数字图像处理笔记 (15)

同样作为能量的度量,辐射率与光强却往往没有必然的联系。例如,在进行X光检查时,光从X射线源中发出,它是具有实际意义上的能量的。但由于其处于可见光范围以外,作为观察者很难感觉到。因而对人们来说,它的光强几乎为0。

人们眼中的彩色

人类能够感受到的物体的颜色是由物体的反射光性质决定的。可见光是由电磁波谱中较窄的波段组成的。一个物体反射的光如果在所有可见光波长范围内是平衡的,则站在观察者的角度它就是白色的;如果物体仅对有限的可见光谱范围反射,则物体表现为某种特定颜色。例如,反射波长范围在450~500nm之间的物体呈现蓝色,它吸收了其他波长光的多数能量;而如果物体吸收了所有的入射光,则它将呈现为黑色。

三原色

据详细的实验结果,人眼中负责彩色感知的细胞中约有65%对红光敏感,33%对绿光敏感,而只有2%对蓝光敏感。正是人眼的这些吸收特性决定了被看到的彩色是通常所谓的原色红(R)、绿(G)、蓝(B)的各种组合。国际照明委员会(CIE)规定以蓝=435.8nm,绿=546.1nm,红=700nm作为主原色,红(R)、绿(G)、蓝(B)也因此被称为3原色。

在如图9.3所示的CIE色度图中,最外围的轮廓对应着所有的可见光谱色,在其边缘上标出了对应的波长值(以nm为单位),该轮廓之内的区域包含了所有的可见颜色。如果将色度图中的三色点两两连接成一个三角形,则该三角形内的任何颜色都可以由这3种原色的不同混合产生。

CIE色度图

可以看到,图9.3中由R、G、B三种标准原色所连成的三角形并不能涵盖整个可见颜色区域,这说明仅使用三原色并不能得到所有的可见颜色。事实上,图9.3中的三角形区域对应着典型的RGB监视器所能够产生的颜色范围,称为彩色全域;而在三角形内不规则的区域表示高质量的彩色打印设备的彩色域。

计算机中的颜色表示

在计算机中,显示器的任何颜色(色彩全域)都可以由3种颜色红、绿、蓝组成,称为三基色。每种基色的取值范围是0~255。任何颜色都可以用这3种颜色按不同的比例混合而成,这就是三原色原理。在计算机中,三原色的原理可以如下这样解释。

计算机中的任何颜色都可以由3种颜色按不同的比例混合而成;而每种颜色都可以分解成三种基本颜色。

三原色之间是相互独立的,任何一种颜色都不能由其余的两种颜色来组成。

混合色的饱和度由3种颜色的比例来决定。混合色的亮度为3种颜色的亮度之和。

彩色模型

彩色模型也称彩色空间或彩色系统,是用来精确标定和生成各种颜色的一套规则和定义,它的用途是在某些标准下用通常可接受的方式简化彩色规范。彩色模型通常可以采用坐标系统来描述,而位于系统中的每种颜色都由坐标空间中的单个点来表示。

如今使用的大部分彩色模型都是面向应用的或是面向硬件的,比如众所周知的针对彩色监视器的RGB(红、绿、蓝)模型,以及面向彩色打印机的CMY(青、深红、黄)和CMYK(青、深红、黄、黑)模型。而HSI(色调、饱和度、亮度)模型非常符合人眼描述和解释颜色的方式。此外,目前广泛使用的彩色模型还有如:HSV模型、YUV模型、YIQ模型、Lab模型,等等。下面将分别介绍这些彩色模型,并给出它们与最为常用的RGB模型之间的转换方式。

RGB模型

RGB模型是工业界的一种颜色标准,是通过对红(Red)、绿(Green)、蓝(Blue)3个颜色亮度的变化以及它们相互之间的叠加来得到各种各样的颜色的。该标准几乎包括了人类视觉所能感知的所有颜色,是目前运用最广的颜色模型之一。

RGB彩色空间对应的坐标系统是如图9.4所示的立方体。红、绿和蓝位于立方体的3个顶点上;青、深红和黄位于另外3个顶点上;黑色在原点处,而白色位于距离原点最远的顶点处,而灰度等级就沿这两点连线分布;不同的颜色处在立方体上或其内部,因此可以用1个3维向量来表示。例如,在所有颜色均已归一化至[0,1]的情况下,蓝色可表示为(0,0,1),而灰色可由向量(0.5,0.5,0.5)来表示。

RGB彩色立方示意图

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