1.1 色觉形成的物理基础
老 狼：首先要明确颜色的概念。颜色是什么？颜色实际上是人的一种视觉感受，即色觉。我国印刷行业标准对颜色的定义是：颜色是光作于人眼后引起的除形象以外的视觉特性。
马大哈：这个概念有点不好理解。
老 狼：先别急。大自然中，颜色千变万化，需要具备什么条件人才能感受到这些变化的颜色呢？
物理基础：光和彩色物体
马大哈：这个问题比较简单，首先要有光的存在，如果没有光，在漆黑的夜晚是什么颜色也看不到的；其次还要有彩色物体，如果只有光，没有彩色物体的存在也看不到颜色，比如在大白天，看空气时，是看不到什么颜色的。
1.1.1 色觉形成的三个要素
老 狼：你还真有两下子，不过光必须是可见光，除了可见光和彩色物体外还要有健全的视觉器官，否则人也感受不到颜色的存在，如明亮的阳光和色彩丰富的物体对盲人来说是感受不到的。
马大哈：那就是说要形成色觉必须具备光、彩色物体和健全的视觉器官，三者缺一不可。
老 狼：是这样的，如图1-1所示。至于为什么人眼看到花的颜色是红色的，我将在物体的呈色机理部分作详细讲解。
图1-1 颜色感受
光是色的源泉，色是光的表现。
马大哈：但光与色的关系是怎样的呢？
老 狼：光色关系如下：
马大哈：我明白了，必须先有光，然后才可能有色。那么光到底是一种什么物质？有何特性？
1.1.2 光源与光
老 狼：你问得好，现在我就开始讲这个问题：
1.1.2.1 光的性质与分类
光是由光源发出的电磁波；
可见光是人眼看得见的电磁波；能发出光的物质称为光源。
马大哈：您一下子提出了三个名词：光、可见光、光源。照您这么说我用的手机所接收到的电磁波信号其实就是光了，只是我看不到而已，所以习惯上不称它为光。而太阳、教室里用的日光灯和灯泡发出的电磁波我们能看得见，所以就称为可见光了，简称为光。
老 狼：你真的太聪明了，从物理学的角度来说光就是电磁波，但从生活的角度来说看得见的电磁波才称为光，发光体才称为光源。
马大哈：由此说来光只是电磁波中很小的一段了，那光具有什么特性呢？
老 狼：是的，电磁波的波长范围是10-15m～1015km，而可见光的波长范围是380～780nm（1nm = 10-9m），且光的波长不同，其颜色也不相同。如图1-2所示。
图1-2 可见光谱
老 狼：光最显著的特性是具有波粒二象性。
(1)光在传播过程中以横波的形式进行传播。如图1-3所示。
图1-3 光的波动性
(2)光照射到物质表面时，以粒子的形式同物质产生作用，即能量发生交换或发生光化学反应。如光电倍增管和CCD等光敏元件，受到光的照射后产生电流，即光能转变成电能了；而照相机所用的胶卷，曝光后得到影像则是光化学反应的产物。
马大哈：光除了这两个特性外，还有其他特性吗？
老 狼：我们先来看看牛顿的光色实验吧：
从图1-4可以看出，白光经过三棱镜后分解为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等颜色光。为什么会出现这种现象呢？这是因为不同波长的光在空气中和玻璃中的折射率不相同，从而使光的传播方向发生了改变。这一实验证明白光是由多种波长的单色光组成的。我们把由多种单色光混合而成的光称为复色光；而只有一个波长，不能再分解的光叫单色光。如太阳光、生活中所用的日光灯、白炽灯等照明用光源所发出的光都属于复色光。不同颜色的光按一定顺序排列而成的色带我们称为光谱；把复色光由棱镜分解为单色光而形成光谱的现象叫做光的色散。
图1-4 光的色散实验
马大哈：我明白了，光除了波粒二象性外在不同介质中传播时还会改变方向，并且光可分为单色光和复色光。但光是由光源发射出来的，光源有什么特性呢？印刷业与光源有什么关系？对光源有何要求？
1.1.2.2 光源及光色特性
老 狼：这个问题提得太好了，因为印刷业离不开光源。光源是发射光的物体，可分为自然光源和人造光源。太阳是最典型的自然光源，家用日光灯、白炽灯泡及各种照明体属于人造光源，即人生产出来的光源。印刷车间和印前制作室所用的照明光源、晒版机所用光源、电子分色机和扫描仪所用的光源、用于测量颜色和密度的分光光度计等测量仪器所用光源都属于人造光源。如图1-5所示。
图1-5 人造光源
自然光源
马大哈：从印刷业的角度来看，我们需要掌握光源的哪些特性？
老 狼：由于光源质量从颜色角度考虑主要有色温和显色性两个指标，而决定这两个指标的关键又在于光源的光谱功率分布这个基本特性，因此对于光源需要掌握以下特性：
(1)光源的光谱功率分布：光源之所以发光是因为光源辐射出能刺激人眼的电磁波。不同的光源发射380～780nm范围内波长的光谱能量不同，其对人眼的刺激不同，从而得到不同颜色的光。通过对光源发射的光谱能量（光谱功率）进行测量，把测得的能量值作为直角坐标系中的纵坐标，波长为横坐标，按波长与能量一一对应的关系描点，然后将所有点连接起来得到一条曲线图，此图即光源的光谱辐射功率按波长的分布状况，称为光谱功率分布。如图1-6所示。
图1-6 光谱功率分布
马大哈：这就是说，光源的光谱功率分布不同，光源发出的光的颜色就不同。当光源发出一系列波长的光时，其中某波长光的能量最强，光源的颜色就偏向该波长光的颜色了。如图1-7所示。
图1-7 光谱分布与光色
（a）偏蓝的日光灯光谱功率分布（b）偏橙红的白炽灯光谱功率分布
老 狼：你理解得非常正确，但是在实际应用中为了方便，并不直接用光源的光谱功率分布去表示光源的这一特性。
马大哈：那用什么表示呢？
老 狼：用色温去表示，也就是用温度表示光源的颜色。
马大哈：温度还可以表示颜色，我可是第一次听到。
老 狼：我们先来看看这样一种自然现象：铁块、煤块加热时，随着温度的升高，颜色发生由黑-红-黄-白-蓝的一系列变化。这一现象说明物体的温度不同，其颜色也不同。
马大哈：这倒是事实，那用什么物体的温度去表示光源的颜色？
老 狼：国际光照委员会（简称CIE）规定只能用绝对黑体的温度表示光源的颜色。
马大哈：绝对黑体是什么东西？
老 狼：绝对黑体是指能100%地吸收任何波长光的辐射的物体。但是在自然界中理想的绝对黑体是不存在的，人们设计出的以耐高温金属材料制作的黑体基本接近于绝对黑体。如图1-8所示。这种黑体是一个开有小孔的封闭空腔，内部涂黑，由极小的小孔射入的光线经腔体内的多次反射和吸收，几乎难以射出，近似具有绝对黑体的特点。当将其加热时，随着温度的升高，黑体吸收的能量将以光的形式由小孔向外辐射，且温度不同，辐射的光谱能量不同，其辐射出的光的颜色也不同。人们将黑体辐射出的光谱功率分布及对应的温度值测量记录下来，就得到了绝对黑体的光谱功率分布曲线图。如图1-6所示。
图1-8 黑体剖面图
马大哈：那应该怎样去定义色温呢？
老 狼： (2)色温：色温是这样定义的，如果某一光源发出光的颜色与黑体在某一温度时发射光的颜色相同，即光源的光谱功率分布曲线与黑体在某一温度下的曲线吻合，则黑体的这一温度值即称为该光源的色温。色温用热力学温度T表示，单位：开尔文，简称为开，符号为K。热力学温度T与摄氏温度的关系为：T（K）=（t ℃）+273。如某白炽灯的光谱功率分布曲线与黑体在3000K时的曲线相同，则此灯的色温即为3000K；又如：正午的日光色温为6500K，则说明此时日光的光色与黑体加热到6500K时发出的光色相同。但实际上并非所有光源的光色都能与黑体加热后形成的光色相同，此时只能选用与黑体最接近的光色来确定光源的色温。如果某光源发出的光色与黑体在某一温度时发射的光的颜色相似，即光源的光谱功率分布曲线与黑体在某一温度下的光谱功率分布曲线接近，则黑体的这一温度值称为该光源的相关色温。
马大哈：现在我明白了色温和相关色温的真正含意，印刷行业对光源的色温有何要求？
老 狼：印刷行业对光源的要求分为三种情况：第一种情况是：拍摄彩色原稿的日光型胶片，要求光源色温为5400～5600K，如果拍摄时色温低于该数值范围较多，或用此类片子在室内拍摄，会因色温偏低而使照片偏黄；拍摄彩色原稿的灯光型胶片，要求光源色温在2800～3200K。如果拍摄时光源色温不符合胶片的性能要求，则会出现偏色或失真现象。比如采用此类胶片在室外充足阳光照射下拍照，会因光源色温过高而导致照片偏蓝。第二种情况是：在彩色复制过程中，制版光源的色温要求为5000～6000K左右。第三种情况是：制版车间和印刷车间的照明光源，色温最低应在2850K以上。按照我国行业标准规定，观察透射样品时，光源的相关色温为5003K；观察反射样品时，光源的相关色温为6504K。这就是说在对原稿和印品质量进行观测和评价时应尽可能选用国标规定的光源，否则在观察原稿或印刷品时色彩会出现偏色，产生误导，影响产品的正常生产。此外，对于各种新型的版材、感光材料和设备，应仔细看清其说明书上对光源的色温要求，去配备相关光源。
马大哈：这就是说印刷企业在买电光源产品时，应根据不同用途对光源色温的不同要求去选择所需光源。
老 狼：是这样的，不过请你注意：色温是描述光源本身颜色外貌的一个重要指标， 与光源本身的温度无关。
马大哈：光源的另一个颜色指标显色性又是怎么回事呢？
老 狼：我们先来看一个浅显的例子：人们已习惯于在日光下识别颜色，日光的显色性是最好的。同一个彩色物体放在日光下人眼感受到的颜色与分别放在A和B两个光源照射下所感受到的颜色不一定完全相同，如果在A光源下所看到的颜色比在B光源下所看到的颜色更接近在日光下看到的颜色，则说明A光源的显色性好于B光源。
(3)显色性：光源的显色性是衡量光源发出的光照射到物体之后，再显现物体颜色的能力。一般用显色指数( Ra)来量度显色性，即以被测光源下物体的颜色和参考标准光源下物体颜色的相符程度来表示，CIE（国际照明委员会）规定：参考标准光源的显色指数Ra=100。被测光源的显色性与参考标准光源相同时，则被测光源的显色指数为100，如果其显色性与参考标准光源相比有差异，则Ra小于100，显色指数越接近100其显色性就越好。
马大哈：印刷行业对光源的显色指数有何要求？
老 狼：由于显色性是衡量光源视觉颜色质量的指标，它直接影响人们所观察到的物体的颜色，在彩色复制过程中，从分色制版、打样到印刷，需要随时观察原稿或印刷品的色彩效果，需要真实地反映客观的颜色，否则将产生颜色失真，以致无法控制产品的色彩质量。所以应配备显色性能优良的照明光源，一般要求Ra>80。日光灯的Ra为75～80，略低于上述要求，但由于省电，也可用于一般的辨色场合。因此在实际的生产应用中，我们要注意新的电光源产品的问世，选购时除了对色温有要求外还要考虑其显色性能要优良。
1.1.2.3 标准照明体和标准光源
马大哈：看到这个标题我产生了一个疑问：如果我们在实际的印刷生产中选用了符合色温和显色性要求的光源产品，还有必要去考虑标准光源吗？
老 狼：很有必要，虽然色温和显色性符合要求，但因为不同的光源其光谱功率分布不同，会使同一物体的颜色呈现出一定的差距。颜色工作者如果在这些不同的光源下观察、分析和运用颜色，往往难以产生共同的语言和一致的结果。为了统一对颜色的认识，CIE规定了标准照明体和标准光源。
马大哈：那么什么是标准照明体和标准光源呢？
老 狼：标准照明体是指由CIE所规定的特定的相对光谱功率分布。目前主要有如下三种：
(1)标准照明体A：代表绝对黑体在2856K时发出的光，光色略偏黄。
(2)标准照明体D65：代表相关色温约为6504K的平均日光。
(3)标准照明体D：代表标准照明体D65以外的其他日光，又名典型日光或重组日光。标准光源是指用来实现标准照明体，由CIE所规定的人造光源。如果某电光源厂家生产出的产品符合标准照明体A或D65的相对光谱功率分布，则其产品就是标准光源A或标准光源D65了。
马大哈：在印刷厂中，车间的照明一定要用标准光源吗？
老 狼：在有条件的工厂中配备标准光源当然最理想，不过标准光源的价格是普通照明日光灯的十几至几十倍，全部采用会增加企业成本；如果不具备条件，可以创造条件模拟标准光源。如天气晴好时，可利用采光充分的北窗下的自然光，而避免在强烈直射的日光下评价色彩，因为北窗下的自然光柔和而稳定，色温基本接近5000～6000K左右，显色性优良。在阴天、多云、多雨或雪天，色温和照度均下降，此时不易采用自然光。一般说来，车间照明多采用日光灯或金属卤化物灯。但要注意：一是日光灯使用5000h后，色温会发生变化，应及时更换；二是观色以前最好预热15min后再用，避免刚启动时光色不稳定而造成辨色误差。从经济性和有效性来看，最好是在辨色处用标准光源，其他地方用普通日光灯照明。