色彩科學的定義

      在人類的古代遺跡中，很早就有色彩的應用，但色彩的科學，直到牛頓發現太陽光通過三棱鏡，而有七色光譜后才邁入新紀元，在16～17世紀間有很多關于光的反射、屈折的研究，先有德國物理學家Ostwald色彩論的發表，至20世紀續有美國Munsell的出現，而使得色彩的研究定下基礎。
     在生活的周圍，包含著自然界的動植物等均有各種顏色的存在，那什么是＂色″呢簡單的說『當光線照射到物體后使視覺神經產生感受，而有色的存在。』。而色的定義亦因用途之不同，而各有其定義：
     化學家 ：染料、顏料及其它物質等之特性。
     運用范圍：顏料、油漆、染料等之制造以及使用人員。
     物理學家： 光學范疇中之某種現象。
     運用范圍：光學儀器制造業。
     心理、生理學家： 表示觀測者所意識到之意識。
     不論你扮演著那個角色，若想對顏色有所認識，那你一定要對 —  色的三要素 ，光與色感，光、色之三原色 ， 色的三屬性，色的表示法，色變異性和色恒性，等加以暸解。
    色的構成三要素：包括有被觀察的物質、光的存在、觀測者的感受。 只因為當沒有物質或光的存在時，則如處于暗房中你將感受不到色的存在，同時若閉上你的雙眼，相信你一樣感受不到色的存在。因此要進一步認識色的構成要素，不妨由物體與色、光源與色、觀察者—人與色的關系著手。
    物體與色—當光投射在物體上時，依物體的種類、構造，而將可視光線中的一部份或全部呈反射、吸收、透過等現象而展現出物體的顏色。物體的顏色受反射、吸收、透過三基因所左右，如太陽光的照射起全反射（亂反射）則呈白色，光線的全部吸收則呈黑色，光線的全部通過則呈透明色。其說明：反射（Reflection）:光照射在物體之表面，部份光產生反射，反射角與入射角于同一視面稱之為反射，視覺之感受產生質地感，全部光之反射，有可能為不透明感或鏡面感。 吸收（Absorption）： 若光線部份透過且部份被吸收，喪失某些可視光譜的光，則該物體將呈現顏色而成半透明感，若光線全部吸收，則呈黑色且不透明。透射（Transmission）： 當光線照射到物體上，除了極少量之反射光，幾乎所有的光都透視物體則為無色透明體。散射（Scatting Diffusing）： 當光線照射在含顆粒的纖維或粗糙表面的物體時，光線之反射角將產生角度上的變化，稱之為散射。
  光源與色—色的存在中，光的照射扮演著重要的角色。在初期的人類演進歷史，一直習慣于太陽光下色的感覺，而今仍以太陽光為準，但是在夜間有了人工光源（如電燈、螢光燈、水銀燈、鈉燈、油燈、 煤氣燈等），由于分光特性的不同，而呈現不相同的顏色。導致同一物體在不同光源下，色相有所差異，此差異性質謂之演色性（ Colour Rendering ）。
    由于自然光源、色、時間、天候、觀察方向、季節及地理位置等條件影響而變化很大， 對色彩的評定極不方便，因此國際照明委員會（簡稱 CIE）。 于 1930 年訂定各種極為接近自然光的標準光源。
  光的解析—人類的肉眼，雖因個人之間敏感度上的差異；但肉眼對色感覺，仍不失為極精巧的測色機器，而對色感覺的同時則必要有光源的存在，以太陽光而言，有各種光線之放射。在電磁波譜中，可視光波之波長， 僅占很窄之范圍， 約由380nm ～760nm （ 1nm ＝ 10-9m ）其顏色分別為 380nm ～ 430nm 紫色、430nm ～485nm 藍色、 485nm ～ 570nm 黃色、585nm ～ 610nm 橙色、610 ～ 760nm紅色， 因每個人對光的感受不同， 因此以 380nm ～ 760nm略定為可視波長光的波長與明度—日光的光譜（ Spectra）依波長而有不同的明度。 可見光其中間區域較亮，而兩端較弱。視覺所感受的波長明度還有明亮處與暗處之別。例如在明亮處555nm 的黃綠色是最明亮的，而暗處則以 510nm 的藍綠色明度更高。這稱為Purkinie 現象。
  加法混色與減法混色—色光混合時一般說來會因光量的增加而產生明亮的感覺。這種色光的混合稱之為加法混色或正混色（ Additive Mixture ）。而染料或顏料混合時通常顏色會變暗， 稱之為減法混色或負混色（ Subtractive Mixture ）。以3原色作減法混色時，如果各色吸收量適當的話，最后會變成黑色；加法混色的情形，如果光的強度適當的話，最后所看到的將是白而亮的光。
  人眼的視感—人眼所感覺的色一般可分為兩大類如表 ：
      ┌ 白
      ┌無彩色 ┼ 灰  
      │    └ 黑  
色彩  ┤  
      │ ┌ 純色  
      └彩色 ┤  
      └ 其它一般色彩  
  按照物理學上的說明，白、灰、黑仍能算是色彩。白含有數種不同波長的單色光的振動，即色光的定量混合，是統一的復合體。既經物理全反射，當然我們的眼睛無法察覺，實在不能說它是色彩。黑是外界的刺激，完全沒法達到我們眼睛的狀態，換句話說，假使黑不能取得周圍的物體的陪襯，那么黑色本身也全無它存在的意義。色環直徑兩端的色互為補色。互成補色的二色適當的混合就光而言則為白色光，就色料而言則為黑色或灰色。
  依Young -Helmholtz 之假說， 視覺感觀存在三種基本之色感受視神經。經光傳至視神經，刺激腦部而產生色的感覺，而這三種分光要素是紅、綠、藍的感受作用，此謂光的三原色。
  何以謂之光之三原色?以紅、綠、藍三原色光混合是白色之故。另物體之反射或透過可見之紅、黃、藍三色混合成黑色，以其為色的三原色。另在色料上的應用一般亦以紅、黃、藍三原色色料的混合，結果反射光減少而呈黑色及近黑色之色相。色料中之紅、黃、藍三原色中的二色混合，會產生綠、紫、橙之色相，此即為二次色。現以黃(Y)、紅(R)、藍(B)之代號表示，其二次色的衍生Y＋R＝O ，Y＋B＝G，B＋R＝P。
  色的表示法—色的運用沿襲已古，在過去先以傳統之稱呼定名之，如金色、銀色、秋色等，隨之社會之演進色彩之多，致使傳統色之表示法，無法正確的表達，而后有色卡、色樣之運用，然色樣易招污損，變褪色，茲有較科學及歸納及光學研展。略于后：
(1) 定性的表示方法—色名法。
(2)定量的表示法—

1. 感覺的方法（三屬性的方法）。 
2. 物理的方法。
  色名法—而色的表示方法往往配合色的測定法而應用于自動化方面。如美國現使用之 ISCC-NBS 法，此法由美國國內色彩研究學會（Inter Society Colour Council ）作成， 而另由美國國家標準局（ National Bereau of Standand ）整理而成。
    此法能輕易表現，且以自然界的色彩為基準。色彩可經由概念來傳達，但是因其相互間沒有具體的數值關連，例如以色立體上的顏色稱之為黑、暗黑、中灰、淺灰及白等或于其色相前加以明度或彩色之 修飾語等來表示。所以難于以科學化來處理。 以日本的產業界為例，約使用 500 ～ 1200種易判別的色名。
  感覺的方法---即并記其三屬性的表示方法。依標準色票比較色名，以肉眼對照使其能適確表達， 在工業上的利用度大。而代表的表色系， 有 Ostwald 體系、Munsell 體系、日本色彩研究所體系。此三體系，皆以3 個數字或記號來表色。這三種方式，適用于染色物、涂裝物、陶磁物等類均一表面色的物品，但不 能表現透明、半透明的顏色。
  物理表色法—1931 年國際照明協會 簡稱 CIE（ Commission Intornation De'l E' clairage）或簡稱 ICI（ International Commission on Illumination）制定以物理測量的方法，用數字型態定量表示顏色，說明如下：
  物理表示法的原理： 以分光反射率表示物體色。被太陽白色光照射的物體表面，所以會出現色，乃是因選擇吸收了白色光中特定波長部份，而給人有特別的色感。屬于灰色的無彩色系列，是對可視領域的全波長做均一的吸收后，即所得到的色感覺。
    分光反射率曲線圖，是把400 nm到750 nm之間各波長的光照射到白色的表面與有色的表面，并以白色表面的反射光強度為100，以相對于此的百分比表示其它的白色。這種表示法比較容易了解，而且把已知構造的染料，染于特定的織物時，可藉此配色及加減染料的濃度。但是，對于應特定分光反射率曲線的色，只限于一色，而反過來要表現某一色時，充分的分光反射曲線的組合則無限多。而且這種表示法，因有演色性問題，故必須以標準光源來做測定光源。
  (1)X、Y、Z表示法：即利用物理學測定來表現數值的方法。 以 X、Y、Z 來表示衍生自三種原刺激的反刺激值，再導入色度坐標。從分光反射率曲線可推算出三刺激值，其計算方法有等間隔波長法、選定波長法，可精密表示色彩。另外，例如變換三刺激值的 X、Y，于 X-Y 色度圖上，即可表示出各色度坐標。
  (2)U*V*W*、Lab法：發展來自 X-Y-Z 法，使兩色間的色差數字，符合感覺上的差數，并使用色度坐標空間的表色法。如果檢討色彩與標準色的差距，即所謂的色差，會有便利之處。色差 ( △ E) 相當于標準色與試樣色空間的幾何距離，以數值表示。至于色差的單位， 一般慣用 NBS單位的色差。    
  色的測定法有：
  (1)視覺比較法：
  a. 并置比較法：以試樣與標準品鄰接并排，以肉眼比較兩者的顏色。此時須注意及試料的材質，并排的方向，及照明光源等。 
  b. 混合等色法：試料以白色標準光源照射為基準， 再以三原色依照光量的加減混色，而求出與試料相同的色光。
  (2)光電測色法：
  a.刺激值法。
  b.色光測色計算法。
  色變異性亦可稱為同色異譜、條件等色或條件對色等，亦可簡單定義為：二色刺激在某參考光源下(一般指仿真平均太陽光→D65)具有相同的色外觀(即所謂對色)，但是在某等二光源下(如鎢絲燈光→A)則二者呈現不同的色外觀(即所謂不對色)。在應用上其色變異對于色彩相關行業而言(例如；印刷、紡織、油墨、塑料、彩電、照明、建筑、藝術等)，在色彩品質管理上常造成很大的困擾，甚至會遭致拒收、賠償而提高生產成本之嚴重損失。因此色變異性之評估乃色彩檢測技術中重要的一環。
就色變異性色彩檢測技術而言，可分為定性法與定量法。常用的定性法為：
  (1) 目測法：藉多光源標準對色燈在不同標準光源下觀察色樣對的顏色或色差變化。
  (2) 反射率曲線法：依據物體色的反射率曲線(對于透明物體則依其透射率曲線)的交點數判定其色變異性之大小，即交點數愈多則色變異性愈小。不過至少有三個交點，亦即色變對之色變異性愈大則其反射率曲線之交點會集中在三個交點上。這三個交點為450nm、540nm、610nm其稱為Barocentric wavelengths。
  就定量法而言對于物體色則常用CIE L*a*b*、CMC等色差公式計算色樣對在不同光源下所呈現之色差，來評估此色樣對的色變異性大小。
  色恒性亦可稱為同色同譜或色彩恒常性。其相對特性即為非色恒性(colour non-constancy)即異色同譜。色恒性與色變異性二者乃是一體兩面，所以很容易被混淆。簡易的區分法為：色恒性是針對單一色刺激而言，然而色變異性則是指兩色刺激。換言之；若某一色刺激在某參考光源下與在其它光源下均具有相同的色外觀，則稱此色刺激具色恒性。在日常生渚中每個具有正常色視覺的人都會同樣的經驗，就是大部分的自然物體色在不同自然光下都具有恒定的色外觀，此現象即為色恒性。然而；由于人類科技文明的進步其人造色料或油墨及光源或照明，日新月異和不斷增加且種類繁多，使日常生活與周遭環境中物體色之非恒定性大大提高。因此如何有效地進行色彩應用上的管理已成為現成極重要之課題。