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孟塞尔颜色系统

时间:2013-09-23来源:机器视觉网http://shixinhua.com 作者:石鑫华 点击: 999999次
孟塞尔颜色系统
孟塞尔颜色系统(Munsell Color System)是色度学(或比色法)里透过明度(value)、色相(hue)及色度(chroma)三个维度来描述颜色的方法。这个颜色描述系统是由美国艺术家阿尔伯特·孟塞尔(Albert H. Munsell,1858-1918)在1898年创制的,在1930年代为USDA采纳为泥土研究的官方颜色描述系统。至今仍是比较色法的标准。
1900年的孟塞尔色球
1900年的孟塞尔色球。后来孟塞尔发现,如果要保持色相、明度和色度的感知均匀,可达到颜色的表面不可能被强制成规则形状。
 
早期的几个色彩体系将颜色放在各种不同的三维颜色固体,但孟塞尔是第一个把色调、值和色度分离成为感知均匀和独立的尺度,并且是第一个系统地在三维空间中表达颜色的关系。孟塞尔的系统,尤其是其后的再标记法,是基于严格的人类受试者测量视觉反应,使之具有坚实的实验科学依据。基于人类的视觉感知,孟塞尔的系统熬过了其他现代色彩模式的挑战,尽管在某些领域其地位已被某些特殊用途的模型取代了,如CIELAB(L*a*b*)和CIECAM02。孟塞尔的系统目前仍然是最广泛使用的系统。
图示孟塞尔颜色系统之中中等明度
图示孟塞尔颜色系统之中中等明度(5)、中等略偏高色度(6)的色相环、明度由全暗(0)到全亮(10)的黑白渐变色柱、中等明度(5)的紫蓝色(5PB)色度渐进带。
孟塞尔的颜色立体模型像个双锥体
孟塞尔的颜色立体模型像个双锥体,它的中央轴代表无彩色,即中性色的明度等级。从底部的黑色过渡到顶部的白色共分成11个在感觉上等距离的灰度等级﹐称为孟塞尔明度值。某一特定颜色与中央轴的水平距离代表饱和度。称为孟塞尔彩度﹐它表示具有相同明度值的颜色离开中性色的程度。中央轴上的中性色的彩度为0,离开中央轴越远,彩度数值越大 。由中央轴向水平方向投射的角代表色调。
图2孟塞尔颜色立体模型水平剖面
图2孟塞尔颜色立体模型水平剖面 是孟塞尔颜色立体模型的水平剖面﹐它的各个中心角代表10种色调。其中包括5种主要色调红(R)﹑黄(Y)﹑绿(G)﹑蓝(B)﹑紫(P)和5种中间色调黄红(YR)﹑绿黄(GY)﹑蓝绿(BG)﹑紫蓝(PB)﹑红紫(RP)。每种色调又可分成10个等级﹐每种主要色调和中间色调的等级都定为5。
 
任何颜色都可以用颜色立体模型上的色调﹑明度值和彩度这3项坐标加以标定﹐标定方法是先写出色调H﹐然后写出明度值V ﹐在斜线后写彩度﹐即﹕/=色调﹔明度值/彩度。中性色用表示﹐在后面给出明度值﹐斜线后面不写彩度﹕/=中性色﹔明度值/。
在最高色度的情况之下的孟塞尔颜色系统色相环
在最高色度的情况之下的孟塞尔颜色系统色相环
Three-dimensional representation of the 1943 Munsell renotations.
Three-dimensional representation of the 1943 Munsell renotations.
 

色相

经度=色相(hue)。把一周均分成五种主色调和五种中间色:(R)、红黄(YR)、黄(Y)、黄绿(GY)、绿(G)、绿蓝(BG)、蓝(B)、蓝紫(PB)、紫(P)、紫红(RP)。相邻的两个位置之间再均分10份,共100份。
孟塞尔颜色系统中等略偏高明度(6)、中等略偏高色度(6)之色相带
孟塞尔颜色系统中等略偏高明度(6)、中等略偏高色度(6)之色相带

明度

南北轴=明度(value),从全黑(N0)到全白(N10)。

色度

距轴的距离=色度(chroma),表示色调的纯度。其数值从中间(0)向外随着色调的纯度增加,没有理论上的上限(普通的颜色实际上限为10左右,反光、荧光等材料可高达30)。由于人眼对各种颜色的敏感度不同,色度不一定与每个色调和明度组合相匹配
 
具体颜色的标识形式为:色相+明度+色度。例如5B 5/10是中等明度(5),高色度(10)的正蓝色(5B)。
孟塞尔颜色系统色度(横轴)与明度(纵轴)在紫蓝色(5PB)与正黄色(5Y)的关系
孟塞尔颜色系统色度(横轴)与明度(纵轴)在紫蓝色(5PB)与正黄色(5Y)的关系

图册

用纸片将孟塞尔系统中的各个颜色制成样品﹐汇编成册﹐即《孟塞尔颜色图册》﹐其每一页包括颜色立体中一种色调的垂直剖面的颜色样品﹐即同一色调的不同明度值和不同彩度的样品。1915年美国最早出版《孟塞尔颜色图谱》﹐1929年和1943年分别经美国国家标准局和美国光学会修订出版《孟塞尔颜色图册》。1943年美国光学会的孟塞尔颜色编排小组委员会对孟塞尔颜色系统作了进一步研究﹐发现孟塞尔颜色样品在编排上不完全符合视觉上等距的原则。他们通过对孟塞尔图册中的色样所作的光谱光度测量及视觉实验﹐制定了“孟塞尔新标系统”﹐修订后的色样编排在视觉上更接近等距﹐而且对每一色样都可给出相应的 CIE1931色度学系统的色度坐标。目前美国和日本出版的《孟塞尔颜色图册》都是新标系统的图册。1974年美国新版本包括1450块颜色样品及37块中性色样品。

色彩图表

1810年,Phillip Otto Runge开发了一种球形的3D颜色模型(Color Sphere),这种模型基于色相(Hue)和黑、白,他的理论在当时是革命性的。
 
19世纪60年代,麦克斯韦(James Clerk Maxwell)探索了三种基色的关系,并且认识到三种基色相加产生的色调不能覆盖整个感知色调的色域,而使用相减混色产生的色调却可以。他认识到彩色表面的色调和饱和度对眼睛的敏感度比明度低。1861年,麦克斯韦根据三基色混色的理论,制成了世界上第一张彩色照片。麦克斯韦的工作可被认为是现代色度学的基础。
 
1905年, 孟塞尔(Albert H. Munsell)开发了第一个广泛被接受的颜色次序制(color order system),称为孟塞尔颜色系统(Munsell color system),对颜色作了精确的描述。孟塞尔颜色空间描述的所有颜色集合体称为孟塞尔色立体(Munsell color solid),孟塞尔色立体像一个扭曲的偏心球体。
 
1914年,奥斯特瓦德(Wilhelm Ostwald)推出了奥斯特瓦德颜色系统,Ostwald制后来逐渐被American Munsell和Swedish Natural Colour制所淘汰。其原因是Ostwald值选择的颜色在排列上不能满足饱和度比较高的染料市场的需要。
 
在1931年,国际照明委员会(Commission Internationale de l'clairage / International Commission on Illumination ,CIE)定义了标准颜色体系,规定所有的激励值应该为正值,并且都应该使用x和y两个颜色坐标表示所有可见的颜色。现在大家熟悉的CIE色度图(CIE chromaticity diagram)就是用xy平面表示的马蹄形曲线,它为大多数定量的颜色度量方法奠定了基础。
 
1965年前后人们通过生理学实验验证了Thomas Young的假设,在眼睛中的确存在三种不同类型的锥体。
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