时间：2022-11-25 06:30:01 | 来源：信息时代
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图像色彩理论 : 研究图像数据库中对数字图像的颜色模式和色彩的处理方法,通常用色彩模型(或色彩模式)来描述。
1. 图像的色彩
图像是由形状和色彩等信息组成,因此,图像离不开对其色彩的处理。图像中的色彩是光刺激人的视觉系统而形成的,能够产生视觉的光的波长称为可见光波段。不同的波长的可见光使人眼产生不同的颜色感觉。通常,色彩具有色调(色相)、色质(明度)、色度(纯度)三要素,亦即任何一个颜色或色彩都可以用这三个要素来判断分析:①色调(色相):指色彩所呈现出来的质的面貌,如红、黄、蓝、绿等;②色质(明度):指色彩的明暗深浅程度,明度高,则颜色亮;③色度(纯度):指色调的鲜艳程度或色彩中其他杂色所占的成分,纯度高则色彩鲜明,反之即灰。
光学实验表明: 将白色光线射入三棱镜,光线被分解成多色光谱,再将这些色彩混合后又可合成为白色光线。这就是色彩混合的基本原理。对此,英国物理学家T.Young解释为: 人的视网膜上有三种神经,分别接受红、绿、蓝色光,如果这三种色光对三种神经给予不同的刺激,就会产生不同的颜色。这表明,自然界中几乎所有颜色都能由三种基本的彩色按一定的比例混合而成,这三种彩色(红R、绿G、蓝B)就称为三基色或三原色。这就是所谓的色彩混合的第二原理。广义上讲,任何X色光可由a单位的R色光、b单位的G色光,以及c单位的B色光组成,其数学公式为: X=aR+bG+cB。这样,将a、b、c存储在图像数据库的帧存储器中,则可自动形成任何颜色。
按照国际照明协会CIE规范,所选择的红色R、绿色G、蓝色B三基色,其波长分别为0.7μm、0.546μm和0.4358μm。由三基色混合形成彩色的方法有: ①加色法,指彩色通过相加混合而成,如彩色电视中的颜色。如将三基色相加,可产生各种彩色,如: 红+绿=黄,绿+蓝=青,红+蓝=紫; ②减色法,指彩色通过相减混合而成,如彩色电影、幻灯片中的颜色。减色法中的三基色是黄、青、紫色。其相加得到的白光的两种颜色称为互补色。用白色减去一种颜色就得到它的补色,如: 白-蓝=黄,白-红=青,白-绿=紫。所谓互补色(complementary color)指两种颜色经混合后得到白色,则这两种颜色互称为对方的补色。如把各种颜色排成一个圆的色环,则在环的直径上相对排列的两种有色光可以合成为白色。如红色的补色是蓝绿色,紫色的补色是绿黄色。
在计算机图像学中处理颜色时,一种是分别存储表示三基色的三个数字,这种方法简单实用,但不易创建和修改现存的颜色; 另一种方法是存储光的色调、色值和色度等图像特征,以后可将其转换为相应的三基色,得到对应色彩的图像。
2. 图像的色彩模型
图像色彩理论,用色彩模型(color model)或色彩模式(color schema)来描述,色彩模型研究图像数据库中数字图像的颜色模式和色彩的处理方法。通常,色彩模型用一个三维颜色坐标系统(称为色彩空间)来表示,用来描述、产生和重现可视化图像的色彩。色彩空间(color space)表示各种颜色之间关系的空间模型,它通过笛卡儿坐标系来表示。常见的色彩空间模型(模式)有:
(1) RGB色彩模型: 用红、绿、蓝三基色相叠加产生图像色彩的方法。在该模型的三维笛卡儿坐标系统中,立方体主对角线各点含有等量的各种基色,表示由黑至白的灰度等级。这种模型主要用于彩色(光栅)显示器和彩色视频摄像机。
(2) CMY色彩模型: 一种用从白色中消除或减去某种颜色来规定各种颜色的方法。该模型采用笛卡儿坐标系子空间来表示,与RGB色彩模型相同。该模型常用于硬拷贝设备将彩色颜料沉积在纸介质上。
(3) HSI色彩模型:一种适合程序员和艺术家使用的色彩模型或调色工具,该模型可在彩色图像中从携带的色彩信息(色调、饱和度)里消去亮度分量的影响,这反映了人们观察色彩的方式。
(4) HLS色彩模型: 一种包含有色调、亮度、饱和度的色彩模型,由双六面锥体子空间构成,边界六个顶点分布着三层颜色(红、绿、蓝)及其辅助色(青、洋红、黄色),沿边界旋转360度可得到不同色调。这种模型能简便计算出光与颜色的变化。
(5) HSV色彩模型: 一种适合程序员和用户使用的色彩模型或调色工具,该模型被定义为一个六面锥体子空间。其色调H由绕垂直轴(V)的角度来量度。范围从0～360度。H=0为红色,转180度,为它的补色(青色)。S是饱和度,取值由0(中心线)到1(六面锥体三角形的边)。V=0是六面锥体的顶点,表示黑色; V=1是六面锥体底面与V轴的交点,表示白色; V在0～1之间,表示不同S值时某种色调的灰度。
(6) Munseu色彩模型: 由Munseu提出,是采用色调(主波长)、色值(辉度)和色度(纯度)进行有效排列构成的三维变形球体的一种色彩模型,常称为孟塞尔颜色树。在该树上有五种基本色调(红、黄、绿、蓝及紫色)及其中间颜色(橘红、黄绿、蓝绿、蓝紫及紫红色)围绕中心垂直轴排列,离轴越远的颜色越饱和(越浓),越接近中心的颜色变成灰色。轴上的垂直位置表示颜色的深度,其分布从底部的黑色一直到顶部的白色。这种色彩模型能通过调节色调、色值和色度来产生不同比例的颜色,以满足视频帧存储器技术的需求。
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