第三講：數(shù)字圖像處理之顏色

1、數(shù)字圖像處理之顏色空天院 孫彬?qū)W習(xí)目標(biāo)學(xué)習(xí)目標(biāo)1 1、了解顏色的形成原理、了解顏色的形成原理2 2、了解顏色的基本屬性、了解顏色的基本屬性3 3、理解顏色空間、理解顏色空間感知色彩 掃視一下您的周圍，您肯定能發(fā)現(xiàn)好多不同的顏色。那我們到底是怎樣感知這些色彩的呢？ 如果閉上眼睛，在一個(gè)全黑的環(huán)境中，我們是感知不到蘋果的顏色的。 當(dāng)然，你見與不見，它就在那里，不多不少。 所以，如果要看到色彩，有一個(gè)條件是必需的： “光源”。 我們只能在有光的地方看見色彩。 照明源（光源）發(fā)射的光照射到物體的表面。 我們能看到的顏色是因?yàn)槲矬w反射了一部分光線，因此我們所感知的色彩在很大程度上受到了光源光線特征的影響

2、。 在 1670年，牛頓證明了一束白光可以由所有的顏色混合得來。 當(dāng)陽光穿越三棱鏡，會(huì)產(chǎn)生一條如彩虹般的色帶。這條色帶就被稱為色譜。這種分離光的方式稱作“色散”。彩虹就是陽光穿越水汽（水滴）形成的三棱鏡而產(chǎn)生的一個(gè)色譜。了解光 從物理學(xué)的角度來說，光是一種電磁波。這些波的波谷間（波峰間）的距離被稱作波長。 色譜的順序?yàn)榧t、橙、黃、綠、藍(lán)、靛藍(lán)、紫。這是因?yàn)槊恳环N光的波長都是不同的。我們可感知的波長最長的光是紅色光的，而波長最短的是紫色光。人眼可以看到的波長范圍被稱為“可見光”。一、關(guān)于顏色一、關(guān)于顏色 可見光是波長在可見光是波長在380 nm780 nm之間的電磁波之間的電磁波380 nm78

3、0 nm 顏色是視覺系統(tǒng)對(duì)可見光的感知結(jié)果。顏色是視覺系統(tǒng)對(duì)可見光的感知結(jié)果。顏顏 色色 波長范圍波長范圍 /nm/nm紫 435-380可見光是電磁波譜中相對(duì)較窄的波段組成的。一般來說，人類和其他動(dòng)物的視覺系統(tǒng)接收到一個(gè)物體的顏色，是由物體反射光的性質(zhì)決定的。一個(gè)物體反射的光如果在所有可見光波長范圍內(nèi)是平衡的，觀察者來說就是白色。一個(gè)物體對(duì)有限的可見光譜范圍反射，如500570nm范圍的光，吸收了其他波長光的大部分能量，則呈現(xiàn)綠色。顏色從物理上來講，與光的波長有密切的聯(lián)系，可以用波長來定義顏色。顏色是視覺系統(tǒng)對(duì)可見光的感知結(jié)果，它與光有著密切的聯(lián)系。 一個(gè)物體的表面必須與光發(fā)生作用，才能產(chǎn)生

4、顏色的感覺。 在光與物體表面原子相互作用時(shí)，物體吸收了一些波長的光，并反射其余波長的光。光與顏色查看色彩的方式 光源色彩光源色彩 “光源色彩”這一術(shù)語是指光源（如太陽或熒光燈）發(fā)出光的色彩。這時(shí)，我們看到的色彩取決于來自該物體的光中包含了哪些波長。反射色彩反射色彩 物體而不是光源所反射出來的相應(yīng)波長的光的色彩，即是我們看到的“反射色彩”。這種色彩取決于物體反射出來的波長范圍，以及它所吸收的波長范圍。當(dāng)物體吸收了可視色譜上所有波長的光的時(shí)候，它呈現(xiàn)黑色；相反，當(dāng)物體反射所有波長的光時(shí)就會(huì)呈現(xiàn)白色。過濾色彩過濾色彩 “過濾色彩”指光透過某個(gè)物體后的色彩。物體的色彩取決于透過它的光的波長范圍，以及它

5、所吸收的波長范圍。交通燈就是這種過濾色彩的例子。色彩信息 色彩信息通過視覺影響著我們的意圖或決定。 人有5種知覺： 味覺、嗅覺、觸覺、視覺和聽覺。 其中，我們通過視覺所接收到的信息占到全部的87%左右。 而視覺信息中約80%是色彩信息。 這些數(shù)字有力地證明了，我們經(jīng)歷的大部分感覺刺激都是以色彩信息的形式出現(xiàn)的。 簡(jiǎn)單來說，色彩在我們生活中是一種極為重要的存在。人眼之所以能看到色譜，是因?yàn)檫@些特定的波長刺激了人眼中的視網(wǎng)膜，從而能夠感知色彩。人眼的視網(wǎng)膜上有三種椎體細(xì)胞人眼的視網(wǎng)膜上有三種椎體細(xì)胞感紅椎體細(xì)胞感綠椎體細(xì)胞感藍(lán)椎體細(xì)胞我們是怎樣感知到色彩的？ 為什么蘋果看起來是紅色的？簡(jiǎn)單地說，物

6、體將光反射到我們的眼睛中，隨即相應(yīng)信息傳輸至大腦，于是大腦感知到了色彩。 蘋果之所以看起來是紅色的，是因?yàn)樘O果表面反射了紅色的光，而吸收了其它的色光。紅光顯紅色是因?yàn)?綠光顯綠色是因?yàn)橐?、關(guān)于顏色一、關(guān)于顏色顏色的存在包含三個(gè)實(shí)體：光源、物體、觀察者物體經(jīng)光源照射，吸收和反射不同波長的紅、綠、藍(lán)光，經(jīng)由人的眼睛，傳到大腦形成了我們看到的各種顏色。 顏色的形成顏色的形成顏色的描述 左圖是2個(gè)紅色圓圈。 首先，它們都是紅色的。 但是左邊的顏色要比右邊的更亮一些。 而且，左圈的顏色更飽滿一些，右邊則顯得灰暗一些。 因此，顏色可以從不同角度加以描述。 光的物理性質(zhì)：波長（光速，頻率）和幅度 人眼對(duì)色彩

7、的感覺：色調(diào)、飽和度和亮度 色調(diào)波長 亮度幅度 飽和度色光的純度色彩三要素色彩三要素 彩色光作用于人眼時(shí)，視覺上引起彩色光作用于人眼時(shí)，視覺上引起的明暗程度，它與光的發(fā)射功率有關(guān)的明暗程度，它與光的發(fā)射功率有關(guān)。 顏色的種類，取決于該種顏色的顏色的種類，取決于該種顏色的主色波長。主色波長。 色彩的飽和程度，亦稱色彩的飽和程度，亦稱“鮮艷度鮮艷度”、“純凈度純凈度”。純度不夠時(shí)，色調(diào)區(qū)分不明顯，亮度。純度不夠時(shí)，色調(diào)區(qū)分不明顯，亮度也受到影響。也受到影響。亮度（Intensity） 人眼感受到的顏色的光的強(qiáng)度 同一種色塊，在不同強(qiáng)度的白光照射下， 反射的光波波長一樣（色調(diào)相同），但 人眼感覺到的

8、顏色不同。 某一顏色的光，量度很弱，趨于黑色， 反之，趨于白色。二、色彩的屬性二、色彩的屬性描述顏色的種類，反映了觀察者接收到的主要顏色。比如：蘋果是紅色的，檸檬是黃色的，天空是藍(lán)色的。當(dāng)我們考慮不同色彩的時(shí)候，時(shí)常用色調(diào)來表示，這一術(shù)語將色彩區(qū)分為紅色、黃色或藍(lán)色等類別。色調(diào)hue:人眼感覺到物體反射或發(fā)射光波的波長。色調(diào)（Hue） 雖然紅色和黃色是完全不同的兩種色調(diào)，但我們可以混合它們來得到橙色?；旌宵S色和綠色可以得到黃綠色或青豆色，而綠色和藍(lán)色混合則產(chǎn)生藍(lán)綠色。因此，色調(diào)之間是互相關(guān)聯(lián)的，我們把這些色相排列成圈。這個(gè)圈就是“色環(huán)”。黃黃紅紅紫紫藍(lán)藍(lán)藍(lán)綠藍(lán)綠綠綠黃綠黃綠橙紅橙紅紫紅紫紅藍(lán)紫

9、藍(lán)紫色環(huán)顏色的基本特征，它是用以判別物體顏色是紅、綠、黃、藍(lán)，還是中間過渡色的感覺屬性?？梢姽庾V波長不同，表現(xiàn)的色調(diào)也不同。 在色環(huán)中，色調(diào)是連續(xù)變化。飽和度saturation 飽和度saturation：指顏色的純正程度。 與亮度有關(guān)：某一色調(diào)參入白光，色調(diào)不變但飽和度降低 與參入其它顏色的光有關(guān)：飽和度與色調(diào)都會(huì)改變。 純色（可見光譜中包含的一系列單色光）是全飽和的，隨著白光的加入飽和度會(huì)逐漸降低，也即變成欠飽和。不完全飽和不完全飽和 完全飽和完全飽和 不完全飽和不完全飽和 三屬性間的關(guān)系 顏色的三個(gè)屬性（色調(diào)、亮度、飽和度）在某種意義上是各自獨(dú)立的，但在另外意義上又是互相制約的。 一個(gè)

10、顏色的某一個(gè)屬性發(fā)生了改變，那么，這個(gè)顏色必然要發(fā)生改變。 在彩色圖像中：在彩色圖像中： 反映了該顏色的明亮程度。反映了該顏色的明亮程度。 用于描述純色（如純黃色、純紅色），反映用于描述純色（如純黃色、純紅色），反映了觀察者接收到的主要顏色。了觀察者接收到的主要顏色。 反映飽和程度。反映飽和程度。色調(diào)與飽和度兩者合起來稱為彩色，顏色用亮度和彩色調(diào)與飽和度兩者合起來稱為彩色，顏色用亮度和彩色共同表示。色共同表示。彩色彩色有源v.s.無源 哪些物體可以產(chǎn)生顏色？ 能發(fā)出光波的物體，稱為有源物體，它的顏色由該物體發(fā)出的光波決定。 但是有些物體本身是不發(fā)光的，稱為無源物體，它的顏色由該物體吸收或者反射

11、哪些光波決定，提供視覺系統(tǒng)識(shí)別顏色所需要的反射光。比如：計(jì)算機(jī)屏幕等發(fā)光物體，通過發(fā)射不同強(qiáng)度的電子束，產(chǎn)生不同的顏色。但是，彩色印刷或彩色打印的紙張不能不能發(fā)射光線，它們是使用一些能夠吸收吸收特定光波而反射反射其它光波的油墨或顏料。色彩的混合 顏色相加與相減 相加：有源物體發(fā)出某些波長的光波， 這些波長的光波疊加在一起。 相減：白光照在某種顏色的無源物體上，部分 波長的光波被吸收，剩下波長的光波 進(jìn)入人的眼睛。色彩構(gòu)成為了某種目的，把兩個(gè)或兩個(gè)以上的色彩按照一定的原則進(jìn)行組合和搭配，形成新的色彩關(guān)系。現(xiàn)代顏色視覺理論中的三色學(xué)說認(rèn)為人眼的錐狀細(xì)胞是由紅、綠、藍(lán)三種感光細(xì)胞組成的。自然界中的任

12、何一種顏色都可以由這3種顏色值之和來確定。相加混色相加混色 一般把三基色按不同比例相加進(jìn)行的混色稱為相加混一般把三基色按不同比例相加進(jìn)行的混色稱為相加混色。色。 紅色紅色 + + 藍(lán)色藍(lán)色 = = 品紅色品紅色 （9.1 a9.1 a） 紅色紅色 + + 綠色綠色 = = 黃色黃色 （9.1 b9.1 b） 綠色綠色 + + 藍(lán)色藍(lán)色 = = 青色青色 （9.1 c9.1 c） 紅色紅色 + + 綠色綠色 + + 藍(lán)色藍(lán)色 = = 白色白色 （9.1 d9.1 d） 紅色紅色 + + 青色青色 = = 白色白色 （9.2 a9.2 a） 綠色綠色 + + 品紅色品紅色 = = 白色白色 （9.

13、2 b9.2 b） 藍(lán)色藍(lán)色 + + 黃色黃色 = = 白色白色 （9.2 c9.2 c） 所以，一般把青色、所以，一般把青色、品紅色和黃色稱為紅、品紅色和黃色稱為紅、綠、籃三色的補(bǔ)色。綠、籃三色的補(bǔ)色。 補(bǔ)色 補(bǔ)色：從白色中減去顏色A所形成的顏色，稱之為顏色A的補(bǔ)色 （complementary color)。著色原理 既然是減色系統(tǒng)，其著色原理是基于光吸收的，這有別于RGB的光射入的方式。 C與M疊加：同時(shí)吸收了R與G，則為藍(lán)色； C與Y疊加：同時(shí)吸收了R與B，則為綠色； M與Y疊加：同時(shí)吸收了G與B，則為紅色。利用顏料和染料等的吸收性質(zhì)可以實(shí)現(xiàn)相減混色。 黃色顏料吸收藍(lán)光，反射綠光和紅光

14、。因此它在人眼中呈現(xiàn)黃色。 品紅（M） 品紅顏料吸收綠光，反射紅光和藍(lán)光。因此它在人眼中呈現(xiàn)品紅 青色顏料吸收紅光，反射綠光和藍(lán)光。因此它在人眼中呈現(xiàn)青色。油墨或顏料的3基色是：青（Cyan）、品紅（Magenta）和黃（Yellow），簡(jiǎn)稱為CMY。 由光學(xué)三基色（紅綠藍(lán)）的互補(bǔ)色（青、品紅、黃）構(gòu)成了油墨或者顏料的三基色。 同樣，用補(bǔ)色的疊加形成其它顏色，或者說是從白色中減掉相應(yīng)的原色形成其它顏色，因此也稱為減色合成法。顏色的度量 可以用色調(diào)、飽和度、亮度來描述顏色，但是這種描述方式是很主觀的，如何用數(shù)學(xué)方法來定量描述顏色信息呢？ 顏色信息能否量化？ 實(shí)驗(yàn)表明：一些顏色的混合可以產(chǎn)生幾乎所

15、有的可見顏色。 數(shù)學(xué)問題：在一個(gè)什么樣的坐標(biāo)系下，如何定義某種顏色？-顏色空間顏色空間彩色空間彩色空間（1）面向諸如彩色監(jiān)視器、彩色視頻攝像機(jī)和彩色打印機(jī)的硬件設(shè)備。面向硬件設(shè)備的彩色模型主要有RGB模型、CMY（青、品紅、黃）模型和CMYK（青、品紅、黃、黑）模型。RGB模型主要用于彩色監(jiān)視器和彩色視頻攝像機(jī)； CMYK主要用于彩色打印機(jī)。（2）面向諸如彩色動(dòng)畫圖形創(chuàng)作等的彩色處理應(yīng)用。面向彩色處理應(yīng)用的模型主要是HSI模型（hue-saturation-intensity，即色調(diào)、亮度和飽和度）。 （3）面向電視信號(hào)應(yīng)用的，如YUV、YIQ空間RGB顏色空間 原理：三基色原理 光學(xué)三基色：

16、紅（Red，R）綠（Green，G）藍(lán)（Blue，B）數(shù)學(xué)描述：在RGB顏色空間，色光F都可以用R、G、B這3種顏色不同分量的相加混合而成 ，即Fr Rg Gb BRGB顏色空間RGB彩色模型 (0,0,1(0,0,1) 藍(lán)藍(lán)品紅品紅黑黑黃黃 白白青青 (1,0,0)(1,0,0) 紅紅 (0,1,0)(0,1,0) 綠綠R RG GB B灰度級(jí)灰度級(jí)R代表紅色，G代表綠色，B代表藍(lán)色，三種色彩疊加形成了其它的色彩。RGB 顏色空間可以被形象化為一個(gè)立方體（已歸一化）。黑色位于原點(diǎn)處，白色位于離原點(diǎn)最遠(yuǎn)的對(duì)角上，灰度等級(jí)沿著這兩點(diǎn)的連線分布。在RGB坐標(biāo)系中，不同的顏色處在立方體上或者內(nèi)部，并

17、可以用從原點(diǎn)分布的向量來定義。三、顏色空間三、顏色空間最常用的用途就是顯示器系統(tǒng)，彩色陰極射線管使用R、G、B數(shù)值來驅(qū)動(dòng)R、G、B 電子槍發(fā)射電子，并分別激發(fā)熒光屏上的R、G、B三種顏色的熒光粉發(fā)出不同亮度的光線，并通過相加混合產(chǎn)生各種顏色。電子槍電子槍控制電路控制電路熒光面熒光面電子束電子束像像素素發(fā)發(fā)光光點(diǎn)點(diǎn) CTRCTR結(jié)構(gòu)示意圖結(jié)構(gòu)示意圖 CRT的顏色產(chǎn)生在RGB模式中，由紅、綠、藍(lán)相疊加可以產(chǎn)生其它顏色，因此該模式也叫加色模式。所有顯示器、投影設(shè)備以及電視機(jī)等等許多設(shè)備都依賴于這種RGB加色模式來實(shí)現(xiàn)的。2、CMYKCMYK顏色空間顏色空間減減色混合色混合 印刷印刷三原色三原色 CM

18、YCMY青青(C)(C)、品、品(M)(M)、黃、黃(Y)(Y) 顏料是顏料是吸收吸收光線，而不是增強(qiáng)光線，因此顏料的光線，而不是增強(qiáng)光線，因此顏料的三原色必須是可以個(gè)別吸收紅、綠、藍(lán)的顏色，那就三原色必須是可以個(gè)別吸收紅、綠、藍(lán)的顏色，那就是紅綠藍(lán)的補(bǔ)色：是紅綠藍(lán)的補(bǔ)色：CMYCMY 例例：黃色：黃色+ +青色顏料青色顏料黃色顏料黃色顏料吸收藍(lán)色光，青色顏料吸收藍(lán)色光，青色顏料吸收紅色光吸收紅色光只剩下綠色光可以反射出來，故黃色只剩下綠色光可以反射出來，故黃色+ +青色青色= =綠色綠色三、顏色空間三、顏色空間CMY顏色空間RGB的互補(bǔ)空間CMY空間CMYK色系 基本概念 這種表色系用于印刷

19、行業(yè)。這種表色系用于印刷行業(yè)。 是一種減色系統(tǒng)，將從白光中濾出三種原色是一種減色系統(tǒng)，將從白光中濾出三種原色之后獲得的顏色作為其表色系的三原色之后獲得的顏色作為其表色系的三原色CMYCMY。 K K為黑色，為了印刷時(shí)對(duì)黑色可用黑色墨來為黑色，為了印刷時(shí)對(duì)黑色可用黑色墨來印刷。印刷。 CC：青色，從白色中濾去紅色。：青色，從白色中濾去紅色。 MM：品紅，從白色中濾去綠色。：品紅，從白色中濾去綠色。 Y: Y: 黃色，從白色中濾去藍(lán)色。黃色，從白色中濾去藍(lán)色。 顏料的三原色是黃（Y）、品紅（M）和青（C）。這三種顏色用減色法能夠再現(xiàn)可視色彩范圍內(nèi)的所有色彩。 減色法與加色法不同不僅僅因?yàn)樗婕傲斯?/p>

20、，還因?yàn)樗婕暗交旌隙喾N顏料的表面色彩（反射色彩： 顏料吸收了特定范圍的波長后產(chǎn)生的色彩）。顏料的色彩加的越多，得到的色彩越暗。將顏料的三原色混合可產(chǎn)生黑色。彩色復(fù)印機(jī)和彩色打印機(jī)就是使用顏料三原色的減色法再現(xiàn)色彩的典型例子。 理論上：印刷三原色混合，將得到黑色 現(xiàn)實(shí)中并找不到這種光線吸收、反射特性都十分完美的顏料，將三種顏色混合后還是會(huì)有些許光線反射出來，而呈現(xiàn)暗灰色或深褐色。 用顏料三原色也無法混和出許多暗色系的顏色，因此實(shí)際印刷的時(shí)候會(huì)額外加入黑色的顏料，以解決無法產(chǎn)生黑色的問題。 CMYK的色彩模式，K表示黑色。三、顏色空間三、顏色空間CMY三色交疊只能生成深咖啡色三色交疊只能生成深咖

21、啡色 三、顏色空間三、顏色空間CMYK代表印刷上用的四種顏色，C代表青色，M代表洋紅色，Y代表黃色，K代表黑色。因?yàn)樵趯?shí)際引用中，青色、洋紅色和黃色很難疊加形成真正的黑色，最多不過是褐色而已。因此才引入了K黑色。黑色的作用是強(qiáng)化暗調(diào)，加深暗部色彩。HSI顏色空間 雖然顯示技術(shù)廣泛使用 RGB 顏色空間來表達(dá)和產(chǎn)生顏色，但是 RGB 顏色空間并不符合人們對(duì)顏色的直觀感受。RGB 顏色空間并不符合人們對(duì)顏色的直觀感受。 而且，視覺在解釋一幅彩色圖像時(shí)，也不太可能是認(rèn)為它由3幅原色圖像合成一幅單一圖像，從觀感上來說，用色調(diào)、飽和度和亮度的描述更自然、直觀。例如，如果你給青色加一些紅色的話，結(jié)果并不是

22、想像中的更紅，而只是更亮的青色。 HSI（hue-saturation-intensity）彩色模型比較適合于人用色調(diào)（H）、飽和度（S）和亮度（I）描述被觀察物體顏色的解釋，對(duì)于開發(fā)基于彩色描述的圖像處理方法是一個(gè)理想的工具。 HSB能減少彩色圖像處理的復(fù)雜性。合乎人對(duì)彩色的認(rèn)識(shí)： 色彩：色調(diào)、飽和度 亮度：非彩色屬性，對(duì)應(yīng)黑白圖像的灰度。HSI顏色空間HSI顏色空間優(yōu)勢(shì) 更加接近于人們對(duì)顏色的直觀感受 。 彩色（色調(diào)和飽和度）+亮度（灰度），相互獨(dú)立，分開處理，簡(jiǎn)化了圖像分析和處理的工作量。9.2.1 HSI9.2.1 HSI彩色模型彩色模型 HSI色系 亮度分量I I I 表示光照強(qiáng)度或

23、稱為表示光照強(qiáng)度或稱為亮度亮度，它確定了像，它確定了像素的整體亮度，而不管其顏色是什么。素的整體亮度，而不管其顏色是什么。I: 小小 大大9.2.1 HSI9.2.1 HSI彩色模型彩色模型 HSI色系 亮度(I)效果示意圖9.2.1 HSI9.2.1 HSI彩色模型彩色模型 HSI色系 色度分量H H H：表示表示色度色度，由角度表示。反映了該顏色，由角度表示。反映了該顏色最接近什么樣的光譜波長。最接近什么樣的光譜波長。0 0o o為紅色，為紅色，120120o o為綠色，為綠色，240240o o為藍(lán)色。為藍(lán)色。9.2.2 HSI9.2.2 HSI彩色模型彩色模型 HSI色系 色度(H)效

24、果示意圖H=0H=60H=120H=180H=240H=300HSI色系 飽和度分量S9.2.2 HSI9.2.2 HSI彩色模型彩色模型 S S：表示：表示飽和度飽和度，飽和度參數(shù)是色環(huán)的原點(diǎn)，飽和度參數(shù)是色環(huán)的原點(diǎn)到彩色點(diǎn)的半徑長度。到彩色點(diǎn)的半徑長度。 在環(huán)的外圍圓周是純的或稱飽和的顏色，其在環(huán)的外圍圓周是純的或稱飽和的顏色，其飽和度值為飽和度值為1 1。在中心是中性（灰）色，即。在中心是中性（灰）色，即飽和度為飽和度為0 0。9.2.2 HSI9.2.2 HSI彩色模型彩色模型 P P S S H H 。紅紅 青青 。 。 黃黃藍(lán)藍(lán) 綠綠 。 。 品紅品紅 圖圖9.6 HSI9.6 H

25、SI彩色模型中的色調(diào)和飽和度彩色模型中的色調(diào)和飽和度9.2.2 HSI9.2.2 HSI彩色模型彩色模型 HSI色系 飽和度(S)效果示意圖S=0S=1S=1/4S=1/29.2.2 HSI9.2.2 HSI彩色模型彩色模型 三維顏色立體空間的來表示色三維顏色立體空間的來表示色相、明度和飽和度。如圖所示：相、明度和飽和度。如圖所示：垂直軸垂直軸黑、灰、白系列明黑、灰、白系列明度變化度變化水平面的圓圈水平面的圓圈色譜，圓圈色譜，圓圈上的各點(diǎn)代表可見光譜中各種上的各點(diǎn)代表可見光譜中各種不同的色調(diào)，圓形中心是灰色，不同的色調(diào)，圓形中心是灰色，其明度和圓圈上的各種色調(diào)的其明度和圓圈上的各種色調(diào)的明度相

26、同。明度相同。圓心向外圓心向外顏色的飽和度逐顏色的飽和度逐漸增加。漸增加。 白白 紅紅 H H S S 青青 黑黑綠綠黃黃藍(lán)藍(lán)品紅品紅 I I I=1 I=1 I=0I=0 I=0.5I=0.5HSI顏色空間線條示意圖圓錐橫切面：色環(huán)HSI雙錐體HSI 顏色空間組成了一個(gè)雙錐形，頂端是白色，底端是黑色，其他中間色則在中部。（B）線條示意圖：圓錐上亮度、色度和飽和度的關(guān)系。（C）縱軸表示亮度：亮度值是沿著圓錐的軸線度量的，沿著圓錐軸線上的點(diǎn)表示完全不飽和的顏色，按照不同的灰度等級(jí)，最亮點(diǎn)為純白色、最暗點(diǎn)為純黑色。（D）圓錐縱切面：描述了同一色調(diào)的不同亮度和飽和度關(guān)系。（E）圓錐橫切面：色調(diào)H為繞

27、著圓錐截面度量的色環(huán)，圓周上的顏色為完全飽和的純色，色飽和度為穿過中心的半徑橫軸。 YUV/YIQ顏色空間顏色空間是面向應(yīng)用顏色空間是面向應(yīng)用。為電視系統(tǒng)-YUV/YIQ顏色空間PAL制式（25幀/秒）-YUVYUV彩色空間彩色空間NTSC制式（30幀/秒）-YIQYIQ彩色空間彩色空間Y表示亮度UV和IQ表示兩個(gè)彩色分量。其中YUV并非英文單詞的縮寫或者組合，而是符號(hào)。NTSC制PAL制兼容制制式，采用與黑白電視相同的一些基本參數(shù)，如掃描方式、掃描頻率、場(chǎng)頻、幀頻、同步信號(hào)等等。9.2.5 9.2.5 其它彩色模型簡(jiǎn)介其它彩色模型簡(jiǎn)介 電視信號(hào)接收原理示意圖Y,U,VYYY,0,0彩色電視信

28、號(hào)黑白電視信號(hào)黑白電視機(jī)彩色電視機(jī)應(yīng)用需求：應(yīng)用需求： （1）彩色電視機(jī)與黑白電視的兼容問題。（2）傳輸需求，需要通過壓縮色度信息，占用較少的帶寬。解決思路：解決思路：亮度和彩色信號(hào)分離。相互獨(dú)立的彩色分量。YUV/YIQ顏色空間顯示（RGB）傳輸（YUV/YIQ）接收轉(zhuǎn)換為（RGB）具體的方案：彩色電視信號(hào)傳輸時(shí)，將R、G、B改組改組成亮度亮度信號(hào)信號(hào)和色度信號(hào)。在現(xiàn)代彩色電視系統(tǒng)中，通常把得到的彩色圖像信號(hào),經(jīng)分色分別放大校正得到RGB，再經(jīng)過矩陣變換電路得到亮亮度信號(hào)度信號(hào)Y Y和兩個(gè)色差信號(hào)，最后發(fā)送端將亮度和色差3個(gè)信號(hào)分別進(jìn)行編碼，再發(fā)送出去。 PAL制式將R、G、B3色信號(hào)改組成

29、Y、U、V信號(hào)，其中Y信號(hào)表示亮度，U、V信號(hào)是色差信號(hào)。 YUV: Y:亮度 UV:顏色的兩個(gè)分量 目的：Y、U、V互相獨(dú)立，可以分別編碼，達(dá)到數(shù)據(jù)壓縮目的。 根據(jù)美國國家電視制式委員會(huì)標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)白光的亮度用Y來表示時(shí)，它和紅、綠、藍(lán)3色光的關(guān)系可用如下式的方程描述： 這就是常用的亮度公式。色差U、V是由B-YB-Y、R-YR-Y按不同比例壓縮而成的。U=0.493(BY) V=0.877(RY) 0.30.590.11YRGB NTSC制式-YIQ模型亮度分量Y和彩色分量I、Q的定義Y = 0.299R + 0.587G + 0.114B I=-0.27(B-Y)+0.74(R-Y)Q=0.

30、41(B-Y)+0.48(R-Y)YIQ模型與YUV模型類似，用于NTSC制式的電視系統(tǒng)。顏色空間 顏色空間是用一種數(shù)學(xué)方法形象化表示顏色。 顏色的度量體系，用簡(jiǎn)單的方法描述所有顏色的一套規(guī)則。 顏色空間是面向硬件或者面向應(yīng)用的。 視覺系統(tǒng)色度、飽和度和明度（HSI顏色空間） 顯示設(shè)備（彩色顯示器等）RGB（紅綠藍(lán)）彩色空間 打印或印刷設(shè)備CMY（青、深紅、黃）、CMYK（青、深紅、黃、黑）彩色空間 。所有的顏色空間，只是同一物理量的不同表示法而已。RGB顏色空間 原理：三基色原理 光學(xué)三基色：紅（Red，R）綠（Green，G）藍(lán)（Blue，B） C KM YC M Y K9.2.5 9.2

31、.5 其它彩色模型簡(jiǎn)介其它彩色模型簡(jiǎn)介 電視信號(hào)接收原理示意圖Y,U,VYYY,0,0彩色電視信號(hào)黑白電視信號(hào)黑白電視機(jī)彩色電視機(jī)顏色空間的轉(zhuǎn)換 實(shí)際應(yīng)用中的問題： 一幅圖像在計(jì)算機(jī)中用RGB空間顯示；用HSI編輯處理；打印輸出時(shí)需要CMY空間；如果要印刷，則需要CMYK四色打印。 為了滿足不同用途的需求，各種空間需要轉(zhuǎn)換。幾乎所有的顏色空間都可以從RGB空間導(dǎo)出，而在實(shí)際應(yīng)用中，通常需要在不同的顏色空間進(jìn)行轉(zhuǎn)換。理論上，不同的彩色空間只不過是同一物理量的不同表示法而已。RGBCMY/CMYKCMYRGB的互補(bǔ)空間CMY（彩打）CMYK（印刷）111CRMGYB RGB-HSI推導(dǎo)繁瑣，可參考

32、Smith, A.R. 1978. “Color Gamut Transform Pairs.” Proc. SIGGRAPH78, published as Computer Graphics, Vol.12, no.3, pp.12-19RGB-YUV Y=0.30R+0.59G+0.11B ， U=0.493(BY) ， V=0.877(RY)RGB-YIQ Y = 0.299R + 0.587G + 0.114B I = 0.596R - 0.275G - 0.321B Q = 0.212R - 0.523G + 0.311B 0.2990.5870.1140.5960.2750.32

33、10.2120.5230.311YRIGQB CMYCMYK顏色空間彩色打印機(jī)彩色打印機(jī)CMYCMY顏色空間顏色空間彩色墨水和顏料的化學(xué)特性，用等量的CMY得到的黑色不是真正的黑色，因此在印刷術(shù)中常加入真正的黑色（black ink），稱為CMYK空間。印刷印刷CMYKCMYK空間空間“四色打印”：CMY三種原色+黑色。1、色彩的冷暖、色彩的冷暖 冷暖一般是皮膚對(duì)外界溫度高低的感覺，而色彩的冷暖則是來源于人們對(duì)色光印象和心理聯(lián)想在心理上給人的一種感覺。眼睛對(duì)于色彩冷暖感的判斷，主要不依賴于眼睛對(duì)色光觸覺，而是依賴聯(lián)想，色彩冷暖感的形成與生活經(jīng)驗(yàn)和心理聯(lián)想有聯(lián)系。 太陽、爐火、火炬、燒紅的鐵塊反

34、射紅橙光 大海、藍(lán)天、遠(yuǎn)山、雪地等環(huán)境反射藍(lán)色光最多的地方，冷。暖色：紅、橙、黃等色調(diào)；暖色：紅、橙、黃等色調(diào)； 冷色：藍(lán)、青、藍(lán)紫等色調(diào)。冷色：藍(lán)、青、藍(lán)紫等色調(diào)。a、色彩的冷暖與色調(diào)的關(guān)系、色彩的冷暖與色調(diào)的關(guān)系色調(diào)環(huán)上紅、橙、黃稱暖色；藍(lán)、靛、藍(lán)紫冷色；綠和紫中性色與飽和度和明度的關(guān)系 暖色系列：飽和度越高，溫暖程度也越高，飽和度降低，溫度降低； 冷色系列：主要受明度影響，明度越高，寒冷感越強(qiáng)。 無彩色系：白色為冷色，黑色為暖色。暖色加白變冷；冷色加黑變暖。夏季：穿白色或淺色服裝，因其反光率高，有涼爽感。冬季：穿深色或黑色服裝，因其反射率低，吸收率高，有暖感。 冷色系中冷暖也是相對(duì)的。冷

35、色系中冷暖也是相對(duì)的。偏冷偏暖偏冷偏暖偏冷偏暖偏冷偏暖偏冷偏暖 暖色有光明、熱戀、流動(dòng)、膨脹、刺激的意象，即暖色使人興奮，但容易使人感到疲憊和煩躁不安； 冷色有冷靜、穩(wěn)定、理智、收縮的意象，但灰暗的冷色容易使人感到沉重、陰森、憂郁；只有清淡明快的色調(diào)才能給人以輕松愉快的感覺。2、色彩的膨脹與收縮感 大小相同的兩個(gè)立方體a、色彩的膨縮與色調(diào) 與色調(diào)密切相關(guān)。對(duì)有彩色來說冷色屬于收縮色，暖色屬于膨脹色。 法國國旗：紅35：白33：藍(lán)37，才感到寬度相等。 暖色感覺大，冷色感覺小暖色感覺大，冷色感覺小生理學(xué)解釋 當(dāng)各種不同波長的光同時(shí)通過水晶體時(shí)，聚焦點(diǎn)并不完全在視網(wǎng)膜的一個(gè)平面上，因此在視網(wǎng)膜上的影像的清晰度就有一定的差別。長波長的暖色影像似焦距不準(zhǔn)確，因此在視網(wǎng)膜上所形成的影像模糊不清，似乎具有擴(kuò)張性；短波長的冷色影像就比較清晰，似乎具有收縮性。b、色彩的膨縮與明度 光亮的物體在視網(wǎng)膜上所形成影像的輪廓外似乎有一圈光圈圍繞著，使物體在視網(wǎng)膜上的影像輪廓擴(kuò)大了，看起來就覺得比實(shí)物大一些，如通電發(fā)亮的電燈鎢絲比通電前粗些，生理物理學(xué)稱為“光滲”現(xiàn)象。 相同粗細(xì)的黑白線條，白線條看起來比黑條紋粗； 同一個(gè)人，穿深色衣服顯然比穿鮮明色衣服瘦小些。 3 3、色彩的輕重、色彩的輕重 白色最輕，黑