色域與色彩空間

當太陽照耀大地，我們看見了五彩繽紛的世界。可是你可曾想過在這個五彩繽紛的世界裡，到底存在著多少種顏色呢？而我們的眼睛又能看見多少種顏色呢？若是我們使用照相機來捕捉這個繽紛的世界，它能夠將這些顏色真實地記錄下來嗎？

在討論色彩之前，讓我們先來認識可見光。因為，光與色是一對不可分割的攣生兄弟，在一片漆黑的夜晚，人類的眼睛是無法看見任何物質，只能憑藉著其他感官來辨識周遭環境。這說明了沒有光就沒有顏色，無論物質是因為自身發光或是反射光線，都得在波長 400~700 nm 的可見光範圍內。

可見光（Visible light）

可見光（Visible light）是電磁波譜中人眼可以看見（感受得到）的部分。這個範圍中電磁輻射被稱為可見光，或簡單地稱為光。人眼可以感受到的波長範圍一般是落在 390 到 700 nm。對應於這些波長的頻率範圍在 430–790 THz。但有一些人能夠感知到波長大約在 380 到 780 奈米之間的電磁波。正常視力的人眼對波長約為 555 奈米的電磁波最為敏感，這種電磁波處於光學頻譜的綠光區域。若是波長大於 700 nm 的光，人的眼睛就無法辨識，稱之為紅外線，只能藉由皮膚感覺到它的熱量。反之，若是波長小於 400 nm 的光，人眼依舊無法辨識，稱之為紫外線。

光之所以有顏色，是當光線進入眼睛時，是因為視網膜內的細胞將光能轉化為電能並產生神經脈衝的過程，其中包括感受光亮的柱狀細胞以及感受顏色的圓錐狀細胞。圓錐狀細胞對於紅、綠、藍具有最大的靈敏度，而恰巧的是紅光、綠光以及藍光，正好為光的三原色，其它各種色光都可由這三原色混合而成。

可見光有無限多種顏色形成「連續光譜」

在可見光的範圍裡，不同波長的可見光在人類的眼睛看起來「顏色不同」，那麼可見光到底有多少種顏色呢？要回答這個問題很簡單，因為光的波長就是顏色，光有多少種波長，就有多少種顏色，先問自己一個簡單的數學問題，在一條數線上有多少個「實數」？答案是：在一條數線上有「無限多個實數」，因此光有無限多種波長，故有無限多種顏色，我們稱為「連續光譜 (Continuous spectrum)」。紅光的波長範圍在 0.78μm~0.60μm(微米)，橙光的波長範圍在 0.60μm~0.58μm，黃光的波長範圍在 0.58μm~0.53μm，綠光的波長範圍在 0.53μm~0.48μm，藍光的波長範圍在0.48μm~0.45μm，靛光的波長範圍在 0.45μm~0.43μm，紫光的波長範圍在 0.43μm~0.38μm，換句話說，在紅光與燈光之間還有一種「紅橙光」，在紅光與紅橙光之間還有一種「紅紅橙光」，在紅光與紅紅橙光之間還有一種「紅紅紅橙光」，以此類推，可見光的確有無限多種顏色，問題是：人類的眼睛可以分辨多少種顏色？

色彩模型

從以上的敘述得知，顏色是由光的波長所產生的。然而，在數位色彩的領域中，我們該如何定義色彩、描述色彩呢？在計算機監視器上顯示顏色的時候，通常使用 RGB（紅色、綠色、藍色）色彩模型定義，RGB 採用加法混色法，因為它是描述各種「光」通過何種比例來產生顏色。光線從暗黑開始不斷疊加產生顏色。RGB 描述的是紅綠藍三色光的數值。基於 RGB 模式的普通色彩模型有 sRGB， Adobe RGB 和 Adobe Wide Gamut RGB。

RGB色彩模型

但是，這並不是唯一的一個色彩模型。許多人都知道在繪畫時可以使用青色 (C)、洋紅色 (M) 和黃色 (Y)。我們將洋紅色的量定義為 X 坐標軸、青色的量定義為 Y 坐標軸、黃色的量定義為 Z 坐標軸，這樣就得到一個三維空間，每種可能的顏色在這個三維空間中都有唯一的一個位置。於是，我們又得到了一個 CMYK 色彩模型來定義印刷的色彩。

CMYK色彩模型

另外一個生成同樣顏色的方法是使用色相（X軸）、飽和度（Y軸）和明度（Z軸）表示，這種方法稱為 HSB 色彩空間。CIE L*a*b* 色彩模型 (Lab) 是依據人類看到的顏色為準，Lab中的數值描述了人類用正常視力能看到的所有顏色。因為 Lab 描述的是色彩的外觀，而不是提供多少特定染色劑才能讓裝置 (例如螢幕、桌上型印表機或數位相機) 產生色彩，所以 Lab 可以視為一種與裝置無關的色彩模型。色彩管理系統會將 Lab 當作一種色表參考，以便如預計地將色彩從一個色域轉到其他色域。

色彩空間 Color Space

在大自然的可見光譜中包含著數以億萬計的色彩，但是我們眼睛所能看到的色彩只是其中的一部分，能見到的色彩範圍稱之為色域（色彩子集）。那麼！我們眼睛的色彩範圍有多大呢？根據 CIE 1931 色彩空間色度圖得知，光波 380nm 到 770nm 是人眼所能見到的顏色範圍。若是，我們想要利用設備或顏料重現這些色彩，然而不同的顯色設備具有不同的色域範圍，掃描器、顯示器是光的重現設備，使用 RGB 色彩模型描述色彩，而 RGB 色彩模型的色彩範圍也只能重現光譜中的一小部分，比人類眼睛所能看見的色彩範圍更小。印刷機和彩色印表機等顯色設備使用 CMYK 色彩模型描述色彩，它的色域範圍要比 RGB 的色域更小。

CIE 1931色彩空間色度圖

色彩模型是描述使用一組值（通常使用三個、四個值或者顔色成分）表示顔色方法的抽象數學模型。在色彩模型和一個特定的參照色彩空間之間加入一個特定的映射函數就在參照色彩空間中出現了一個明確的 "footprint"。這個 "footprint" 稱爲色域，並且與色彩模型一起定義爲一個新的色彩空間。例如 Adobe RGB 和 sRGB 是兩個基於 RGB 模型的不同絕對色彩空間。

不同色域比較圖

不同的數位圖像設備（如掃描儀、數位相機、顯示器、印表機等）具有不同的色彩空間，那麼！如何在不同的設備中能讓這些設備保持相對統一的色彩表現效果呢？色彩管理（Color Management）是一種用於在各種數字圖像設備之間進行可控的色彩轉換的技術，也是下一個章節所要討論的重點。