一、光¶
光的三个特性：
- 光强。光的强度与光源的能量、距离以及传播介质有关。直接的感觉就是光的明暗程度。（主要在 flash 中讨论）
- 方向。就是光源的方向。但是在多光源或者漫反射的情况下就不太容易确定方向。（主要在 flash 中讨论）
- 光源色。黑体没有表面色，只讨论色温，色温主要表现在光源的颜色上。（本文主要讨论的内容之一）
二、颜色¶
颜色是眼睛对光波的视觉在大脑产生的一种反应；物理学对颜色的定义是可见光波的频谱来源。因此下文将从物理学的角度进行颜色讨论。
复色光的不同波长能量辐射的相对功率分布决定了人们对复色光的颜色感受。
同色异谱：两种不同成分的复色光完全可能引起相同的颜色感受。
光谱传感器应用：光谱比 RGB 有更多的信息量，可用于白平衡、照度测量、物质检测、有害光检测、场景分割、人脸/实体检测等。
有一门学科称为色度学。色度学是将主观颜色感知与客观物理测量值联系起来，建立科学、准确的定量测量方法。色度学是对颜色刺激进行度量、计算和评价的一门学科，是以光学、视觉生理学、视觉心理学等学科为基础的综合科学。相机是基于光来采集颜色的，故我们更多地关注表色系统中的显色系统（相对于混色系统）。
自然界物体的颜色有两种：光源色和表面色。
2.1 光源色¶
光是由原子外层电子受到激发产生的。热可引起电子跃迁，化学反应（荧光）亦能引起电子跃迁。
发光体（illuminant）：物理学上指能发出一定波长范围的电磁波（包括可见光与紫外线、红外线和 X 射线等不可见光）的物体。通常指能发出可见光的发光体，凡物体自身能发光者，称做光源，又称发光体。
发光体依据其机理的不同，可分为三类——热辐射、原子跃迁、辐射发光来源。虽然分为了三类，可能符合直观感受，考虑到波粒二象性，上述分类相互是有重合的来源来源。
光源色：由光源发射的光的颜色。来自发光体，光源的光谱分布决定光颜色。 考虑到黑体在不同的温度下，会产生不同的光谱分布，于是有了色温的概念。 单频光谱有对应的颜色，多种光谱呈现混叠颜色。
- 可见光：380nm - 780nm [2]
- 紫外光：100nm - 380nm
- 红外光：780nm - 1mm
色温：黑体被加热到一定温度时所发光的颜色对应的温度，单位 K。
冷光和暖光是根据色温界定的。色温超过 5000K 时光色偏蓝，给人以清冷的感觉，叫冷光；色温在 3000K 以下时，光色就有偏红的现象，给人以温暖的感觉，叫暖光来源。 可见，色温是限制条件下的颜色与温度的一一对应的映射。因此色温只是二维颜色空间中的一条曲线。
白光，又称白色光、消色差光（achromatic light）、无色光。白光并非单一波长，而是可见光谱（380~780nm）中各波长能量大致相当、对眼睛三色受体产生均衡刺激的混合光，因而没有明显色调。常见来源有：太阳光（典型的近似等能白光）、热发光体（如白炽灯热至约 1500℃ 以上时辐射出的可见光，实际上是多种有色光的混合），以及 RGB 三原色按一定比例混合后得到的白光。
由于"等能"只是理想，实际白光仍有色温之分：色温高（如 6500K）偏冷白（偏蓝），色温低（如 3000K）偏暖白（偏红）——它们都"看起来是白"，但光谱分布并不相同（这正是上文同色异谱的例子）。
2.2 表面色¶
除了发光物体外，物体本身不具有颜色。
- 不透明物体的颜色由它的反射光决定。
- 透明物体的颜色由它透过的色光决定。
- 无色的物体透过所有的色光（即看到光源色）。
表面色：漫反射、不透明物体表面的颜色。表面色为非自然发光的物体色。表面色由光源的光谱能量分布（SPD）和物体光谱反射率曲线决定来源。物体本身不发光，但能看到物体的颜色是因为对来自于发光体的光的反射与吸收。
产生表面色的三要素：光源、物体和观察者。
表面色涉及下面的概念：
- 物体色（object color）：光被物体反射或透射后的颜色。物体色的呈现与照射物体的光源色、物体的物理特性有关。物体本身并不发光，它是光源经物体的吸收、反射后，反映到视觉中的光色感受。
- 固有色：物体在白色光源（自然光）下呈现出来的色彩。固有色就是物体本身所呈现的固有的色彩。对固有色的把握，主要是准确把握物体的色相来源。 如表面粗糙的物体其反光强度较弱，但固有色较强（如棉麻织物）；表面光滑的物体其反光强度较强，但固有色较弱（如玻璃、金属等）；距离近的物体固有色清楚，距离远的物体固有色模糊来源。
- 环境色：由于光的反射作用，使物体受到环境色彩的影响而改变固有颜色，这种色彩称为环境色。这可能和物体色会有混淆的地方，但是不必纠结于此来源。
三、光的物理量¶
发光强度与亮度的关系：
- 发光强度是描述点光源明亮程度的物理量。
- 亮度描述的是面光源的发光能力。它表明面光源在观察方向上所见到的单位发光面积上的发光强度。
亮度与照度的关系：
亮度和发光强度都是有方向的量。常用亮度曲线表明灯具的发光特性或物体的反射特性。随着发光方向偏离光轴，亮度逐渐衰减。亮度不仅与光源的发光特性有关，还与被测物的表面特性有关。
照度测量的是单位面积上接受的（各方向）入射光强度的总和，因此照度没有方向性。照度仅与光源的特性有关，与被摄物的表面特性无关。
黑板发生反光，是由于黑板表面光滑的地方发生了镜面反射。镜面反射并不是光没有进入眼睛，反而恰恰是由于光线进入人眼过多，看不清楚字体，因为光线太强。而在其他地方不反光，是因为镜面反射只能在某一方向上看到物体；没有反光的地方因为黑板上的字体发生了漫反射，所以不刺眼来源。
反光的黑板和不反光的黑板照度相同，但它导致了特定方向上的亮度过量，而另一方向上的亮度不足。
3.1 滤镜¶
- 反射率：\(\rho = \frac{\Phi_{\rho}}{\Phi}\)
- 透过率：\(\tau = \frac{\Phi_{\tau}}{\Phi}\)
-
密度：\(D = \lg\frac{1}{\rho}\) 或 \(D = \lg\frac{1}{\tau}\)
-
中性灰度镜（neutral density filter）又叫中灰密度镜，简称 ND 镜。1# 灰镜的透过率为 0.5，实现减 1 档曝光（EV-1）的效果。GND 滤镜则是渐变的 ND 镜来源。
- UV 镜（UltraViolet）滤除紫外光。紫外光会使照片偏蓝。
- CPL 滤镜（Circular Polarizer）也叫偏振镜，作用除了保护镜头，还可以降低自然界中一些不必要的反光。
对特定场景下的照度要有一定概念来源。
四、颜色模型¶
格拉斯曼（Grassmann）定律：
- 人的视觉只能分辨颜色的三种变化，即色调、饱和度和明度。
- 在由两种成分组成的混合色中，如果一种成分连续变化，混合色的外貌也连续变化。
- 颜色外貌相同的光，不管它们的光谱成分是否相同，在颜色混合中具有相同的效果。（等效律）
- 混合色光的总亮度总等于组成混合色的各种色光的亮度总和。（亮度相加律）
以 HSL 模型为例，光强→亮度，光源色→（色相，饱和度）。
光强理论上是无限的，采样时将大于阈值的光映射为白色，小于阈值的“白光”将为灰色。
如果有色滤镜是从白光中过滤出特定颜色的光，如红色滤镜过滤出“红光”。从等效律看，存在一种红光无法经过红色滤镜。
4.1 色相与色调¶
一种基色有三重不同的色调，分别是阴影（shade）、影调（tone）和浅色（tint）。
increasing shade through to black vertically downwards.
increasing tint through to white vertically downwards来源。
increasing tone through to mid-grey vertically downwards.
（255,0,0）（红，0°）→（255,255,0）（黄，60°）→（0,255,0）（绿，120°）→（0,255,255）（青，180°）→（0,0,255）（蓝，240°）→（255,0,255）（品红，300°）来源。
4.2 亮度¶
现实生活中大多数物体的反射率约为 18%，也即亮度更低的暗部占多数；从演化的角度看，人对世界的感知应是对数的，而非线性的。哈佛心理学家 Stevens 通过大量超阈限感觉实验总结出一套规律：
其中 ψ 为知觉的心理强度，φ 为物理强度，范围皆为 0~1。
人眼对暗部的物理强度变化更加敏感，相同幅度的物理强度变化在高亮时引起的心理知觉变化更小。显然中间心理强度 \(ψ_{mid}=0.5\)，18% 灰最早貌似来自于柯达灰，即定义中间物理强度 \(φ_{mid}=0.18\)来源。
考虑量化误差的影响，要达到准确曝光的期望是：让曝光正好处于“某种”平衡亮部和暗部的正中间，并且尽可能多地记录细节，所以颜色空间中的亮度是以心理感知的灰进行线性量化的。于是有了 gamma 校正。若满量程为 255，那么 127 或 128 表示的就是中间灰了。即颜色空间中的“中间灰”也就处在亮度维度的中间段上来源。基本上可以把 Gamma 校正认为是人眼对暗部更加敏感、而硬件内存又不足下的妥协来源。
从上面的论述也可得出，RGB 颜色空间对人眼来说并不是线性的。
由于人眼系统特性，观察同样亮度不同颜色的物体时，绿色会显得更亮来源。
当代显像管荧光剂采用了“709 号建议书”中提出的标准（在第 17 节中有描述）。用来计算 CIE 光亮度（不带 ' 符号）的三原色权重为：
五、参考¶
- 宁思潇潇. 摄影笔记[M]. 人民邮电出版社, 2015.
- GB T 5698-2001 颜色术语
- 张茂军. 计算摄像技术[M]. 科学出版社, 2021.
- 钱元凯. 摄影光学与镜头[M]. 浙江摄影出版社, 2020.