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色彩学大师罗伯韩特的台湾讲座(中)

资料来源:《印刷人》第178期 作者:陈政雄 更新日期:2007-08-15

第七节 加色法的色彩复制(Additive Colour Reproduction)

在每一张电子画面上的每一个画素都是SPD(Spectral Power Distribution光谱特性分布),像红色光的SPD是有较多在600nm以上长波长光谱分布,在一百多年前巴黎的Lippman发明一种感光彩色影像摄影法,现存放在博物馆的一只鹦鹉彩色影像。但视觉上三色的感光视神经锥系统,也会出现同色异谱,看来两个相同颜色,却有不同频谱分布现象。在加色法是以R红、G绿、B蓝三色光成像,在减色法是以C青、M洋红、Y黄色三原色来成像。在三色视觉神经锥(锥状体)我们可以看见全彩的世界,若只有P锥感红色光时,只有红色和明暗层次、只有r锥也同样只有绿色和层次、若只有B锥(很少量)那么也只有蓝色光和层次显现。这P锥、r锥及B锥各有在长波、中波及短波的分布下,完成分色组合成彩色影像的机制。我们可以用RGB三色黑白分色阴片,加红光、绿光、蓝光的投影方式,形成重迭的彩色加色法影像,韩特教授在现场利用三部幻灯机,以三色光加分色阴片经过重迭投影在银幕上形成加色法彩色影像,这种Analog加色成像表演,老教授也许已做了好几百上千次,而笔者在分色行业做了快五十年,对此耳熟能详的实验却是第一次看到,但往后想找幻灯机恐怕也很困难,也没有人会做这样的表演!在光谱分布上,不论人类三色视神经锥P、r、B三者,或我们分色用R(雷登W25)、G(W57)、B(W47)三色滤色镜,都是宽频谱的演色表现,但很多LED或雷射光表现的色光频谱都是很狭窄的光谱域,和我们的视觉、滤镜宽幅频谱有很大差距,却也可能在视觉上形成相同颜色刺激值的判定的同色异谱现象。在很多时候不想要多余讯号,造成很多复制上的一些盲点。很多视觉上俱有的感色光,不在加色法所能表现色域里,我们该如何去呈现呢?要舍弃呢?或以变形方式压缩进入可呈现色域里面呢?如果舍弃在可重现三角形范围的色彩虽很正确,但被除去部份就会失去层次。

红光在屏谱上的分布

Lippman最早期彩色影像

三张染上RGB色彩分色负片

第八节 减色法的色彩再现(Substractive Colour Reproduction)

三滤镜Y吸收蓝光。M吸收绿光,C吸收红光
产生三滤镜交叠 全部光被吸收

彩色底片、相纸、印刷品的色彩再现是减色法,其色彩再现基础是使用C、M、Y三色滤镜或油墨印刷,每一个原色都吸收某一种特定原光的透过或反射,C青色吸收R红光、M洋红吸收G绿光、Y黄色吸收B蓝色光波,所以CMY各色透过或反射白光中其它两种特定光波,如果两个原色重迭,这两个原色共同能透过或反射会呈现原光,C+M呈现出B蓝光、C+Y呈现出绿光、M+Y呈现出红光,如果C+M+Y三色都重迭在一起,表示所有色光都被吸收无法出现或反射三种色光,这是减色法色彩再现的基础。如何制出减色法的三原色版呢?使用红色滤镜得到C青色版、使用绿色滤镜得到M洋红版、使用蓝色滤镜得到Y黄色版。C青色的油墨颜料或染料是控制红色光者、M洋红色油墨颜料或染料是控制绿色光者、Y黄色油墨颜料或染料是控制蓝色光者。三个色版重迭之后形成彩色的减色法印纹,但事实我们无法得到对三原光吸收控制的三原色的染料、颜料,其频谱像方块状直线分布,吸收得很完全、反射或透过得很彻底,而是在现有的原色颜料反射或透过不是很彻底,就是该吸收的并不是很彻底。同样,我们对彩色判读的视觉神经锥也是有些重迭和位移,P锥对红光之外,绿光也很敏感的,这些偏差也造成很多色彩再现的位移现象,所以感光底片制造或相纸彩色再现,也要做某些位移因应,像某些主要色彩敏感光波,如红色光主感光频谱由625nm移往645nm时,红色和紫色的红色成份增大。像富士胶卷的Reala就多了一层蓝、绿光感光层,在第二层绿光感光及第三层红光感光层之间,这可以在红色部份产生更大的影像对比。在现代化扫描分色,将底片、相片的对数Analog讯号,变成数字信息文件,而最初是以Rs
Gs Bs的讯号接收,然后转成RGB供屏幕显示或转CMY供相纸打印。而在底片所使用的Dye染料的分光特性,也不可能是直线条频谱,上下理想方板型分光特性,而是由一些曲线组合而成,因此色彩再现就会有落差出现,使得色彩再现必须做某些修整才会比较有忠实再现。在印刷界来说手工修色、修色片修色到电子扫描分色机的电子回路都存在修色调整的。黄色染料有不必要的绿色光吸收、洋红染料有不必要蓝色和红色吸收,青色染料也有不必要蓝色和绿色的吸收,这都造成了色彩复制上的偏差问题。在彩色负片使用带橙色的底也是修色的色偶,用来修整上述各种染料色偏的现象,以得到比较理想的色彩再现,但这种技法只能用于彩色负片,使冲印相纸时可得到色校正,但在彩色正片(幻灯片)就不能用这样的技术,否则在直接观看时产生色彩偏橙黄的差异。彩色正片的浊色也可用Inter
Image中间影像法,去补偿色彩的偏差发生,使蓝色的地方浊度得以降低,而在数字科技盛行,色彩更容易使用电子数字科技改变,在电影拍摄仍广泛使用彩色底片,它在阶调及锐利度上面仍然是很优越。

第九节 版调的再现(Densitometry and Tone Reproduction)

电子彩色浓度接收及放大原理

在复制过程中,明度相关的变化是Tone阶调再现的效应。画家在完成一幅画的时候,画素的阶调形成是用手工来完成的。以照相手段影像的阶调是自动形成的,曝光是以Log
10的函数在进行,浓度单位是1/10 Log,改变明度会改变画面明暗秩序,在Log浓度1的差距是10倍,Log
2代表1/100、Log
3代表1/1000,所以浓度以Log数值计算是以几何级数10倍差的变化。浓度分成反射及透射不同的材质,有聚光量测法,也有散光量测法,反射有窄幅及宽幅角度量测而有不同。阶调复制如果是45°角照明其复制曲线最理想,但很多底片只有一段有45°角的复制区而已,其它也就无法保持45°曲线,呈现缓坡上升或平行出现,在r的对比,以1.15稍为硬化一点会比较好一些的,明度不只主宰黑白影像再现,彩色影像在明度不足下不只失去阶调,也很容易失去色彩。相反增加明度和对比,也就增加画面色彩和对比。在人的视觉里有些色彩是记忆色彩或是常识色彩存在,这也支配了很多色彩再现的方式,在图形表中箭头依时针方向代表肤色、砂滩色、绿草、蓝天,在箭头底部是实际色,但在箭头尖端是视觉记忆色,可见记忆色远比实际色彩彩度饱和度要高很多,这也是人类视觉上的一种需求。在增加r伽玛值可以增加对比及色彩豊富性,不只明亮度获得改善,而且色彩豊富性加大之后,也和多数的记忆色彩相接近,在一张风景照里,空中大气澄澈的情况,对远方景物对比及色彩损失的较少,如果大气有霞气,远方景物

九格式灰度测试表

对比和色彩损失加大,比我们目视更大,所以要做调整回来比较符合视觉需要。一块灰色的色块在白底下或是在黑底下观看,其视觉评价截然不同,人的视觉判断会受到背景色产生不同评价,在仪器量测其结果就不会受到影响。一个灰色级数表在白底有较大对比感觉,在黑底就会觉得对比有降低的视觉效应,所以在正常的背景下,我们用1.0不增、不减的r伽玛值即可,如果较灰暗背景可用r值1.2,深暗背景时r值要1.5,如此对比看起来才会与视觉评价相似。当我们在电影院看电影,因周遭全部是黑暗背景,所以最后r值必要达到1.5,比正常1.0
r值高出许多。光晕或翳雾本身是没有任何影像,对光部色彩、层次影响较少,对于深色、暗部产生极大的影响性,这种光晕或翳雾发生,比暗背景的r值评价影响性更大,原本2.0浓度只剩1.0浓度值或更低,暗背景仍有1.3的浓度值。幻灯片对被照体r值对比再现,在暗部也呈现出不理想的状况,尤其暗部辨识率不佳。因此使用彩色幻灯片去复制彩色幻灯片,会产生对比极端加强现象,因为一般幻灯片就有加大影像r值对比功能,所以必须使用对比较低的复制胶卷来复制幻灯片才能较理想。现在使用电子扫描分色,有更大机会做版调对比的调节,来做出对比合宜的影像。

过度曝光对比低、曝光不足对比高

第十节 电视的色光影像科技(Television Technology)

左上黑白主影像讯号,右上色彩不明讯号
下方完成彩色影像

NTSC彩色讯号,左上明度影像,左下加Q讯号
右上加I讯号,右下完成影像

左边CCD感光素子讯号以推挤式集中
右边CMOS影像讯号以电子回路集中

CCD三种滤镜模组排列,左边最常用以G为主排列

CMOS以三色层感色光成像 R.G.R.排列方式

电视录制及播放系统,最早是以单一接收光电组,接口用RGB三色光滤镜分别接收,在播放时,同样也以单鎗阴极射线管播出黑白影像,再用RGB滤镜介入发色。电视讯号也是一种扫描讯号,讯号越密、频率越高,解析力越高,这个频率的数量称为频宽。在电影工作每秒拍24格画面,而每秒须以48或72格间隔播放,这样可以降低画面闪烁现象(因视觉暂留分担增加),而电视则以每秒25格或30格拍摄,在播放时以50格或60格播放,同样也是在减少闪烁现象。黑白电视系统以前述每秒25或30格接收、以50格或60格播放,但彩色是以每秒150格或180格,就是黑白更快3倍速度播放,而每格都容纳RGB三者讯号,因此彩色电视的频宽要加大三倍才足够用,反之彩色系统可以播放黑白的影像,只是各格RGB各放一次。电视的讯号并非R、G、B三色对称讯号,而是一如视觉讯号,以黑白对比、形像的讯号为主体,再配上Redness
+Greeness讯号及Yellowness+Blueness讯号,做锐利黑白影像、再复合不锐利彩色影像,结果可以得到视觉上锐利影像,这种RGB不对称讯号,只须RGB对称讯号的50%频宽容量就够。在电视讯号中有PAL
625扫描线,用主讯号6MHz、副讯号1.5MHz,共7.5MHz,另外NTSC
480线使用主讯号4.0MHz加上1.0MHz+0.3MHz副讯号,所以PAL的讯号占有较大频宽才能显示,法国SECAM系统与PAL系统相类似,只是副讯号有所改变,在法国、法语区、法属地及俄罗斯使用SECAM系统。日本HDTV
High Definiton Analog Telvison高解析电视,采用1125线、以16:9的外型尺寸,每秒各色60格的RGB共180格。目前LCD大型有达60吋的高解析,对运动竞赛观察有很好效果,可看出很多细节,目前一些数字非Analog
HDTV也逐步发展出来。电子相机的彩色影像接收,电视台用高级彩色录像机,采用的三个CCD,而这些CCD都是黑白感应,但在每一个CCD接收全面影像之前,加有R、G、B不同三色滤镜,彩色影像进入这种高级录像机镜头之后,接受的影像被两个双极棱镜片分离,第一片棱镜反射到下方B蓝色被接收,绿光直接通往位于机背的CCD成绿色像、第二片双极棱镜又将另一道的影像反射到上方红色滤镜CCD上面,这样的组合成完全RGB三色影像。今天数字相机的光电接收器分成CCD及CMOS两大类,CCD(Charge-Coupled
Device电子耦合装置,是以平面方格状CCD排列,规则性分别涂布R、G、B三色的滤镜组合,多数以50%G以棋盘式排列,25%R、25%B也以更疏远的棋盘式排列,另外也有C、M、Y三色排列,每一格皆可接受两种色光,Y占50%、C及M各占25%同样以棋盘式排列。另外一种是C、M、Y、G四色都以棋盘式排列,G是一种辅助讯号,CCD所有成像的单元皆在同一个表面上受光,不同于CMOS分B、G、R上、中、下三层受光方式。所以CCD受光后影像就成棋盘方格状,必须重新整合影像文件,第一种以G讯号、第二种以Y讯号、第三种复合Y+G讯号为主体,加以整理影像的轮廓,完成新的逻辑计算后有更合理但不一定精准影像,所以CCD越做越精细,形成影像文件量也越大,来弥补它和化学银盐感光底片解析力差距。而CCD每一个感光单元接收到影像画素讯号,不能直接传送出去,必须由一个CCD挨一个CCD的推挤传送,像挤牙膏一样由后面推挤到牙膏容器出口,才整理成电子讯号,其间的损耗、变异也是相当多的。CMOS是每一个受像画素,由自己讯号就转换成电子讯号,才由线路收集,讯号比较精确,但今天的数字相机,大多数以CCD为接收感光素子,只有少数相机使用CMOS,在手机方面成本及讯号处理方便,加上要求画素不高,就以CMOS为感光接收器。CMOS(Complementary
Metal-Oxide
Semiconductor补充性氧化金属半导体),它的成像原理一如彩色底片是以立体三层方式,最上面B蓝光感光层、中间层G绿光感光层、下面一层红光感光层,所以完成的影像早已完全分离,不用像CCD重新整合处理,但CMOS的公称多少Mb档案值解析力,往往是以CCD成像能力相互对应值,如果太小的影像变化时,CMOS并无法有很精细的解析效果,而失去细小的层次,在十年前某些制造厂就认为,CMOS制程用半导体制程,又不受很多成像专利计算方法限制,应有较好发展潜力,但至今CMOS仍未成为主流数字相机影像撷取装置。(本节编者有加重CCD及CMOS原理及应用内容,以增加可读性。)

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