩检测技术中重要的一环。
就色变异性色彩检测技术而言，可分为定性法与定量法。常用的定性法为：
  (1) 目测法：藉多光源标准对色灯在不同标准光源下观察色样对的颜色或色差变化。
  (2) 反射率曲线法：依据物体色的反射率曲线(对于透明物体则依其透射率曲线)的交点数判定其色变异性之大小，即交点数愈多则色变异性愈小。不过至少有三个交点，亦即色变对之色变异性愈大则其反射率曲线之交点会集中在三个交点上。这三个交点为450nm、540nm、610nm其称为Barocentric wavelengths。
  就定量法而言对于物体色则常用CIE L*a*b*、CMC等色差公式计算色样对在不同光源下所呈现之色差，来评估此色样对的色变异性大小。
  色恒性亦可称为同色同谱或色彩恒常性。其相对特性即为非色恒性(colour non-constancy)即异色同谱。色恒性与色变异性二者乃是一体两面，所以很容易被混淆。简易的区分法为：色恒性是针对单一色刺激而言，然而色变异性则是指两色刺激。换言之；若某一色刺激在某参考光源下与在其它光源下均具有相同的色外观，则称此色刺激具色恒性。在日常生渚中每个具有正常色视觉的人都会同样的经验，就是大部分的自然物体色在不同自然光下都具有恒定的色外观，此现象即为色恒性。然而；由于人类科技文明的进步其人造色料或油墨及光源或照明，日新月异和不断增加且种类繁多，使日常生活与周遭环境中物体色之非恒定性大大提高。因此如何有效地进行色彩应用上的管理已成为现成极重要之课题。