彩色基本原理

彩色基本原理第一頁，共五十二頁，2022年，8月28日灰色圖像與彩色圖像第二頁，共五十二頁，2022年，8月28日亮度對(duì)比第三頁，共五十二頁，2022年，8月28日第四頁，共五十二頁，2022年，8月28日視覺顏色度量顏色再現(xiàn)第五頁，共五十二頁，2022年，8月28日1可見光與色彩1.1可見光可見光：電磁輻射中能引起視覺反映的一定波長范圍的波段稱為可見光譜或可見輻射，簡稱光。（0.38~0.76μm）

波長不同，產(chǎn)生的色覺也不同。中國顏色紫藍(lán)青綠黃橙紅0.38~0.455~0.492~0.577~0.597~0.622~0.78波長μm英美顏色紫藍(lán)藍(lán)綠綠黃黃紅淺紅紅深紅0.38~0.41~0.48~0.52~0.55~0.58~0.62~0.66~0.72~0.78波長μm俄羅斯顏色紫藍(lán)青綠黃橙紅0.40~0.43~0.47~0.49~0.55~0.59~0.64~0.72波長μm各國可見光譜劃分標(biāo)準(zhǔn)光是色的源泉，色是光的表現(xiàn)。第六頁，共五十二頁，2022年，8月28日1.2物體的顏色發(fā)光體的顏色：物體發(fā)射可見光譜特點(diǎn)．火、燈非發(fā)光體的顏色：消色物體：對(duì)入射的白光呈無選擇吸收和反射。彩色物體：對(duì)入射的白光呈有選擇吸收和反射。此外，物體顏色隨入射光源的光譜成分不同而發(fā)生變化，如霓虹燈下物體的顏色可見，物體顏色的決定因素:入射光源、發(fā)射、反射、透射可見光譜特點(diǎn)?；译A10987654321吸收率（%）0~1010~2020~3030~4040~5050~6060~7070~8080~9090~100反射率（%）100~9090~8080~7070~6060~5050~4040~3030~2020~1010~0色調(diào)白灰白淡灰淺灰灰暗灰深灰淡黑淺黑黑顏色第七頁，共五十二頁，2022年，8月28日第八頁，共五十二頁，2022年，8月28日彩色三要素：表示顏色的類別與深淺程度。色別（hue）：又稱色調(diào)，指彩色的類別，是彩色彼此相互區(qū)分的特性。飽和度(Saturation)：彩色的純度，即濃淡程度明度(value)：顏色的明暗程度。色度：色調(diào)（Hue）和飽和度(Saturation)的通稱。1.2物體的顏色第九頁，共五十二頁，2022年，8月28日第十頁，共五十二頁，2022年，8月28日明度同一物體因受光不同會(huì)產(chǎn)生亮度上的變化

照射的光越強(qiáng)，反射光也越強(qiáng)，看起來越亮。顯然，如果彩色光的強(qiáng)度降到使人看不到了，在亮度標(biāo)尺上它應(yīng)與黑色對(duì)應(yīng)。同樣，如果其強(qiáng)度變得很大，那么亮度等級(jí)應(yīng)與白色對(duì)應(yīng)。亮度是非彩色屬性，彩色圖像中的亮度對(duì)應(yīng)于黑白圖像中的灰度。

1.2物體的顏色第十一頁，共五十二頁，2022年，8月28日第十二頁，共五十二頁，2022年，8月28日飽和度（純度）對(duì)于同一色調(diào)的彩色光，飽和度越深，顏色越鮮明或說越純，相反則越淡。在飽和的彩色光中增加白光的成分，相當(dāng)于增加了光能，因而變得更亮了，但是它的飽和度卻降低了。若增加黑色光的成分，相當(dāng)于降低了光能，因而變得更暗，其飽和度也降低了。

1.2物體的顏色第十三頁，共五十二頁，2022年，8月28日第十四頁，共五十二頁，2022年，8月28日不同顏色物體的光譜分布第十五頁，共五十二頁，2022年，8月28日第十六頁，共五十二頁，2022年，8月28日第十七頁，共五十二頁，2022年，8月28日蒙塞爾顏色立體中央軸代表無彩色黑白系列中性色的明度等級(jí)，黑色在底部(0)，白色在頂部(10)，稱為蒙塞爾明度值。中央軸上的飽和度為0，離開中央軸愈遠(yuǎn)，飽和度愈大(5-12)。第十八頁，共五十二頁，2022年，8月28日蒙塞爾顏色立體水平剖面蒙塞爾顏色立體水平剖面上表示10種基本色。它含有5種原色：紅（R）、黃（Y）、綠（G）、藍(lán)（B）、紫（P）和5種間色：黃紅（YR）、綠黃（GY）、藍(lán)綠（BG）、紫藍(lán)（PB）、紅紫（RP）。在上述10種主要色的基礎(chǔ)上再細(xì)分為40種顏色，全圖冊(cè)包括40種色相樣品。

第十九頁，共五十二頁，2022年，8月28日第二十頁，共五十二頁，2022年，8月28日顏色標(biāo)定的方法任何顏色都可以用顏色立體上的色相、明度值和彩度這三項(xiàng)坐標(biāo)來標(biāo)定，并給一標(biāo)號(hào)。標(biāo)定的方法是先寫出色相H，再寫明度值V，在斜線后寫彩度C。

HV／C＝色相明度值／彩度例:10Y8／12：色相是黃（Y）與綠黃（GY）的中間色，明度值是8，彩度是12。對(duì)于非彩色的黑白系列（中性色）用N表示，在N后標(biāo)明度值V，斜線后面不寫彩度。

NV／＝中性色明度值／例:N5／：明度值是5的灰色。

第二十一頁，共五十二頁，2022年，8月28日2顏色的光學(xué)合成三基色：任何色光可由三種獨(dú)立的色匹配得到，這三種色稱為三基色或三原色。CIE規(guī)定的色光三原色：紅（R）0.70μm；綠（G）0.5461μm；藍(lán)（B）0.4358μm。2.1三基色原理第二十二頁，共五十二頁，2022年，8月28日加色法:由兩種以上色光相混合，呈現(xiàn)另一種色光的方法，稱為色光加色法。加色法本質(zhì)：具有不同能量的色光混合時(shí)，可以導(dǎo)致混合色光能量的變化

任意顏色：H=r（R）+g（G）+b（B）（R）、（G）、（B）表示三原色的單位量，r、g、b是用來匹配某一特定顏色所需要的紅、綠、藍(lán)三原色的量，叫做三刺激值。2.3顏色的光學(xué)合成一、加色法第二十三頁，共五十二頁，2022年，8月28日彩色合成red+green=yellowgreen+blue=cyanred+blue=magenta第二十四頁，共五十二頁，2022年，8月28日互補(bǔ)色

1.人的視覺只能分辨顏色的三種變化：色相、明度和飽和度。

2.在由兩個(gè)色光的混合匹配中，如果其中一個(gè)色光連續(xù)變化，則混合色的外貌也會(huì)發(fā)生連續(xù)變化。補(bǔ)色率：以適當(dāng)比例混合后能產(chǎn)生白色或灰色的兩種色互為補(bǔ)色.最基本的互補(bǔ)色有三對(duì)：紅-青，綠-品紅，藍(lán)-黃

間色律：任何兩個(gè)非補(bǔ)色相混合，便產(chǎn)生中間色，其色調(diào)決定于兩色的相對(duì)數(shù)量，其純度決定于二者在色調(diào)順序上的的距離。

第二十五頁，共五十二頁，2022年，8月28日1931年CIE組織建立了三種假想的標(biāo)準(zhǔn)原色X（紅）、Y（綠）、Z（藍(lán)），以便使我們能夠得到的顏色匹配函數(shù)的三值都是正值，而x、y、z的表達(dá)方式仍類似上面的那組公式。由此衍生出的便是1931CIE-XYZ系統(tǒng)（如圖4），這個(gè)系統(tǒng)是色度學(xué)的實(shí)際應(yīng)用工具，幾乎關(guān)于顏色的一切測(cè)量、標(biāo)準(zhǔn)以及其他方面的延伸都以此為出發(fā)點(diǎn)，因而是顏色視覺研究的有力工具。3顏色表示與度量方法第二十六頁，共五十二頁，2022年，8月28日3顏色表示與度量方法1）RGB空間如果將R、G、B看成三個(gè)變量,就形成一個(gè)三維彩色空間。可以用一個(gè)三維的立方體來表示它們能組成的所有顏色。RGB色彩空間采用物理三基色表示，因而物理意義很清楚，適合彩色顯象管工作。用RGB坐標(biāo)系表示顏色也有不方便之處。由于不能直接得到亮度,所以在轉(zhuǎn)換成黑白圖像時(shí)稍有不便之處。第二十七頁，共五十二頁，2022年，8月28日6)幾種彩色座標(biāo)系之間的關(guān)系

2顏色表示與度量方法第二十八頁，共五十二頁，2022年，8月28日2）HIS空間

HSI色彩空間和RGB色彩空間只是同一物理量的不同表示法，因而它們之間存在著轉(zhuǎn)換關(guān)系，如公式所示。色度：色調(diào)（Hue）和飽和度(Saturation)的通稱。用來表示顏色的類別與深淺程度。由于人的視覺對(duì)亮度（Intensity）的敏感程度遠(yuǎn)強(qiáng)于對(duì)顏色濃淡的敏感程度，為了便于色彩處理和識(shí)別，人的視覺系統(tǒng)經(jīng)常采用HSI色彩空間，它比RGB色彩空間更符合人的視覺特性。在圖像處理和計(jì)算機(jī)視覺中大量算法都可在HSI色彩空間中方便地使用，它們可以分開處理而且是相互獨(dú)立的。因此，在HSI色彩空間可以大大簡化圖像分析和處理的工作量。3顏色表示與度量方法第二十九頁，共五十二頁，2022年，8月28日HIS模型HSI模型——量化顏色三屬性H色相：取值0-360S飽和度：取值0-1或0-100I亮度：取值0-1或0-100IHS第三十頁，共五十二頁，2022年，8月28日RGB—>HSI第三十一頁，共五十二頁，2022年，8月28日HSI—>RGB0°<

H<=120°120°<

H<=240°240°<

H<=360°第三十二頁，共五十二頁，2022年，8月28日3）YUV（Lab）色彩空間

在現(xiàn)代彩色電視系統(tǒng)中，通常采用三管彩色攝像機(jī)或彩色CCD（點(diǎn)耦合器件）攝像機(jī)，它把攝得的彩色圖像信號(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度信號(hào)Y和兩個(gè)色差信號(hào)R－Y、B－Y，最后發(fā)送端將亮度和色差三個(gè)信號(hào)分別進(jìn)行編碼，用同一信道發(fā)送出去。這就是我們常用的YUV色彩空間。采用YUV色彩空間的重要性是它的亮度信號(hào)Y和色度信號(hào)U、V是分離的。如果只有Y信號(hào)分量而沒有U、V分量，那么這樣表示的圖就是黑白灰度圖。彩色電視采用YUV空間正是為了用亮度信號(hào)Y解決彩色電視機(jī)與黑白電視機(jī)的兼容問題，使黑白電視機(jī)也能接收彩色信號(hào)。3顏色表示與度量方法第三十三頁，共五十二頁，2022年，8月28日根據(jù)美國國家電視制式委員會(huì)，NTSC制式的標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)白光的亮度用Y來表示時(shí)，它和紅、綠、藍(lán)三色光的關(guān)系可用如下：Y＝0.3R+0.59G+0.11B

這就是常用的亮度公式。色差U、V是由B－Y、R－Y按不同比例壓縮而成的。YUV色彩空間與RGB色彩空間的轉(zhuǎn)換關(guān)系如下：3顏色表示與度量方法第三十四頁，共五十二頁，2022年，8月28日遙感影像色彩與反射率的對(duì)應(yīng)傳感器接收電磁能量，用化學(xué)方法、光電轉(zhuǎn)換方法將能量記錄下來。但是無論是膠片上各點(diǎn)化學(xué)反應(yīng)的程度、還是數(shù)字記錄，人還是無法直接從中快速獲取信息。因此，人們通過一定的規(guī)則：對(duì)記錄介質(zhì)上的記錄值與色彩之間建立對(duì)應(yīng)關(guān)系.如何建立這種對(duì)應(yīng)關(guān)系？對(duì)于膠片通過特定的沖洗技術(shù)實(shí)現(xiàn)，對(duì)于數(shù)字矩陣通過數(shù)值與色彩對(duì)應(yīng)實(shí)現(xiàn)。第三十五頁，共五十二頁，2022年，8月28日遙感影像對(duì)應(yīng)顏色的法則單個(gè)工作波段上的影像顯示為黑白影像:

反射率越大用越明亮的白色，反射率越小用越接近黑色的灰色，反射率居中則用不同程度的灰色表示。單個(gè)工作波段上的影像表示為某種不同明度的顏色:

用某種顏色的不同明度（色階）實(shí)現(xiàn)，明亮度最低代表在反射率最低，明亮度最大代表反射率最高，不同程度明亮度代表中間過度的反射率。單個(gè)工作波段上的影像表示為彩色:

反射率越大要選用越明亮的色彩，反射率越小要選用明亮度越小的色彩。三個(gè)工作波段的影像可以疊加顯示為彩色：利用三原色原理，每個(gè)工作波段影像選用一個(gè)原色，用該原色的不同明度表示；三幅影像疊加在一起，則得到彩色效果。第三十六頁，共五十二頁，2022年，8月28日遙感影像對(duì)應(yīng)顏色的法則單個(gè)工作波段上的影像顯示為黑白影像:單個(gè)工作波段上的影像表示為某種不同明度的顏色:單個(gè)工作波段上的影像表示為彩色:

反射率：大-----中-----小明亮：白色---灰色---黑色單色：暗紅---淡紅---鮮紅彩色：黑---彩色---白色三個(gè)工作波段的影像可以疊加顯示為彩色：利用三原色原理，每個(gè)工作波段影像選用一個(gè)原色，用該原色的不同明度表示；三幅影像疊加在一起，則得到彩色效果。第三十七頁，共五十二頁，2022年，8月28日遙感圖像彩色合成第三十八頁，共五十二頁，2022年，8月28日彩色合成第三十九頁，共五十二頁，2022年，8月28日常見顏色組合黑色 RGB(0,0,0)白色 RGB(255,255,255)紅色 RGB(255,0,0)綠色 RGB(0,255,0)藍(lán)色 RGB(0,0,255)黃色 RGB(255,255,0)紫色 RGB(255,0,255)青色 RGB(0,255,255)暗灰色 RGB(128,128,128)亮灰色 RGB(192,192,192)第四十頁，共五十二頁，2022年，8月28日單波段圖像TM1TM2TM3TM4TM5TM6TM7第四十一頁，共五十二頁，2022年，8月28日波段組合TM3TM4TM5通道通道通道TM5+4+3第四十二頁，共五十二頁，2022年，8月28日多波段圖像TM7,4,1TM5,7,2TM5,4,3TM4,3,2第四十三頁，共五十二頁，2022年，8月28日通道通道通道24256254第四十四頁，共五十二頁，2022年，8月28日傳感器記錄的信息傳感器的記錄信息的形式:

數(shù)字影像：記錄在磁性介質(zhì)之上的數(shù)字矩陣，能夠被計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)、處理和使用，又稱為數(shù)字量。模擬影像：基于光學(xué)原理，利用感光膠片來曝光成像，通過光學(xué)攝影獲得的物質(zhì)膠片、相片；又稱為模擬量（對(duì)現(xiàn)實(shí)的模擬）。模擬影像和數(shù)字影像之間的轉(zhuǎn)換稱為模數(shù)轉(zhuǎn)換，A/D轉(zhuǎn)換；反之，稱數(shù)模轉(zhuǎn)換，D/A轉(zhuǎn)換。

A：analogsignals；D：digitalsignals.第四十五頁，共五十二頁，2022年，8月28日二、減色法減色法：兩種或三種顏色的物質(zhì)重疊后產(chǎn)生的反射光譜作用于人眼后產(chǎn)生色覺的方法。減色法本質(zhì)：顏色物質(zhì)從白光中選擇吸收性色光減色三原色：色料三原色青、品紅、黃相減混色規(guī)律：Y≡W–BY+M≡W–B--GM≡W–GC+M≡W–R–GC≡W–RY+C≡W–B–RY+M+C≡W–B–G–R≡BL（黑）Y+M+C≡W–B少–G少

–R少≡H（灰）第四十六頁，共五十二頁，2022年，8月28日減色法減色法：白光中減去一些色光，從而顯示為剩余色光綜合后的顏色，即相減混合。印刷的顏色，實(shí)際上都是看到的紙張反射的光線，比如我們?cè)诋嫯嫷臅r(shí)候調(diào)顏色，也要用這種組合。顏料是吸收光線，不是光線的疊加，因此顏料的三原色就是能夠吸收RGB的顏色，為青、品、黃（CMY），他們就是RGB的補(bǔ)色。把黃色顏料和青色顏料混合起來，因?yàn)辄S色顏料吸收藍(lán)光，青色顏料吸收紅光，因此只有綠色光反射出來，這就是黃色顏料加上青色顏料形成綠色的道理。第四十七頁，共五十二頁，2022年，8月28日混合法比較項(xiàng)目加色法減色法原色色光色料原色色相紅、綠、藍(lán)（R、G、B）品紅、黃、青（M、Y、C）原色與色譜關(guān)系每一原色僅輻射一個(gè)光譜區(qū)色光每一原色吸收一個(gè)光譜區(qū)色光，反射兩個(gè)光譜區(qū)色光顏色混合時(shí)色彩的基本變化規(guī)律紅+綠=黃藍(lán)+紅=品紅綠+藍(lán)=青紅+綠+藍(lán)=白品紅+黃=紅品紅+青=藍(lán)黃+青=綠品紅+黃+青=黑混合效果光源直間混合新顏色的亮度為各混合光的亮度和，顏色飽和，兩原色疊合新顏色的亮度降低，彩度降低。新顏色的亮度為各原色亮度的平均值，顏色不飽和。成色方法1、視覺器官以外加色混合2、視覺器官以內(nèi)加色混合（1）靜態(tài)色彩加色混合（2）動(dòng)態(tài)色彩加色混合疊合成色法混合成色法網(wǎng)點(diǎn)成色法用途顏色的測(cè)量和匹配；彩色電視；劇場(chǎng)照明對(duì)彩色原稿的分色；彩色印刷；顏色混合。第四十八頁，共五十二頁，2022年，8月28日4）CMYK