光谱在色彩空间内,可以表现为不同光谱各个波段,对应颜色的矢量合。

如图,红色箭头是这一段光谱最终的颜色,光谱上每个nm光线对应一个颜色,合颜色就是红色箭头了。

(我把它简化成了二维示意图,实际上色彩空间是三维的)

很显然,一个指向的颜色,可以由无数种光谱合成,就像合力一样。

所以解答题主问题:色温也是一种颜色,所以它可以对应无数的光谱。


其二关于显色性,题主说的色温的切向,是指色调,而并非显色性。

当我们确定色温后,将它作为白色,围绕它形成一个色域。显色性就可以理解成光源的“色域”。想象光源能照耀出的所有颜色围成一个区域,确定中心点色温后,它的色域形状还需要确认,显色性就是对它的一个评估,为了方便起见,所以只用一个平均值来评估。

因为题主提到了绿到粉红的变化,所以先插一句,辨析下”色温“和“相关色温“:

色温代表白点的颜色,是沿着普朗克轨迹走的,2000k,3000k,10000k什么的,都对应CIE XYZ色域中的一根线条。

既然只是一根线,就不能表达色温的所有漂移,为此还要加上一个方向,就是下图的色调方向。这是一个相对坐标系,色调方向垂直所在的色温切线。这个垂直方向上的“色温”叫什么呢?

有个概念叫相关色温(correlated color temperature),就是让把某个色调不同的白点也能跟色温对应起来。你问的“色温”,严格上来说就是“相关色温”。


回到显色性,色温确定一个中心点后,光源就能形成一个“色域”,但这个“色域”不跟显示器色域同,只代表它对某个颜色的敏感性。

比如,光源光谱若是全的,那么它围成的色域应该这个样子,对任意光线都100%敏感(实际上应该从0点出发,因为色域是三维的)

这代表反射物体在每个波长上都能100%地被响应——若你的反射物只针对某个波段反射,它就能显示跟纯波段光线一样颜色。

若光源缺乏某个波段,会导致对应波段的响应非常小,比如下图的光谱,虽然色温还是一致的(色矢的位置没变),但是短波和长波段都是缺乏的。

那么这样的光照射到同一个纯色谱上,会变得非常黯淡,色域就缩了。比如哪怕你的反射体完全反射490nm的光线,在同一个光源内,它最多也是下图左侧箭头的颜色。

总结出来的效果就是,显色性低的光源对饱和颜色的显示很暗淡。而即使是不饱和光线(也就是下图这样能对其他光谱也响应)

也因为主导波段的缺失,导致色相偏移和衰弱(想象下色矢被去掉最长的那些),但表现远远胜于把波段孤注一掷在特定位置上的饱和色。


为了测量显色性,也就是上面舌形图上圈出来的那个响应谱,我们只要在边界上选几个有代表性的色点围绕它,然后用光线照射并计算结果即可。

当然,在实际测量显色性时,用的是从色域中采样的几个点组成的色板,并非一定要非常纯的色点,因为我们测的不是光谱,而是以阳光为基准的相对比较。


接下来我做个很小的试验,分别看看路灯和色卡的“色域”, 我不知道显色性采样用的是什么色板,我就用我的Spyderchecker 24色色卡吧,反正原理一样。也正好看看哪种灯光适合养鱼(毕竟我是鱼学家)。

我首先拿色卡分别在路灯和闪光灯下拍摄,并校准色温之后(色域中心一致),手动用曲线把黑白灰块对准一致,然后对颜色进行Lab值的绘图(这个色卡就是大坑,居然不支持ICC校色!!!!只支持调节LR或者ACR中的HSL!!绝对不要买!!要买就买爱丽色经典色卡甚至宁可杂牌色卡!!)

很显然,路灯的光谱是缺乏了一大块的……而且一些颜色缺乏区分度,靠在了一起。

但是在光谱没缺的部分,比如黄色,和蓝色,区别没其他颜色那么大。某些色相不一定正。

下图是我从网上找的一个灯的实际效果:

最后,总结一下:

相同的色温会有不同的光谱,是因为不同的光谱能投射出同样的色温,(同色异谱)

显色性不是色调的变化,是整个光线对不同波段的响应组成的“色域”,用标准颜色可以测得这个域的大小。

这对我们的用途之一:

屏幕上同一种颜色,在实际中是无数原色(色矢)组成的,而相机则是三原色。因此相同的颜色,并不能保证在其他光源下相同。所以光源颜色相同,却不能保证电脑上就能简单地通过混合模拟出来。

用途之二,是指导我们在前期平衡显色性——高显色性除了提升整体光源之外,还可以通过削弱光线中的特定波段来达成。比如抗光害滤镜,不是简单地蓝色滤镜,而是抑制了部分波段的通过,这样子只要曝光时间够长,就能跟均匀的光谱等效。(@耐司,打钱)

用途之三,是通过光源色谱指导后期颜色调节。比如一般的LED白光缺少黄色波段(哪怕是黄光LED),那么后期可以有意识地强化这部分的颜色。但是色相就比较复杂了,要涉及到白平衡。

我有个设想是通过解马赛克直接找到这个通道的强度,然后强行提升拉伸色域,再转回到sRGB


(实际上,哪怕你是等能光谱(全频段强度都为100%),只要其中有一段波长的强度非常突兀,那么你的显色性都会下降。因为传感器实质是对整个波段的强度进行了积分,而现在总强度却严重与这个波段相关——这个波段增长100%,总强度增长50%,显然会受其主导。三原色都这样,那么整体就互相相关。)

上面应该够回答了,下面进入激动人心的展示才华时刻。

根据三刺激的计算式,在考虑一段光谱对应的颜色时,要先考虑它跟反射/投射谱的内积,再考虑和色匹配函数的相乘。但研究式子可以发现,可以先把光谱换成等能光谱,再把人眼感光细胞等效成对新的波段敏感。

(原理:SPD(λ)和x(λ),y(λ),z(λ)可以先合成新的函数,等效为一个新的感光细胞。而原本的位置上用一个全波段光谱SPD(λ)=1来代替)

很显然,显色性越差,新的感光谱重合度就越高,表现在色彩空间中就是拉不开区分度,体积变小。

(具体说来说,正常的情况下动一个通道,其他通道毫无变化,才能最大程度地表示颜色。而现在一个通道动,另外一个也跟着动,形成x=0.5y这种关系。此时,它的颜色空间越接近一个平面,乃至一条线(沿着某个颜色变动)运动,它让人眼三个通道的色锥细胞接近耦合。)

若灯光是一段等能光谱,则色彩空间是这样:(各波段响应恒定为100%对应的色域,因为M和L细胞的重复度高,所以色彩空间并非是个方体,而是三角体)

而模仿路灯,(就是钠灯,纯黄的路灯,光谱集中在600nm左右,照下来的结果,相当于将人眼的敏感谱变得这样,包络线此刻代表是最纯的色板所能表达的颜色)

而对应的色域就很窄了,是个平面。

参考资料就是章佳杰色彩空间三大篇加上我自己的了。


致歉:

前几天我也答应了一个题主想回答一个色温的问题来着的,结果那题死活找不到了,希望他能看到吧。。。

参考:

STUYDY OF COLOR QUALITY SCALE FOR LIGHTING SOURCE
色温、白平衡与色彩恒常性
为你更新色彩观: 直观理解光线被人眼或探测器感受和探测的过程。以及响应的变换,是《色彩空间基础》的过渡 (这个参考好长)
LED光源的显色性及评价方法

来源:知乎 www.zhihu.com

作者:荆慢慢2.0

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