加色法

所謂加色法，是指顏色光的紅(R)、綠(G)、藍(B)三基色。它們按不同比例相加而混合出其他色彩的一種方法。當三基色RGB物理分量比例相同時混合得到白色光，三基色分量比例不同時混合後可產生各種顏色光，當三基色照射至白紙或物質上反射的顏色是補色（也即減色）叫三補色，三基色與三補色的關係稱做互補色。

三基色以英文縮寫的紅、綠藍的RGB表示，三補色則為英文的青、品紅、黃的縮寫CMY表示，多用於美術及各種塗覆顏料和色素，成為“三原色”。

基本介紹

• 中文名：加色法
• 外文名：The additive method
• 原理：三原色光組合色彩
• 釋義：利用三色原理組合其他色彩的方法
• 解讀：正確識別理解減色與減色的方法

規律

加色法有以下規律。

1.色光的三基色（又稱三原色）：

紅光、綠光和藍光是色光三基色

2.色光的疊加：

加色：紅色光+綠色光+藍色光=白光。

減色（加色法的補色）： 紅色光+綠色光=黃色光； 紅色光+藍色光=品紅色光； 藍色光+綠色光=青色光。

3. 加色與減色的關係為互補色，互補色相加等於中性色（由黑過度到白的任何一種灰度）：

紅+青=灰

綠+品紅=灰

藍+黃=灰

理論來源

1861年蘇格蘭物理學家馬克斯韋爾就人的彩色視覺發表演講，並用一幅彩色圖像來說明他的理論。

他的方法是，透過紅、綠、藍（三基色）三種濾色鏡，拍出三張不同的黑白照片，再製成黑白幻燈片，然後在放映這三張片子的幻燈機的鏡頭前，分別放上紅、綠、藍（三基色）三種濾色鏡，並使三個影像在銀幕上重合，於是就得到了一幅彩色的影像。

馬克斯韋爾的這一原理成為現代色彩處理方法的基礎，這種方法被稱為加色法。

補色

所謂補色是指，如果把兩種顏色的色光相加可以得到白光，那么，我們就說這兩種色光互為補色。表示兩種單色光的疊加還可以得到白光，或兩種單色光互為補色，可以用公式：

紅色光+青色光=白光； 綠色光+品紅色光=白光； 藍色光+黃色光=白光；

或：白光—紅色光=青色光； 白光—綠色光= 品紅色光； 白光—藍色光=黃色光。

美術課講的三原色指的就是減色法的三原色CMY，也就是色光三基色RGB的補色顏料的三原色CMY。那么為什麼美術上不叫“品、黃、青”而叫“紅、黃、藍”呢？這裡面有一個不同的行業對於色彩的不同的稱呼問題，我們所說的“品紅”，在美術上叫“洋紅”或“紫紅”，簡稱：“紅”，而我們所說的“青”色，在美術上叫“湖藍”，簡稱：“藍”。所以美術上所說似的“紅、黃、藍”就是我們在這裡所說的“品、黃、青”。

在光學物理的電視、計算機、電影和彩色感光材料上，以及顏料色素的美術、印刷及印染上，都統一把加色法的三原色或色光的三基色叫作：紅、綠、藍；把減色法的三原色或色彩的三原色叫作：青、品紅、黃，簡稱：青、品、黃。而且這種命名法在國際上也是統一的。

一般在電視和計算機的顯示器，LED廣告顯示屏以及多媒體投影儀、數位相機和掃瞄器上等凡是色光產生顏色的電子設備上都採用加色法RGB系統，而在美術、印刷、印染、印表機和感光膠片的成色劑上都採用CMY（K）系統。在現實套用上的彩色照片擴印機和數碼影像的後期處理上，兩種顏色系統都在使用。

由於紅、綠、藍的英文名稱分別是：Red、Green、Blue；所以，使用紅、綠、藍的系統也叫“RGB系統”。而由於品紅、黃、青的英文名稱分別是：Magenta、Yellow、Cyan，而且使用品紅、黃、青的系統。由於傳統銀鹽膠片和相紙上的色素是分層疊加方式，加之攝影記錄中有明度（灰度）信息與色彩信息共同組成，故光學成像的CMY分量各異時就混合出不同灰度的黑色。傳統感光膠片是標準的補色系統CMY。因為印刷是在白紙上單層色素平鋪混合各種顏色的方法，使得黑色都不純，為此印刷與列印專門加了黑色素K，黑色的英文名稱是Black，所以，印業領域中使用品紅、黃、青和黑的系統也叫CMYK系統。

在Photoshop專業圖像軟體的“視圖”選單中有個“校樣顏色”，我們可以通過這個功能直接看到工作中的CMYK和工作中的CMY兩種減色混合的結果，顯然前者是顏料混合方式的印刷模式加了黑K，後者是光學概念的CMY混合方法，它在非光學方法的印刷中時是混合不出黑色的。

加色法光學影像與投影儀成像原理圖解

最普通的美術或攝影教材中都有關於加色法和減色法的定義：

凡兩種顏料疊加，色光減少者為減色法，兩種色光疊加，亮度增加者為加色法。

加色法與減色法進一步理解為：使用染料色素描述顏色，和三基色光照射到物質上的反射顏色為減色法。使用色光直接混合顯示為加色法。簡言之使用青（C）、品（M）、黃（Y）色系的為減色法，使用紅(R)、綠(G)、藍(B)色系的為加色法。因此印照片，四色彩色印刷、噴墨印表機都是減色法色系；而彩色電視、電腦顯示器則為加色法色系。

這裡有必要更正一下傳統教科中常用的紅、綠、藍三個圓疊加來解釋加色法的含混，比如常見三個圓疊加的餅圖，它並未說明用來講解三基色的條件，它到底是記錄影像的光學概念具有明度（灰度）色光還是實驗室的平均化色光？這裡我們將實驗室與實際套用的視圖做個比較：

1. 三束光為平均相等且無明度（灰度）的三基色等量時的紅（R）、綠（G）、藍（B）照射，它們是實驗室的理論加色法RGB，這是加色法的理論基礎與本質。
2. 另一種是三基色混合疊加在影像記錄中的概念視圖，無論是紅綠藍還是青品黃，凡是符合實際影像記錄信息所反映出光線是由黑到亮的結果就是人類認知理論的實踐套用。

方法

判別加色法

加色法和減色法的成色真如上述定義這么簡單或上述定義是放之四海而皆準的判別加色法與減色法的準則嗎？我們只要略舉幾個例子就足以說明些定義並不混亂：用螢光粉發光的CRT顯示器是加色法，那么用染料做成微小濾光鏡的液晶顯示也用紅綠藍色系，當我們用放大鏡去觀察這兩螢幕時發現它們有相同的微觀結構，這個事實告訴我們，如何能判斷哪一種是發光，哪一種是減光只需看它是發光顏色還是反射顏色即可，不必主觀臆斷，因為任何光學的顏色濾鏡都是用來產生純色色光的，而反射顏色無需用到濾色鏡。

過去有一種加色法膠片，它也是用染料過濾白光使之呈現彩色，但它不同的染料是相互錯開不重疊，為什麼它就叫加色法？

辨別的原理

為了真正搞清這個問題，我們先來看一下人類產生顏色判別的過程再說。

根據1971年做出的人眼三種錐體細胞的感色曲線，人眼對可見光的感應是全光譜的而且靠三種不同錐體細胞不同的感應峰值來實現辨色能力。任何一種色光，只要它能使一組錐體細胞產生同樣比例的刺激值，就會被認為是一種顏色。這就是人眼的同色異譜現象，即兩種被人眼看上去是相同的顏色的色光，它們的光譜成份不一定是一樣的。

另外我們還可以斷定，對於人眼來說，它並不能區分什麼是發光體發出的光，什麼是反射體反射的光。因此看來用發光與反射光區分色系是有意義的。

從濾光鏡成色的過程我們可以看出，通過一種或多種濾光鏡的色光，由於被濾光鏡中染料的選擇性吸收，改變了原來的光譜成分，使人眼3種錐體細胞的刺激值比例發生變化而產生一種顏色的認知。在這種顏色的區域內，我們在受光面或發光面上取很小的一個點，這個點上的光譜成分都是不變的。另外由多片濾光鏡產生的顏色我們只能通過每一種濾光鏡的吸收光譜曲線疊加後來計算，這個計算過程非常複雜，必須用計算機每隔10個nm波長逐段疊加，然後再對產生的新光譜曲線差分運算才能得出它的新色度坐標，由於其它另一些相關因素，精確分析並無太大必要，最簡單的判別還是要看顏色是自身發光還是反射的顏色（見圖2的直觀描述——燈光的照射與其顏色的反射）。而且色光被反射必須是漫反射而非鏡面反射。

由有限種染料混合會形成幾乎無限種顏色的新染料。而每一種新染料的顏色都是很難預測的，這是減色法的特點。因此在數位化的彩色系統中，套用減色的例證可追溯到彩色攝影發明初期，在Adobe推出Photoshop明室暗房軟體的第一版時就是數字影像運用減色法的例證，世界上所有專業膠片數位化設備滾筒式掃描電子分色都是CMYK顏色系統，30多年過去了直到現在採用RGB顏色系統的數位相機成像設備的誕生，才將沿用了幾十年的CMY系統大眾化到RGB顏色系統。

但是Adobe的權威專業軟體Photoshop仍保留著加色法轉減色的CMYK系統，因為RGB模式色彩最終輸出到紙質彩色畫頁或照片上必須是自身顏色不發光的減色系統！

最簡單的加色法

最簡單的加色法是將兩束色光打在同一點上，它將形成一種新色光，但新色光的顏色非常容易計算，對於任何線性的顏色坐標系統（如CIE XYZ系統），只要將原來兩種色光的坐標分別相加（位置矢量相加）就可以了。

C3=C1+C2=(X1+X2, Y1+Y2, Z1+Z2)

這種計算色光的方法才是加色法的真正含義。

時間混合是證明加色法顏色混合原理的方法，例如轉動的牛頓色盤。色光的坐標乘以相對持續時間再相加就是新的顏色坐標，但牛頓色盤本身不發光，是靠人眼視覺暫留看到7種顏色可以逆向重現白光，因色盤本身靠白光漫反射混合重現白色，無論色盤轉動與否其顏色是減色系。

空間混合是又一種加色法。當我們用一個放大鏡近看彩色電視或計算機的顯示器時可以發現，螢幕上並沒有多姿多彩的顏色，只有紅綠藍3種顏色的小點。當這些亮度不同的小點在空間上混合時人眼就產生了新顏色的認知。這種成色方法也可以運用三種色光位置矢量的相加來精確推算出。

如果不用不同亮度的小點而是用同亮度不同面積的色點實現空間混契約樣適用矢量相加的成色規律，因而它也是一種加色法。

空間混合加色法校色實例

題頭圖 是不同亮度色點和不同面積色點的空間混合的空間混合， 它們的 紅、綠、藍或青、品紅、黃做基色或補色時可表現的顏色在三角形內，加色為白色，減色為黑色。

目錄“方法”右圖為加色法在Photoshop軟體中實際模擬套用示圖，具體操作方法及原理參考。

怎樣構成

從色度學原理上說，任選3個線性無關的基向量都可以構成一個完整的加色法彩色空間。最早的色彩空間是CIE RGB空間，這是一個加色法空間，由於RGB是發光顏色故這個顏色空間在彩色照片上來講他是虛擬的，但在電視機、顯示器等靠色光呈現彩色影像上CIE RGB才有意義。後來為了將亮度信息獨立出來，又將其變換到CIE XYZ坐標。在這個坐標系中，Y成為唯一的亮度坐標，去掉XZ值，它就成了黑白照片。XYZ也是加色法空間。按照前面說的原理，我們也可以選擇黃品青做基向量，因為它們也不是線性相關的。

關於美術三原色混不出黑色的原因圖解

這個規律在構成彩色影像的加色法HSV數學模型中很容易被理解，模型形象的說明了色光由黑到亮的和色度由淺到深的過度規律，這個原理對應於Adobe設計的拾色器上的變化規律。讓我們對原先抽象和難以理解的加色法與減色法原理解釋有了新的認識與了解，而且在實際套用中能更好的把握它們的關係。

檢查基向量是否線性相關很容易，查其係數的行列式值就行了。例如一組黃品青基向量在sRGB坐標下的坐標為

c=(0.731,0.682,0)

m=(0.86,0,0.51)

y=(0,0.587,0.81)

其中青品黃的坐標表示構成3x3的行列式，其值為-0.694，非零，因此這組基向量可以用來表達完整的加色法彩色空間。

但為什麼我們在計算機上通常都是用RGB彩色空間。原因是在上面坐標系中，許多顏色出現在坐標值為負數的象限內，如果我們去掉坐標為負值的那些顏色，則只有在RGB空間內表現的顏色最多。圖4顯示了在XYZ坐標系內某一個亮度平面上，以RGB為基（黑色三角形）和CMY為基所能表現的顏色。由於所有可見光形成的空間在任意一個亮度平面上都接近於一個以紅、綠、藍為頂點的三角形，因此在顏色不可能取負值時用紅、綠、藍坐標系表達顏色，和用紅、綠、藍基色去生成顏色可以表現最多的顏色。

從人的視覺生理特性來看，人眼的視網膜上有三種感色視錐細胞--感紅細胞、感綠細胞、感藍細胞，這三種細胞分別對紅光、綠光、藍光敏感。當其中一種感色細胞受到較強的刺激，就會引起該感色細胞的興奮，則產生該色彩的感覺。人眼的三種感色細胞，具有合色的能力。當一復色光刺激人眼時，人眼感色細胞可將其分解為紅、綠、藍三種單色光，然後混合成一種顏色。正是由於這種合色能力，我們才能識別除紅、綠、藍三色之外的更大範圍的顏色。雖然如此但這並不能說明三基色發光體小到人眼不足以分辨是三種顏色的具體點時所看到的是白點這是事實，例：三稜鏡解析出的全色光譜是白光的成分，當全色光小到人眼不足以分辨具體顏色是它就是一個白點，原理同顯示器的白場，它們是由數不清的無數個具體的紅（R）、綠（G）、藍（B）點組成。在放大鏡下我們才能看到具體的色光單元。

色光中存在三種最基本的色光，它們的顏色分別為紅色（R）、綠色(G)和藍色(B)。這三種色光既是白光分解後得到的主要色光，又是混合色光的主要成分，並且能與人眼視網膜細胞的光譜回響區間相匹配，符合人眼的視覺生理效應。這三種色光以不同比例混合，幾乎可以得到自然界中的一切色光，混合色域最大。而且我們在自然界景物中很難看到完全由色光混合出的場景顏色，所能看到的都是物質反射出的減色體系顏色，人造的電子設備顯示器、電視機等才是真正意義上的加色影像；而且這三種色光具有獨立性，其中一種基色不能由另外的基色光混合而成。由此，我們稱紅（R）、綠（G）、藍(B)為色光三基色。為了統一認識，1931年國際照明委員會（CIE）規定了三基色的波長λR=700.0nm,λG=546.1nm,λB=435.8nm。在色彩學研究中，為了便於定性分析，常將白光看成是由紅、綠、藍三原色等量相加而合成的。

由兩種或兩種以上的色光相混合時，會同時或者在極短的時間內連續刺激人的視覺器官，使人產生一種新的色彩感覺。我們稱這種色光混合為加色混合。這種由兩種以上色光相混合，呈現另一種色光的方法，稱為色光加色法。視圖給出了加色法與減色法在感光膠片、列印印刷以及現代數碼色彩影像記錄過程及後期重現流程中所遵循光學規律的原理。

加色法與三基色構成原理圖解

近百年的美術教科始終說不清楚三原色混合後為什麼混不出黑色的原因來，新增的示圖從光學理論上解釋了這個問題。原理很簡單，因為美術顏料非色光，它是靠反射顏色光呈現顏色的，這三種顏料不存在光學性質上的明度，故此混不出黑色來。而加色法RGB色光濾鏡的光源是白光，它們的補色是美術的三原色CMY，用攝影顏色光理論講具有明度，舉例說明：青色、品紅色和黃色光線的三原色拼圖，通過投影儀投射至銀幕上（典型例證電影膠片和幻燈片）因為膠片結構是三層乳劑，疊加後遮擋了光線，黑色自然就順理成章“混合”出來。

在Phtotshop圖像軟體中，看到的彩色圖像是通過光線照射數位相機感測器形成的影像，它有明度存在（膠片影像同理），我們看到圖像直方圖的左邊（暗部）既是影像中的甚黑或黑色部分，當然圖像被投影時也是黑色（不透光）。因美術顏料的等值三原色CMY的混合性質不是光學成像，而是顏料塗抹，所以它必須另外加個黑色才能混出黑色！

英文解釋

Using RGB color additive which consists of a variety of methods known as additive color method. When mixing different colors of light, they put their share of some of the spectrum together, will produce a new kind of mixed colors. Red plus green form yellow, green and blue form cyan, blue plus red and the formation of magenta. red, green and blue primary colors mixed it into the white.

關係

加色法與減色法都是針對色光而言，加色法指的是色光相加混合各種色光的方法（包括三補色），減色法指三補色的混合方法，也能產生與三基色混合後得到的結果，不同的是減色法多為照射到表面粗糙的物質上的被漫反射減弱了強度的色光（顏色）例如投影機和電影銀幕上的加色法演示或彩色影像。

加色法與減色法又是迥然不同的兩種呈色方法。加色法是色光混合呈色的方法。色光混合後，不僅色彩與參加混合的各色光不同，同時亮度和色度也增加了；減色法是色料混合呈色的方法。色料混合後，不僅形成新的顏色，同時亮度也降低了，這是因為物質非主動發光體它們是被動反射色光的。加色法是兩種以上的色光同時刺激人的視神經而引起的色效應；而減色法是指從白光或其它複色光中減某些色光而得到另一種色光刺激的色效應。從互補關係來看，有三對互補色： R-C；G-M；B-Y。在色光加色法中，互補色相加得到白色；在色料減色法中，互補色相加得到黑色（後者僅指光學概念的感光影像記錄）。

色光三基色是紅（R）、綠（G）、藍（B），色料三原色是青（C）、品紅（M）、黃（Y）。人眼看到的永遠是色光，不同的是一個是顏色發光體，另一個是顏色反射體。顏料三原色的確定與三基色光有著必然的聯繫。

光譜分析

光譜是複色光經過色散系統（如稜鏡、光柵）分光後，被色散開的單色光按波長（或頻率）大小而依次排列的圖案，全稱為光學頻譜。光譜中最大的一部分可見光譜是電磁波譜中人眼可見的一部分，在這個波長範圍內的電磁輻射被稱作可見光。光譜並沒有包含人類大腦視覺所能區別的所有顏色，譬如褐色和粉紅色。

光波是由原子內部運動的電子產生的，各種物質的原子內部電子的運動情況不同，所以它們發射的光波也不同．研究不同物質的發光和吸收光的情況，有重要的理論和實際意義，已成為一門專門的學科——光譜學．

可見光由七種顏色不一的光組成，即紅、橙、黃、綠、青、藍、紫。顏色不同，波長也不同：波長最長的是紅色光，接下來是橙、黃、綠、青、藍、紫。也就是說紫色光波長最短。

當稜鏡將白光解析出的全色光照射到白色光屏上時，我們將其全光譜縮小到人眼解析度極限是看到的還是一個白點。