什么是光谱？认识光源的光谱

在处理色彩问题时，光是一种可以被人的眼睛接受的电磁波。从本质上看光是电磁波，但是光又只是电磁波中极小的一部分：波长大约从700mm(纳米、毫微米)到390nm 的电磁波。那么，什么是光谱呢？本文简单介绍了光源的光谱。

不同波长的光射入眼睛后产生不同的颜色感觉，具有单一波长的光称为单色光，各种波长的单色光分别形成人们可能见到的各种最纯净、最饱和的颜色。不同色光按波长从短到长排列形成光谱，长波端是红光，随着波长的减小依次变为橙、黄、绿、青、蓝、紫。

在表3-1中列出了一些典型波长所对应色光的颜色，供判断光色时参考。在光波的波段附近，比红光波长更长的电磁波称为红外光，比紫光波长更短的称为紫外光，虽然人眼看不到这两种光线，但是有些特殊的胶卷或光敏器件可以感受这些光线，从而形成红外摄影与紫外摄影。数码相机的光电转换器件 CCD 对红外光十分敏感，因此必须用红外滤光镜将其滤除(吸收)，否则所拍摄的画面将严重偏红。我们平时所见的色光与「白」光都是由多种单色光组成的混合光，三棱镜可以将组成色光或白光的各种单色光分离开。

表3-1光谱色的分布与代表性波长

人们在拍摄与观赏照片时最常用的是称为「白」光的混合光。但是显然日光、白炽灯或普通荧光灯(俗称「管灯」、「日光灯」)所发出的「白」光是互不相同的。可以用混合光的光谱曲线描述它们的色彩属性。用光谱曲线能够比较准确地描述光源的颜色属性，但是需要有相关的知识，为了更简明地表达光源的颜色属性，又引入了色温的概念。

设想在一个全黑的房间中加热一个黑铁块，随着铁块温度的升高，铁块将依次呈现暗红色、橙黄色、黄色、暖白色、白色、......，因此可以用铁块的温度描述它所发出的光色。更严格地，我们将一个置于黑暗中(无可见光照射)的黑色中空球体(它可以全部吸收各种热辐射)称为绝对黑体。在球体上开一个洞，加热此球体时，可以用黑体所达到的温度表示从洞中所看到球体内所发光的颜色，称为「黑体辐射的色温」。色温用K氏温标(K氏的0度相当于-273℃)计量。

图3-1显示出理想的黑体辐射的各种色温与相应的光谱曲线。日光、白炽灯、日光灯等实际的光源都只是在不同程度上接近黑体，因此采用最接近的黑体色温表示这些实际光源的外观颜色，称为光源的「相关色温」，简称「色温」。在数码相机中也常用色温代替光源的类型设置白平衡。

色温仅能用于描述光源的辐射(所发出的光的色彩)特性，不能用于描述物体的颜色。

我们都知道，在色光下物体可能严重偏色，例如在暗房的红色安全灯下，各种颜色的物体都明显地偏红；在不同的「白光」下物体仍会有不同程度的偏色，用显色指数 「Ra」表示实际光源使物体的颜色失真的程度。显色指数是衡量光源正确显示物体颜色能力的重要质量指标。由于人类在漫长的发展史中长期在日光(白天)与火光(夜晚)中工作，在这两种条件下形成了准确识别颜色的能力。因此评价一个人造光源时，若光源色温较低，用黑体辐射的光源作为标准的参照光源，光源的色温较高则用标准照明体D(理想的日光)作为标准的参照光源。若在实测光源与标准光源下物体呈现相同的颜色，则Ra=100%， Ra 的值越低，表明光源正确还原色彩的能力越差。从图3-1中可见绝对黑体发光的光谱曲线都是连续的，日光的光谱曲线也是近似连续的，称为「连续光源」；有的光源有凸起的光谱成分称为「混合光源」，试验表明只要是连续光源(如白炽灯、碘钨灯)的显色系数都可以达到95%以上，更可以通过特定的滤光镜，将其色温调整到某个标准值。而对于多数混合光源，这种光源的显色系数较低，只能达到Ra=70%~80%。滤光镜可以改变或微调光源的色温，却难于提高光源的显色指数。在各种人造光源中内镇流高压水银灯(Ra=30%~40%)与钠灯(Ra=25%)是显色质量最差的光源。在拍摄过程中，显色指数超过75%即可作为照明光源，但是在评价与对比色彩时，希望光源的显色指数至少应达到85%。