牙科比色：牙齒色彩的科学确定.doc

QZQuintessenz Zahntechnik (特别版) 牙齿色彩的确认 2004.07.30The Determination of the Tooth Colors Andres Baltzer, Vanik Kaufmann-Jinoian 以下的图解我们见到一个垂直线上有四个箭头和一只香蕉，这跟路标很相似. 箭头从垂直标竿的中心点往外面向不同的方向伸展出去. 垂直标竿由下到上续渐变亮. 香蕉定位在一个较光亮和近红黄的色彩区域上. 如果有人想利用这路标寻找这只香蕉, 他会在浅红和浅黄中间的区域找到它. 图一: 色彩路标: 垂直标竿由下至上变得明亮; 四个箭头指向不同的色彩方向(篮、红、黄). 香蕉是在垂直标竿光亮的位置并在红色和黄色之间. 这象征着一个抱括了所有自然牙齿色彩的色彩空间. 每天跟颜色一起工作的人,如牙科技师和牙医都能看到这图上标竿和香蕉的一些连系. 不难发现那四个色采方向和亮度（黑白）标竿带出了一个抽象变异的立体色彩空间. 这就是颜色度规的 L*a*b 系统了. 所有能被人类肉眼看到的颜色都集结在这个色彩空间内. 在垂直黑白标竿的中间点上，有一个灰色水平面, 在这水平面上有一绿红轴( a-axis) 和 一蓝黄轴(b-axis)分别往相反方向伸出. 色彩由黑白标竿没有色彩的中心点伸展到外边色彩渐密的区域. 换言之, 在黑白轴上位置越高，颜色越光亮; 位置越低，颜色越黑暗. 那香蕉代表了所有自然牙齿色彩在色彩空间的每个区段或定位. 它的形状更象征着自然色彩的现象. 不同牙齿色彩的主要分别在于它们的亮度. 正因为这样, 色彩空间是相对着垂直亮度轴的, 它的扩展就像一只香蕉, 较光亮的牙齿会在偏高的位置,而较黑暗的牙齿就要在偏低的区域才找到.颜色较深的曾集在香蕉偏外面曲线的区域, 亦即是在L-axis上离无色中心点较远的位置. 带红的牙齿向着a-axis, 而带黄的牙齿则向着b-axis. 这个L*a*b 系统的历史很有趣因为它也是文化历史的一部分. 一些人不能抗拒探讨色彩理论和系统的物理学、神经生理学和心理学. 不会有人忘记Goethe拒绝相信牛顿在五十年前所提出和被科学界一至接受的物理研究结果。

这位着名诗人在他的一首诗中拒绝了幻想物理学家的理论：" 打算划分光的那些人必定 是愚馫的"二百年来,物理学家，生理学者和哲学家都写了不少文章或公开讲说关于Goethe 反对牛顿(Isaac Newton)的不智辩论现代研究结果终于能够把在这个物理与颜色悟性理论之间的争论画上一个句号. 在Goethe时代,人们不知道很多东西都是密切相关的.在二十世纪初,人们都决心找一个客观确认颜色的方法这系统要一方面根据肉眼能力来确定配比的颜色，而在另一方面则可利用数学来计算配比颜色的位置兴每原色的联系科学家渴望有一个不需要任何样本的颜色系统，因为用一个颜色样本跟另一个标准样本比较是一个永远主观的过程. 再者，样本退色后就更加没有功用了. 国际委员会CIE(Commission Internationale d’Eclairage)被批准建立一个用数学定义的精确及客观的标准颜色表Fig. 3 Left: Maxwell’s red-green-blue (RGB) triangle: every mixed color is in the center of the line which links the components to bemixed. Right: visual presentation of quantitative mixing of the red-green-blue proportions for the mixed color S这个标准颜色表是根据物理学家詹姆斯，麦斯韦(James C. Maxwell) 的颜色三角理论。

在1859年,这位苏格兰物理学家介绍了他的颜色视觉理论.亦被认为是色度测量(色度学)的起点 在他的理论上，他指出，所有颜色都是从三个光谱颜色(红色、绿色和蓝色) 混合获得的他放了三原色(红色、绿色和蓝色)在一个等边三角形的角点上,所有混合的颜色都显示在连接角点的线上(图三,左) 总三角上混合颜色点(S)和总三角的色边决定了每原色在等边三角形区域的定量 使用总三角的三角栅格，可以解释得更加清楚(图三,右)混合颜色S在麦斯韦(Maxwell' s)的三角红色的比例定量(proportion)有9个小三角，绿色有16, 蓝色有49如果S点在Maxwell'三角的蓝色顶点; 混合后的颜色就会是纯净的蓝色因为那儿已没有红色和绿色的比例定量了.Maxwell' s RGB三角内颜色之间的几何联系和距离有精确的意义. 它是基于以下的精神物理的测量 (psycho-physical measurements): 使用标准的发光物，测试人准备各种各样由红色、绿色和蓝色混合的色彩，直到颜色与样本匹配 相应地获得了颜色悟性的三个因素:l 观察者 (有标准视觉的人)l 发光体 (由色温作定义 degree Kelvin)l 物体 (由它的固有颜色作定义所有由另外的发光物(强光)所反射的都会被消除 各混合色彩可以取决于三价值(values)R,G和B，叫作三色值(tristimulus values)。

相应地，这三值可变成描述颜色的三个特性： 色值、色彩密度和光值Fig. 5 Standard color tables representing the planes with decreasing lightness. The diagrams show how colors look like if there is less light. This color space is referred to as CIE-1931 system or sim- ply “color bag”.如果实验结果被输入三角，那么我们在三角形的角落将找到三种颜色红色、绿色和蓝色，而所有不同混合颜色就位于三角里面这些颜色朝三角形的中间加起来就得到纯净的白色从这基本的概念开始， CIE发展了色彩图表color chart(标准颜色表，标准原子价值系统) Maxwell的传统三色值 RGB被转换成三个新的单位x， y和z 新的程式会在附录简短地描述 在这新色彩图表，x值代表水平轴和y值则代表垂直轴图4) 在z轴上, 这x-y图只是色彩空间的一个平面,它代表了光的感知 如x-ｙ平面在z轴较中心(零点)的位置,色彩便越来越暗， ie，对应的图代表了在较少光下色彩看起来是怎样的。

但在科学术语上这个彩色空间名为”color bag”. (1931 CI系统) fig.5在工业用途上, 不只色彩测量是重要的颜色的分别亦是不能忽视的 原因是理所当然：一位顾客在订单上向生产商要求一个期望的物体(例如汽车)需要是某一种颜色(例如冰绿色)而这颜色更能匹配到第二个(已经存在)的颜色物体, 然而，小许的偏差是可容忍的不幸地，色度学着名颜色袋子(color bag)是一简单渐进图因此不可能以此来确定颜色的区别. 的确，这个缺点，尤其是在代表绿色和聚集红色，紫色和蓝色入三角的角落，总是被批评的Fig. 4 Standard Color Table (CIE 1931): The colors of the spectrum are situated horseshoe-like around the absolute white point, the so-called achromatic point. Towards the outer region the degree of saturation resp. the intensity of the color (chroma) increases. Each point inside the horseshoe represents a type of color. If a straight line is drawn from color type A to color type B, additive mixing of colors allows to obtain only those colors which are on the straight line. For instance, no yellow light can be mixed from blue-greenand red light.从六十年代开始,技术文章一再提出了一些能计算颜色区别的程式，这些程式都得到不同程度的采纳和应用回面. 在1976年，一个新的系统涌现了，由CIE推荐的,名为CIE L*a*b。

这被非自亮性物体例如纺织品、油漆和塑料物体广泛地采用附录内简单的描述如何转换单位 CIE L*a*b系统看来是适用于履行工业要求这个颜色系统在图2说明了另一个能容易地说明CIE L*a*b系统的是L*C*h参数(parameters)用这个方法L*a*b的彩色空间内颜色分布惟持不变; 只是颜色在彩色空间内的定位是用不同的方式计算L*a*b系统上颜色的定位是由座标L、a和b.的距离来决定的在L*C*h系统上颜色的定位是定义于L值(亮度，颜色点在L座标的高度)，与角度C(颜色强度/密度，L座标与颜色点的距离)和角度h (色值、轴+a和颜色点的角度)可以在图6 和 7看到两个系统的对比同一颜色点S分别用左边L*a*b参量和右边L*C*h参量画出. 图8解释以下方程式如何把 L*a*b转换成L*C*h. Conversion of L*a*b into L*C*h (in the quadrant, +a / +b’)6L*C*h* | L (Value) remains L | C (Chroma) = Ö a2 + b2 | h (hue) = sin(h) = b/Ö a2 + b2当确定牙齿色彩时，主要焦点在评估3个参量:亮度(L)，颜色强度(C)和颜色色值(h)的交互作用。

实际使用颜色时,使用L*C*h比较简单，因为他们直接地引用相关的颜色特征,亮度(L)，强度(C)和色值(h)色彩密度不需要用以上的程式计算因为参量C已能表达得到至于色值，那是从红色(+a) 转移往黄色(+b)，参量h的角度能更加容易地表达出来Fig. 6 and 7 The L*a*b color space and the L*C*h color space are identical with regard to thedistribution of colors. Only the localization of the color points has been ca。