代表顏色的三個重要物理量是色相、明度和彩度。
1.色調(也稱為色調)
色調是顏色的主要指標，也是區分彼此的重要參數。紅、橙、黃、綠、青、藍、紫等混合色用不同的色調來區分。色相的劃分不是絕對的。壹般有6色，8色，20色，100色。但無論有多少種顏色，都只有壹種劃分方法，就是將每種色調按照太陽光譜中的波長順序排列，形成色譜帶(見圖1-4-4)。彩色寶石的色調取決於對可見光的選擇性吸收。
圖1-4-4 GIA 31色環圖
音調的混合律是由單壹音調組成的寶石，自然界中幾乎不存在。大多數寶石的顏色是由不同波長的色調組合而成的混合色。色調混合主要表現為以下三種:加色混合、減色混合和中性混合。下面只討論與寶石色調相關的加減混合。
加色混合是指將三原色(R、G、B)以不同的比例混合，以獲得更多的色調。加法混合效果是由人的視覺器官協調的，所以是壹種視覺混合。添加劑混合可以提高寶石的色調和亮度，但其飽和度保持不變。三原色可以按壹定比例混合成白色(見圖1-4-5)。為了標準化，CIE(CIE是法國國際委員會del 'eclairage的縮寫)規定紅色、綠色和藍色的波長分別為700nm、546.1nm和435.8nm。通常以光通量為1瓦的紅色原色光為基準，所以要匹配白光，妳需要4.5907瓦的綠光和0.0605438+0瓦的藍光，白光的光通量為:φV = 1+4.5907+0.0601 = 5.6508瓦。
減色混合是指Y、M、C三原色以不同的比例混合。混合後顏色成分越多，黑色濁度越大。三原色按壹定比例混合在壹起就是黑色(見圖1-4-6)。最常見的12色相環是由加色和減色混合而成的(見圖1-4-7)。
圖1-4-5三原色(R，G，B)
圖1-4-6顏料的三原色(R，G，B)
圖1-4-7 12色環
2.亮度值
亮度是指光線在寶石上的穿透和反射程度，相當於它對於壹個光源的亮度。亮度是人眼對寶石表面的明暗感覺。壹般來說，寶石的光反射率越高，亮度越高。
3.飽和度(也稱為色度)
指寶石顏色的純度。可見光譜中各種單色的飽和度最高。當光譜色中加入白光時，飽和度降低，純白的飽和度等於零。飽和度通常用Pe來表示。色相、明度和飽和度的關系見圖1-4-8。
圖1-4-8色相、明度和彩度的關系
二、寶石顏色的測量
寶石顏色的量化或測量是非常復雜的，它涉及到觀察者的視覺生理和心理，光照和觀察條件。顏色的定量表征系統稱為表面顏色系統。
CIE色度系統和孟塞爾色度系統是顏色定量測量中常用的系統。壹般來說，兩種系統測量的對象是不同的:CIE(國際照明委員會)色度學系統側重於測量有色光，而Muntz系統測量的是物體的表面顏色。色度系統主要用色度坐標來描述光譜顏色和光譜混合色的亮度、色相和飽和度。現代色度學系統采用壹套由CIE規定的顏色測量原理、數據和方法，即CIE標準色度學系統。孟塞爾顏色系統是壹種用彩色立體模型表示表面顏色的方法(表面顏色系統)。它能以三維坐標形式表示表面顏色的三個基本特征:色調、色相和飽和度。
1.1931 CIE-XYZ顏色體系
如果色光是單壹波長的光，那麽匹配得到的數就是這個單色光的刺激值。如果波長在整個可見光範圍內，則得到刺激值隨波長的變化，稱為光譜三刺激值。CIE-RGB光譜的三刺激值是由317正常視力人用CIE規定的紅、綠、藍三原色進行特殊的混色匹配實驗得出的，等效光譜顏色範圍為380nm-780nm。匹配光譜的每個波長對應的紅、綠、藍三原色的個數稱為CIE-RGB光譜的三刺激值，記為r(λ)，g(λ)，b(λ)。因此，匹配某壹波長λ的等能光譜色C(λ)的顏色方程為
C(λ)=r(λ)(R)+g(λ()G)+b(λ)(B)
在顏色匹配實驗中獲得的R、G和B的值稱為顏色三刺激值。在XYZ標準色度體系中，自然界中任何可以觀察到的顏色，如寶石的光源、顏色、透射和反射顏色，都可以用三個參數來表征，即X、Y、Z，表示匹配某種顏色時所用的三原色的數量，即三刺激值。因為三色值X、Y和Z是三個獨立的值，即:
系統寶石學(第二版)
上式中:X，Y，Z是XYZ色度坐標，三個色度坐標中有壹個不是獨立的，所以可以用X，Y直角坐標系來表示各種色度，這個平面圖就是CIE色度圖。
任何顏色(物體顏色或光源顏色)都可以通過加(減)獨立且線性無關的三原色來匹配。實驗表明，用紅綠藍三原色產生其他顏色是最方便的，所以這三原色是最好的原色。三原色的數量用三刺激值(X，Y，Z)表示，Y值代表物體顏色的亮度。CIE標準色度系統使用三刺激值X、Y、Z和色度坐標X、Y、Z來定量表示每種顏色。對於無色或微帶物質，可通過三刺激值計算“白度”(用黃度指數表示)，以表征其顏色狀態。
圖1-4-9 CIE色度圖(a)和CIE色度圖(b)
確定顏色的標準坐標系，稱為CIE色度圖。圖1-4-9中的部分馬蹄形曲線是壹條光譜軌跡，部分馬蹄形曲線內部的所有坐標點(包括閉合曲線本身)都是物理上可實現的顏色。E點稱為“等電位白”，是壹種假想的白光，CIE規定的用於測色的三個標準光源A、C、D位於E點周圍(物體的顏色與照明光源有關)。色度圖上:①馬蹄形曲線是400 ~ 700 nm可見光譜的痕跡，從光譜紅端開始700 ~ 540 nm綠色光譜的痕跡幾乎是壹條直線，然後光譜痕跡突然轉折，顏色由綠色變為藍綠色，在光譜痕跡的尾部短範圍內壓縮藍色和紫色帶；②400 ~ 700nm的直線代表非光譜顏色，是由紫光和紅光混合得到的壹系列深淺不同的紫色和品紅色；③在這個坐標系的三原色點中，紅原色(X)的坐標是X = 1，Y = Z = 0，綠原色(Y)是y=1，x=z=0，藍原色(Z)是Z = 1，X = Y = 0。④y = 0的直線是暗線；⑤E是白光的理論投影點，由X、Y、Z三原色等量混合而成，其色度坐標為Xe = 0.333、Ye = 0.333、Ze = 0.3333，任意壹條通過正點的直線與光譜軌跡相交的兩點所代表的顏色是互補的；⑥C點是CIE標準光源C的投影點，C光源色溫為6774K，代表平均太陽光。
根據顏色色度坐標值和色度圖上的投影點，可以準確理解顏色特征。例如，如果壹顆寶石的色度坐標值為X = 0.16，Y = 0.55，將X和Y投影到色度圖上得到投影點S，交叉光譜曲線延伸到點S’，點S’所表示的波長為511.3nm，這是顏色的主波長，粗略代表人眼。看S點與光源坐標點E的距離，S點越靠近E點，顏色的純度(相當於色度)越低，即顏色越不亮。刺激值中的y值大致代表顏色的亮度。
2.根據標準顏色樣品的表面顏色體系
孟塞爾表面顏色系統(Munsell surface color system)是壹種基於顏色視覺特性的顏色分類和校準系統，作為壹種表面顏色分類和校準的方法，在國際上得到廣泛應用。孟塞爾用三維類球體模型來表示各種表面顏色的三個基本特征:色相、明度和彩度(見圖1-4-10(a))。球體的中軸線代表了非彩色黑白系列中的中性色的明度水平，白色在上，理想的白色明度值為10，黑色在下。如圖所示，彩色立體橫切面上的各個方向代表65，438+00個孟塞爾色調，分別用英文名稱的前綴表示:紅色(R)、黃色(Y)、綠色(G)、藍色(B)、黃色紅色(YR)、綠色黃色(GY)、藍色綠色(BG)、紫色藍色(PB)。細分時，每個色相分為10個等級，從1到10不等。樣品與中軸線的水平距離代表色度的變化，在孟塞爾體系中稱為孟塞爾色度。中軸色度為0，離中軸越遠，色度值越大。
為了便於使用，美國國家標準局和美國光學研究所不斷修訂並出版了孟塞爾彩色圖譜。最新版的孟塞爾彩色圖譜包括兩套:壹套是光面樣品版，另壹套是啞光樣品版。光澤樣本版本* * *包括1450個顏色樣本，以及壹組從白色到黑色的37個中性色樣本。啞光樣本版本包括1150個顏色樣本，32個中性色樣本。
在孟塞爾的地圖集裏，立體色彩和色調的垂直剖面的顏色樣本都列在地圖集的同壹頁上，整個地圖集有40頁。圖1-4-10(b)是帶有5Y和5PB兩種色調的彩色純色垂直剖面圖。如圖，中軸線代表明度等級1 ~ 9，右側為黃色調(5Y)的顏色。明度值為9時，黃色色相最大，此色為5Y9/14。在孟塞爾圖冊中，色彩校準的方法是HV/C，其中H代表色相，V代表明度，對角線後的C代表彩度。比如壹種顏色的標簽是10Y8/12，它的色相是黃色(Y)和綠黃色(GY)之間的中間色，明度值是8，色度值是12。從這些標簽可以知道，顏色是壹種鮮艷生動的綠黃色。
圖1-4-10孟塞爾色立體示意圖(a)和孟塞爾色立體Y-PB縱剖面示意圖(b)
3.Gem對話系統
GemDialogue系統是珠寶行業常用的壹種三維色彩模型系統。該系統通過將各種顏色的塑料薄膜與寶石進行比較，來描述和評價寶石顏色的三要素。GemDialogue色彩手冊由21個透明色標(即色標)和3個色標組成。它可以提供多達60000種顏色標準樣品。21色塊相當於21色調，涵蓋了彩色寶石的主要色調範圍。每個顏色標簽上有10個色密度帶，分別是100，90，80，…，10，代表顏色色度由大到小，甚至近乎無色。彩色口罩有三種:透明黑/灰、不透明黑/白、透明棕。每個彩色遮罩還有10種不同強度的色帶，用來描述隱藏在顏色和不透明寶石中的黑色/灰色調或棕色調的強度。