数字图像处理-常用的色彩模型.ppt

,.,*,*,1,数字图像处理,-,色,彩模型,.,颜色是什么,人类解析颜色是根据光源，光线反射的主体，和观察者 的眼睛和脑,光线进入眼睛在视网膜转化 成神经中枢的信号，再经由 视觉神经到达脑部。眼睛回 忆三种红、绿、蓝原色和头 脑解析颜色，就如同綜合以 上三种信号。解析颜色的变 化极大，完全是根据外在的 环境而定。当一样的颜色经 由日光或是烛光所看到的颜 色会不一样。然而，人类的 势力可适应于光线的来源，可以让我门在两种情況下決 定同一种颜色。,2,.,颜色是什么,如同气味、声音、味觉和其它的感觉，每个人对颜色的解析度也 极为不同。我门可能解析颜色为温暖的、寒冷的、重的、轻的、柔软的、強硬的、放松的、明亮的或是暖和的。然而，在每一个 个案中的颜色解析是根据一个人的文化、语言、年龄、性別、居 住环境和过去的经验等等。两个人永远不会对单一一个颜色有完 全一致的印象。甚至在显而易見的光线中，每个人对光线的敏感 度也不一样。,物件的尺寸也会造成其差异性。每个人可能都有此经验，当我门 根据样品的色卡选购衣服或是器具，往往会发現产品原本的颜色 和从样品中看到的颜色是有差异的。,現在对光线的定义是解析物件照明的传递意义。当我门的眼睛被 物件的反射光线所刺激，我门解析对光线的认知如同光线。,3,.,颜色光谱,光线是一种电磁波，就像在广播和通讯 所用的音波。改变光线的特色是根据电 磁波的长度，范围是从音波经由显明的 光线到加瑪射线。光波所帶来的能量大 约是,400-700 nm(,十亿分之一公尺是一 种用来测量光线波长的单位,),会刺激人 类视网膜的神经末稍产生颜色的刺激。国际照明学会（,CIE,）定义,显明的光线,的波长是从,380,到,780 nm,。人类在白 天解析的光线是,白光,，它是一种从,400 nm(,蓝色,),到,700 nm(,红色,),显明 光线的混合,当白光通过三稜镜时，光线是绕射的而且是分裂成七种颜色的彩虹。当这个光,线击中主体时，一部份的光线是会反射的。我门所看到反射的光线就是主体的,颜色。,4,.,人类解析颜色构造,(,视神经和脑,),当光线反应主体而进入人类的眼 睛时，它经由视网膜中的神经末 稍反应，再将讯号传送到脑中。一些神经末稍反应对光线和色度 敏感，和其它到红色、绿色和蓝 色波长。当收到那些讯息时，脑 部开始解析颜色。当那些神经功 能受到损伤时，便会产生对颜色 的盲目或是异常的三色收差。,A:,角膜,B:,水晶体,C:,玻璃主体,D:,视网膜,E:,视神经,一些动物无法在黑暗中看到任何东西，而在其它狀況下可以看得非常清楚。狗和猫无法 辨识颜色，以上所有的差异都是決定于视神经的功能。,光线经过眼球的角膜和瞳孔，形成了在视网膜的影像，并且刺激视神经系統。,5,.,颜色的特质,颜色三个要素：色调（,Hue,）、饱和度,(Saturation),和亮度,(Brightness),色调,色调是指基本的颜色，例如红色、黃色、绿色和蓝色。这可以由色调圓 周从红色到绿色到蓝色再回到红色。,亮度 亮度是指颜色的相对亮度或是暗度。它是由物理表面接收光线反射的程 度所決定。通常亮度越高，颜色变得越淡。,饱和度,饱和度是指颜色呈現的明显度。它的测量是无色,(,中性色,),和同样亮度 的程度不同。饱和度越低，颜色变得越灰色。当饱和度变成零时，颜色 是灰色。,易染色的颜色和无色 无色的颜色是白色、黑色和中间的灰色。它门缺乏色调饱和度。,易染色的颜色是我门所有看到有,颜色,的事物；所有除白色、黑色和灰 色之外的颜色。,6,.,亮度,在一个影像中所包含的光线数量。亮度显示色彩有多亮或多暗；粉红色 是一种较浅的红色，反之，褐红色則是较暗的红色。,增加或减少亮度，会使整体的影像变为较亮或较暗。,Original Image,Increase Brightness,Decrease Brightness,7,.,Contrast(,对比度,),在指影像中的明亮区域与阴暗区域的明度比率。所以当对比提高时，明 亮的区域会变得更亮，而阴暗的区域会变得更暗。相反的，当对比降低 时，介于明亮区域与阴暗区域间的阴影会相对的減少。这个特性者要是 用来增加或減少较亮区域与较暗区域间的差距。,Original Image,Increase Contrast,Decrease Contrast,8,.,标准色轮,A:,色调,B:,亮度,C:,饱和度,9,.,颜色温度,颜色和温度有著非常密切的关係。在高温燃 烧所产生火焰的颜色是蓝色；在低温燃烧所 产生火焰的颜色是红色。测量,颜色温度,是用来決定当我门看到颜色时对光线的主要 数值。颜色温度是以根据在称为黑色物体可 吸收所有光线的影像主体，并以克尔文氏绝 对温度来表示。,中午的太阳温度是,5,000,克尔文氏绝对温度；早上或傍晚时的温度是,4,000,克尔文氏绝对 温度。白天荧光灯的温度是,6,500,克尔文氏,绝对温度，而平均的电脑荧幕也是,6,500,克 尔文氏绝对温度。,数字越小，表示越接近红色；数字越大，表 示越接近蓝色。这解释了为什么同样一件红 色的衣服在戶外和在室內荧光灯下所看到的 颜色会有所不同。,10,.,测量颜色和比色法,每一个人有不同的方式解析颜色。我门的环境 对我门解析的影响也是极为巨大的。那么我门 应该如何传达正确有关颜色的讯息给其它的人？,既然颜色包括电磁波，它门可以根据物理原理 而比较。我门可由建立标准的光线来源开始。一張轻巧的桌子或是观察者都是标准的光线来 源。几种不同的标准光线来源是可以被建立的，例如光线来源是相当于影响云或是天空的平均 免于太阳的光线,(5,000,克尔文氏绝对温度颜 色温度,),。颜色是由那些标准的光线来源所测 量的。,测量颜色也可以利用称为分光光度計的特殊仪器测量。不管何时需要精确的颜色管理时，,例如在汽车的颜色等等，都可以用此种测量方式,11,.,纸张和色彩,每在彩色打印机的商业打印环境中，常常需要使用一般纸以外的打印材料，例如 金属片和相片纸等。不同颜色、平滑度的材料，会产生不同的打印效果。同样的，如果您使用高品质的平滑或光面白色打印用纸，可以让打印结果拥有相片一般的 效果,一般纸张,相片纸张,12,.,纸张和色彩（续）,一般纸张,喷墨专用纸张,13,.,常用的颜色模型,颜色模型指的是三维颜色空间中 的一个可见光子集。常用的颜色 模型,1.RGB,颜色模型,(CRT,电视,),2.CMY,颜色模型,(,印刷行业,),3.HSV,颜色模型,(,人眼模型,),4.CIE,颜色模型,14,.,1.,光线的红绿蓝三原色,Tri-Original Color,人类的眼睛解析,400-500 nm(,十 亿分之一公尺,),的波长为蓝色，,500-600 nm,的波长为绿色，,600-,700 nm,的波长为红色。在电脑产業,中有非常著名的红绿蓝三原色，縮 写为,RGB,。,在自然界中所包含的所有光线都可以 在不同的密度中结合红绿蓝三原色而 再制。混合,100%,所有三种颜色会产生 白光。降低每一个成分到,0%,会导致无 光或是黑色,颜色再制是在不同的容积中添加红绿蓝三原色，又称之为加色的混合。这个原則是在录影,机和电脑显示器用来再制颜色。,15,.,红绿蓝彩色立方体,G,R,B,g=(0,1,0),r=(1,0,0),b=(0,0,1),w=(1,1,1),k=(0,0,0),y=(1,1,0),m=(1,0,1),c=(0,1,1),16,.,1.,红绿蓝三原色的减法,白光是由混合,100%,所有红绿蓝三原色所产 生的。減去红色会产生蓝绿色,(,蓝色和绿 色的混合,),。減去绿色会产生紫红色，減 去蓝色会产生黃色。当主体吸收红色和反 射蓝色和绿色，而解析的颜色是蓝绿色。,颜色的表达是由从白色的光线中減去其中 的一种成分，这又称之为负色法混合。,经由负色法混合方法去再制图画或染图：当染色或颜料吸收红色和反应绿色和蓝,色，可以看到蓝绿色。当它吸收绿色反应红色和蓝色，可以看到紫红色。当它吸 收蓝色反应红色和绿色，可以看到黃色。蓝绿色，紫红色和黃色是三种原色用在 減色法的混合方式。,当再制负色法的颜色时，通常都常会添加黑色，组成了四个颜色的色彩模型。,17,.,2.CMYK,颜色模型,在自我发光的输入设备颜色，例如电视和电 脑显示器，是由混合了红绿蓝三原色而形成 的，但是颜色再制的媒介，例如印刷工作是 由吸收一些波长和反应其它的功能。,打印机和其他周边使用的一种色彩模式。有 四种颜色的墨水：蓝绿色,(C),、红紫色,(M),、黃色,(Y),和黑色,(K),，混合後可以产生所有 的颜色。理論上，结合蓝绿色、红紫色和黃 色就可以产生所有的颜色。然而实际上这些 颜色却无法产生真正的黑色，所以我门便加 上黑色墨水以提供打印时使用的纯黑色。,当红绿蓝三原色被混合时，会产生白色，但是当混合蓝绿色、紫红色和黃色三原色时会产生黑,色。既然实际用的墨水并不会产生纯正的颜色，黑色是包括在分开的颜色，而这模型称之为,CMYK,。可再制颜色的色彩范围是比红绿蓝三原色狹窄，所以当红绿蓝三原色资料转換到色彩模 型资料，颜色显得更脏。,18,.,2.CMYK,颜色模型用于打印,19,.,3.HSV,颜色模型,按照,1854,年发表的格拉斯曼,(H.Grassmann),定律，从视觉的 角度，颜色包含三个要素：色调（,Hue,）、饱和度,(Saturation),和亮度,(Brightness),。,色调,(Hue),也称色彩，就是我们通常所说的红、蓝、紫等，是使一种颜色区别 于另一种颜色的要素；,饱和度,(S,a,tur,a,ti,o,n),颜色的,纯,度；,亮度,(,B,ri,g,htn,e,ss,V,al,u,e),也叫亮,度,，,即,光的强,度,。,彩色图,形,显,示,器（,CRT,）上每个象,素,是,由,红、绿,、,蓝,三种荧,光,点,组,成。,20,.,4.CIE,颜色模型,白颜色模式是由国际照明学会制訂的。它门是 一具人类的眼睛对红绿蓝三原色的反应，而去 設計能正确的表示人类对颜色的解析程度。,那些颜色模型是用来定义所謂獨立设备裝入命 令颜色，也就是能在任何型式的设备裝入命令 忠实的再制，例如扫瞄器、显示器，和打印机。它门之所以会被广泛運用的原因是因为容易在 电脑上瞄述广泛范围的颜色。,最著名的模型有,CIE,XYZ,与,CIE,L*a*b,。,21,.,4.CIE,颜色模型,-CIE XYZ,CIE XYZ,颜色模型又称基准颜色模 型是于,1931,年发展出来的。,CIE XYZ,颜色模型是以两度空间来表示，其形狀非常类似風帆的样子。,在,x,轴最右边是红色区和,y,轴上的绿 色区连接。您可以在这座标上选择 任何一点作为你要的颜色。在座标 上愈往左移动即会減少光谱的色彩。在这座标內唯一不被影响的只有色 彩的亮度。,CIE XYZ,坐标图,22,.,4.CIE,颜色模型,-CIE XYZ,红绿蓝的刺激量为,X,Y,Z,定义系数为,x=X/(X+Y+Z),y=Y/(X+Y+Z),z=Z/(X+Y+Z),其中,x+y+z=1,横坐标是红色系数，纵坐标是绿色系数,400nm,到,700nm,的直线上是不可见光,图中每个点对应一种颜色,边界上的电是纯颜色，移向中心表示混 色的白色增加而纯度（饱和度）降低,图中任意,2,端点的直线上的各点表示将 这,2,端点所代表的颜色相加可以组成的 颜色,23,.,4.CIE,颜色模型,-CIE XYZ,图中,C,点对应白色，由 三原色各,1/3,组合产生。,P,点的 色度坐标,x=0.48,y=0.40.,由,C,通过,P,画一条直线到边界上的,Q,点（约,590nm,），,P,点颜色的主 波长为,590nm,，此处光谱的颜 色即,Q,点的色调（橙色）。,P,点 位于从,C,到纯橙色点的,66,的 地方。所以饱和度为,66,24,.,设备的颜色范围,可見光中包括几百万种顏色，但 是并不是所有的顏色都可藉由您 的电脑显示器或是打印机墨水重 制。,显示器和扫瞄器是利用,RGB,三原 色模式，而彩色打印机和印刷品 則是利用,CMY,三原色，蓝绿色、红紫色、黃色，每一种都有不同 范围的重制顏色。,CMY,三原色模式的重制范围是最 窄的一种。在电脑荧幕上看起來 极佳的,RGB,顏色，有時会因为转 換到,CMYK,模式进行彩色打印而变 的模糊不清。这是因为在显示器 中影像所包含的顏色无法在,CMYK,的模式下重制,。,每一个设备的色域,(CIE,色域图,),A:,人类眼睛的色域,B:,彩色底片的色域,C:,电脑显示器的色域,D:,打印的色域,25,.,4.CIE,颜色模型,-CIE L*a*b,CIE L*a*b,是,CIE XYZ,颜色模型的改善。,1931,年国际照明委员会（,CIE,）制定的颜色度量国 际标准的基础上建立的。,1976,年，这种模型 被重新修订并命名为,CIE L*a*b,。,L*a*b,颜色设计为与设备无关；不管使用什么 设备（如显示器、打印机、计算机或扫描仪）创建或输出图象，这种颜色模型产生的颜色都 保持一致。,它的,L(,发光性,),，,a(,绿色到红色,),和,b(,蓝色到黃 色,),是由数字所显示。在和,XYZ,比较，,CIE L*a*b*,颜色和人类所看到的颜色是较为相容的。在,CIE L*a*b*,，颜色发光性,L,，色调和饱和度,a,、,b,是可以个別的被校正；因此影像的整体颜色 可以在不改变影像或是其发光性下而改变。因 为,CIE L*a*b,是獨立的设备裝入命令，当红绿 蓝三原色改变至色彩模型或是色彩模型改变至 红绿蓝三原色，软体要求改变是必須先经由,CIE L*a*b*,彩色模式。,L:,发光性,a:,从绿色到红色,b:,从蓝色到黃色,26,.,4.CIE,颜色模型,-CIE L*a*b(,续,),在,Photoshop,的,Lab,模式（名称中去掉了 星号）中，光亮度分量,(L),范围可以从,0,到,100,，,a,分量（绿,-,红轴）和,b,分量（蓝,-,黄轴）范围可以从,+120,到,-120,。,可以使用,Lab,模式处理,Photo CD,（照片光 盘）图象、单独编辑图象中的亮度和颜色值、在不同系统间转移图象以及打印到,PostScript(R)Level 2,和,Level 3,打印机。要将,Lab,图象打印到其它彩色,PostScript,设备，请先将其转换为,CMYK,。,Lab,颜色是,Photoshop,在不同颜色模式之间 转换时使用的内部颜色模式,。,27,.,Photoshop,中的色彩模型,在,Photoshop,中，颜色模式决定用来显示和打 印,Photoshop,文档的色彩模型。,Photoshop,的 颜色模式以建立好的描述和重现色彩的模型为基 础。常见的模型包括,HSB,（表示色度、饱和度、亮度）；,RGB,（表示红、绿、蓝）；,CMYK,（表示 青、洋红、黄、黑）；以及,CIE L*a*b*,。,Photoshop,也包括为特别颜色输出的模式，比如 索引颜色和双色调。除确定图象中能显示的颜色数之外，颜色模式还 影响图象的通道数和文件大小。,28,.,HSB,模型,基于人类对颜色的感觉，,HSB,模型描述颜色的 三个基本特征：,色度，是从物体反射或透过物体传播的颜色。在,0,到,360,度的标准色轮上，色度是按位置度量的。在通常的使用中，色度是由颜色名称标识的，比如红、橙或绿色。,饱和度，有时也称彩度，是指颜色的强度或纯度。饱和度表 示色度中灰成分所占的比例，用从,0%,（灰色）到,100%,（完 全饱和）的百分比来度量。在标准色轮上，从中心向边缘饱 和度是递增的。白、黑和其他灰色色彩都没有饱和度的。在 最大饱和度时，每一色调具有最纯的色光。,亮度，是颜色的相对明暗程度，通常用从,0%,（黑）到,100%,（白）的百分比来度量。为,0,时即为黑色。最大亮度是色彩最 鲜明的状态。,29,.,RGB,模式,Photoshop,的,RGB,模式使用,RGB,模型，给彩色图象中每个象素的,RGB,分量分配一个从,0,（黑色）到,255,（白色）范围的强度值。例如，一种 明亮的红色可能,R,值为,246,，,G,值为,20,，,B,值为,50,。当三种分量的值 相等时，结果是灰色。当所有分量的值都是,255,时，结果是纯白色；而,当所有值都是,0,时，结果是纯黑色。,RGB,是色光的色彩模式。,R,代表红色，,G,代表绿色，,B,代表蓝色，三种色彩 叠加形成了其它的色彩。因为三种颜色都有,256,个亮度水平级，所以三种 色彩叠加就形成,1670,万种颜色了。也就是真彩色，通过它们足以在现绚 丽的世界。,30,.,RGB,模式,(,续,),在,RGB,模式中，由红、绿、蓝相叠加可以产生其它颜色，因此该模 式也叫加色模式。所有显示器、投影设备以及电视机等等许多设 备都依赖于这种加色模式来实现的。,就编辑图象而言，,RGB,色彩模式也是最佳的色彩模式，因为它可以 提供全屏幕的,24bit,的色彩范围，即真彩色显示。但是，如果将,RGB,模式用于打印就不是最佳的了，因为,RGB,模式所提供的有些色 彩已经超出了打印的范围之外，因此在打印一幅真彩色的图象时，就必然会损失一部分亮度，并且比较鲜艳的色彩肯定会失真的。这主要因为打印所用的是,CMYK,模式，而,CMYK,模式所定义的色彩要 比,RGB,模式定义的色彩少很多，因此打印时，系统自动将,RGB,模式 转换为,CMYK,模式，这样就难免损失一部分颜色，出现打印后失真 的现象。,31,.,CMYK,模型,当阳光照射到一个物体上时，这个物体将吸收一部分光线，并将 剩下的光线进行反射，反射的光线就是我们所看见的物体颜色。这是一种减色色彩模式，同时也是与,RGB,模式的根本不同之处。不 但我们看物体的颜色时用到了这种减色模式，而且在纸上印刷时 应用的也是这种减色模式。按照这种减色模式，就衍变出了适合 印刷的,CMYK,色彩模式。,CMYK,模型以打印在纸张上油墨的光线吸收特性为基础，当白光照 射到半透明油墨上时，部分光谱被吸收，部分被反射回眼睛。,理论上，纯青色,(C),、洋红,(M),和黄色,(Y),色素能够合成吸收 所有颜色并产生黑色。由于这个原因，这些颜色叫作减色。因为 所有打印油墨都会包含一些杂质，这三种油墨实际上产生一种土 灰色，必须与黑色,(K),油墨混合才能产生真正的黑色。（使用,K,而不是,B,是为了避免与蓝色混淆。）将这些油墨混合产生颜色叫 作四色印刷。,32,.,CMYK,模型,(,续,),减色,(CMY),和加色,(RGB),是互补色，每对减色产生一种加色，反之亦然。,在,Photoshop,的,CMYK,模式中，每个象素的每种印刷油墨会被分 配一个百分比值。最亮（高光）颜色分配较低的印刷油墨颜色百 分比值，较暗（暗调）颜色分配较高的百分比值。例如，明亮的 红色可能会包含,2%,青色、,93%,洋红、,90%,黄色和,0%,黑色。在,CMYK,图象中，当所有四种分量的值都是,0%,时，就会产生纯白色。,要用印刷色打印制作的图象时，使用,CMYK,模式。将,RGB,图象转 换成,CMYK,就产生分色。如果您是从,RGB,图象开始的，最好先编 辑之后再转换成,CMYK,。在,RGB,模式中，您可以使用,“,CMYK,预览,”,命令模拟更改后的效果，而不用真的更改图象数据。您也可以使 用,CMYK,模式直接处理从高档系统扫描或输入的,CMYK,图象。,33,.,印刷分色和分色,理論上，把负色法三原色蓝绿色,(C),、红紫色,(M),和黃色,(Y),依照,100%,的比例混合在一起时，会出 現黑色。但是由于墨水身无法完全纯淨的关係，所以要产生纯黑色是几乎不可能的。因此，印刷 产業在原有的三个颜色墨水外，再加上了一个黑 色,(K),墨水，产生了一种四色墨水的彩色印刷分 色系統。,为了要重制连續色调的影像，彩色的影像必須分 成四个打印色板，每一个色板代表了一个,CMYK,中 的颜色。,分色的原則是应用加色法,RGB,三原色和減色法的,CMYK,三原色的互補关係。舉例来說，如果您要取 出相片中的黃色，您便需要在拍攝相片时在镜頭 加上蓝色的濾镜,(,因为蓝色是黃色的互補色,),。,34,.,替代灰色成分,GCR(,替代灰色成分,),是一种呈現灰色的方式。可以藉由,CMY,墨水的混合，以黑色半色调的方式来呈現灰色的区域。,35,.,Indexed,模式,Indexed,模式就是索引颜色模式，也叫做映射 颜色。在这种模式下，只能存储一个,8bit,色彩 深度的文件，即最多,256,种颜色，而且颜色都 是预先定义好的。一幅图象所有的颜色都在它 的图象文件里定义，也就是将所有色彩映射到 一个色彩盘里，这就叫色彩对照表。因此，当 打开图象文件时，色彩对照表也一同被读入了,Photoshop,中，,Photoshop,由色彩对照表找到最 终的色彩值。,36,.,Photoshop,的颜色设置,R,G,B=(207,112,159)HSB=(330,46,81),R,G,B=(43,23,33)HSB=(330,46,17),Hue,色调,Brightness,亮度,Saturation,饱和度,37,.,Photoshop,的图象分量,=,R,G,B,+,+,R,分量,G,分量,B,分量,38,.,