计算机中的颜色表示课件.pptx

1、计算机中的颜色表示1 如何刻画颜色2 如何计算颜色1.如何“刻画”颜色 什么是颜色 颜色属于物理学和生物心理学范畴 它是由于光经过与周围环境相互作用后到达人眼，并经过一系列物理和化学变化转化为人眼所能感知的电脉冲的结果 颜色的形成是一个复杂的物理和心理相互作用的过程，它涉及到光的传播特性、人眼结构及人脑心理感知等内容什么是颜色模型 颜色模型是一种在某种特定上下文中对颜色的特性和行为的解释方法 没有一种颜色模型能解释所有的颜色问题；要使用不同的模型来帮助说明能看到的不同的颜色特征 在图形应用中， 某些颜色模型用于在打印机和绘图仪上输出彩色（如CMYK） 另一些颜色模型则为用户提供更直觉的颜色参数

2、（如RGB用于显示器颜色输出）光的颜色特性可见光是电磁光谱（包括无线电波、微波、红外波和x射线）中狭窄的频率波段，段的每一频率对应一种颜色： 在低频率端是红色；高频率端是紫色 低频到高频的光谱颜色变化分别是红、橙、黄、绿、青、蓝和紫从红色到紫色的每一频率成份有不同能量 适当选择两种或多种初始颜色光源可形成许多其它颜色光的颜色描述 光是一种电磁波，常用波长或频率来说明各种颜色，由于波长比频率容易处理，故光谱颜色常用波长来指定 单色光的频率和波长互成反比例。 太阳或灯泡等光源发射可见段的全部频率产生白色 当白色光投射到物体上时，某些频率被反射、某些则被物体吸收，在反射光中混合的频率确定了所感受到的

3、物体的颜色 比如在反射光中如果以低频率为主，则物体呈现红色颜色描述 如果两种彩色光源混合成白色光就被称为互补色互补色的例子有：红色和青色、绿色和品红以及蓝色和黄色（注：黄蓝两种颜料混合后显示绿色。这与色光的加色混合不同） 以主频率为基础的混合颜色模型使用三种颜色可获得一定范围的颜色，称为模型的颜色范围(color gamut) 在颜色模型中用来生成其他颜色的两种或三种颜色称为基色(primitive color)颜色描述 人眼对颜色(或色度/主频率)、明度和纯度三种特征敏感，因此从这三个特征对颜色进行刻画 明度(brightness) 人感受到的物体的光亮度，单位时间、单位角度及单位投射面上光

4、源幅射的能量 光纯度(purity)或饱和度(saturation) 纯度说明光的颜色表现得多纯，淡颜色说明不太纯 色度(chromaticity) 决定颜色的基本色彩物理彩色描述 从物理学(色彩学)角度，颜色以主波长(Dominant wavelength)、色纯度(Purity)和亮度来描述 主波长：决定颜色的基本色彩 色纯度：反映该颜色中纯色光与白色光的比例 亮度：就是颜色光的强度 主波长、色纯度和亮度描述了产生某种颜色的光的特性 光与颜色之间存在着一定的对应关系，那么描述一束光也就等价于描述了它所对应的颜色物理彩色描述n 颜色描述需要三个量，颜色空间通常可定义为三维的三基色：任意互不相

5、关(任意两种的组合不能产生三种中的另一种颜色)的三种颜色构成颜色空间的一组基p 最常用的三基色是红色R、绿色G与蓝色Bp 三基色通过适当的混合能产生所有的（？）颜色p二基色呢？2.如何“计算”颜色颜色模型（color model） 图形系统需要颜色 软件需要提供色彩参数并让人输入和控制 硬件需要模拟颜色并让人看到（显示/打印） 颜色模型：通过选择若干种初始颜色并用它们混合后得到一定范围内的颜色. 任何一种模型不可能表示所有的颜色效果 加色/减色系统（模型）颜色模型（color model） 颜色模型所标定的所有颜色构成了颜色空间 XYZ，LAB：与设备无关，表示理论上所有颜色 RGB：与显示设

6、备相关 CMY：与印刷设备相关 YUV ，YIQ ，YCbCr：与电视设备相关 HSV，HSI：强度/饱和度/色调，也是设备相关，从RGB演化来，易于指定颜色，符合人类视觉 相互转换会有误差（因为色彩范围不同） 实验发现，很多颜色的光无法用RGB三种原色相加来获得。例如，500nm颜色=G+B-RCIE 1931 XYZ颜色模型（加色） CIE(国际照明委员会)定义了三种标准基色XYZ和一组输出为正值的颜色匹配函数（所用每种基色的量），不是自然的颜色，是数学上的颜色分量 每一种颜色都可以表示 成X，Y和Z的混合。CIE 1931标准颜色匹配函数C=xX+yY+zZX、Y和Z表示三维加色空间向量

7、(即三种基色)；x、y、z指为匹配F所需标准基色的量(权)；标准基色函数n 通过基色权向量(X,Y,Z)的规范化来定义其色度坐标 (x,y,z)XYZ颜色空间n 注意：x+y+z=1 (x,y,z) 落在X+Y+Z=1平面上ZYXZzZYXYyZYXXxYXZYXZCIE-XYZ色度图0 00.10.10.20.20.30.30.40.40.50.50.60.60.70.7x x0.10.10.80.80.20.20.30.30.40.40.50.50.60.60.70.7( (紫紫) )( (红红) )( (黄黄) )( (绿绿) )( (青青) )( (蓝蓝) )4004004804807

8、00700600600580580560560540540520520500500光谱颜色光谱颜色c cCIECIE色度图色度图, ,沿曲线的光沿曲线的光谱颜色位置谱颜色位置用波长单位用波长单位( (nm)nm)标出标出y y( (紫红紫红) )0 00.10.10.20.20.30.30.40.40.50.50.60.60.70.7x x0.10.10.80.80.20.20.30.30.40.40.50.50.60.60.70.7( (紫紫) )( (红红) )( (黄黄) )( (绿绿) )( (青青) )( (蓝蓝) )400400480480700700600600580580560

9、560540540520520500500光谱颜色光谱颜色c cCIECIE色度图色度图, ,沿曲线的光沿曲线的光谱颜色位置谱颜色位置用波长单位用波长单位( (nm)nm)标出标出y y( (紫红紫红) )n CIE-XYZ色度图：将X+Y+Z=1平面投影到XY平面上，即可绘出可见光谱中的颜色的色度值x和y它是一条舌头状的曲线，其边界和内部表示所有可见光的色度值曲线边界上的点对应于色纯度为100%的纯彩色线上标明的数字表示该位置所对应单色光的主波长CIE-XYZ色度图0 00.10.10.20.20.30.30.40.40.50.50.60.60.70.7x x0.10.10.80.80.20

10、.20.30.30.40.40.50.50.60.60.70.7( (紫紫) )( (红红) )( (黄黄) )( (绿绿) )( (青青) )( (蓝蓝) )400400480480700700600600580580560560540540520520500500光谱颜色光谱颜色c cCIECIE色度图色度图, ,沿曲线的光沿曲线的光谱颜色位置谱颜色位置用波长单位用波长单位( (nm)nm)标出标出y y( (紫红紫红) )0 00.10.10.20.20.30.30.40.40.50.50.60.60.70.7x x0.10.10.80.80.20.20.30.30.40.40.50.5

11、0.60.60.70.7( (紫紫) )( (红红) )( (黄黄) )( (绿绿) )( (青青) )( (蓝蓝) )400400480480700700600600580580560560540540520520500500光谱颜色光谱颜色c cCIECIE色度图色度图, ,沿曲线的光沿曲线的光谱颜色位置谱颜色位置用波长单位用波长单位( (nm)nm)标出标出y y( (紫红紫红) ) 内部的点表示所有可能的可见颜色的组合 C点对应于亮白色位置，其色度 坐 标 近 似 但 不 等 于(1/3,1/3,1/3) 实际上，这一点作为白光源，称为C照明体，它是平均日光的近似标准 连接红色和紫色光

12、谱点的直线称为紫色线，它不属于光谱色度图颜色范围 色度图中的颜色范围表示成直线段或多边形 两点的颜色范围是一条直线 C1到C2连线上的所有颜色可通过混合适量的C1和C2颜色而得到 如果C1占的比例大些则结果色比较接近C1，而离C2较远0 00.10.10.20.20.30.30.40.40.50.50.60.60.70.7x x0.10.10.80.80.20.20.30.30.40.40.50.50.60.60.70.7400400480480700700600600580580560560540540520520500500y yc c1 1c c2 2c c3 3c c5 5c c4 4

13、c c色度图中的二色度图中的二基色和三基色基色和三基色系统定义的颜系统定义的颜色范围色范围0 00.10.10.20.20.30.30.40.40.50.50.60.60.70.7x x0.10.10.80.80.20.20.30.30.40.40.50.50.60.60.70.7400400480480700700600600580580560560540540520520500500y yc c1 1c c2 2c c3 3c c5 5c c4 4c c色度图中的二色度图中的二基色和三基色基色和三基色系统定义的颜系统定义的颜色范围色范围色度图颜色范围0 00.10.10.20.20.30.

14、30.40.40.50.50.60.60.70.7x x0.10.10.80.80.20.20.30.30.40.40.50.50.60.60.70.7400400480480700700600600580580560560540540520520500500y yc c1 1c c2 2c c3 3c c5 5c c4 4c c色度图中的二色度图中的二基色和三基色基色和三基色系统定义的颜系统定义的颜色范围色范围0 00.10.10.20.20.30.30.40.40.50.50.60.60.70.7x x0.10.10.80.80.20.20.30.30.40.40.50.50.60.60.

15、70.7400400480480700700600600580580560560540540520520500500y yc c1 1c c2 2c c3 3c c5 5c c4 4c c色度图中的二色度图中的二基色和三基色基色和三基色系统定义的颜系统定义的颜色范围色范围 三点C3, C4和C5的颜色范围是该三点连成的三角形 三基色只能产生在三角形内部或边上的颜色 图中不可能有一个三角形能包含所有颜色 没有一个三基色组可以通过加色混合生成所有颜色 对任意三种可见光所产生的颜色(落在舌形区域内)，它们的三角形颜色区域不可能覆盖整个舌形区域，意味着它们不能混合产生所有的颜色色度图颜色特性 互补色在

16、色度图上一定表示成位于C的相反方向，且通过C的直线连接的两个点C3、C4 当混合这两个点将得到白色 二基色颜色范围可确定一种颜色的主波长 从C通过C1画一根直线与光谱曲线相交于Cs 颜色C1可表示成光C与光谱颜色Cs的混合；因此，C1的主波长就是Cs00.10.20.30.40.50.60.7x0.10.80.20.30.40.50.60.7400480700600580560540520500yc1c2c3c4ccscpcsp色度图中表示补色色度图中确定主波长和纯度色度图颜色特性 C1点的颜色纯度可通过沿C到Cs的直线计算C1到C的相对位置来确定：dc1表示从C到C1的距离dcs表示C到Cs

17、的距离 比率dc1/dcs来计算纯度00.10.20.30.40.50.60.7x0.10.80.20.30.40.50.60.7400480700600580560540520500yc1c2c3c4ccscpcsp色度图中表示补色色度图中确定主波长和纯度色度图紫光线 C与紫红线之间的颜色点C2的主波长的计算方法:从C经过C2画一根直线，得到紫红线上点Cp Cp并不在可见光谱中 点C2称为非光谱颜色，它的主波长从位于光谱曲线上的Cp的补点(点Csp)获得 非光谱颜色是在紫品红范围内并具有从白光减去主波长(如Csp)的光谱分布00.10.20.30.40.50.60.7x0.10.80.20.

18、30.40.50.60.7400480700600580560540520500yc1c2c3c4ccscpcsp色度图中表示补色色度图中确定主波长和纯度00.10.20.30.40.50.60.7x0.10.80.20.30.40.50.60.7400480700600580560540520500yc1c2c3c4ccscpcsp色度图中表示补色色度图中确定主波长和纯度色度图小结00.10.20.30.40.50.60.7x0.10.80.20.30.40.50.60.7400480700600580560540520500yc1c2c3c4ccscpcsp色度图中表示补色色度图中确定主波

19、长和纯度00.10.20.30.40.50.60.7x0.10.80.20.30.40.50.60.7400480700600580560540520500yc1c2c3c4ccscpcsp色度图中表示补色色度图中确定主波长和纯度色度图主要用于：n 计算所给基色组的整个颜色范围；其中颜色范围表示成直线段或多边形n 计算互补颜色n 确定指定颜色的主波长n 计算所给颜色的纯度CIE XYZ（xyY）颜色模型小结z=1-x-y , X = Y ,xyzyZ = YY值表示人眼对亮度的响应。其值与XYZ中的Y刺激值一致。x和y为色度坐标值，和色彩、纯度有关，并可以确定zC=xX+yY+zZRGB颜色模

20、型(加色） 三刺激理论， 设备相关630nm(红) 530nm(绿) 450nm（兰）对视网膜锥状细胞刺激最强 C()=rR+gG+bB r,g,b: 0-1 RGB立方体RGB品红(1,0,1)黄红绿(0,1,0)黑(0,0,0)青(0,1,1)白(1,1,1)蓝(0,0,1)(1,0,0)(1,1,0)RGB颜色立方体不同RGB模型及其和XYZ 转换 对于不同光源（D50，D65）和RGB空间的不同实现（比如sRGB，AdobeRGB）例如：X=0.4497288R+0.3162486G+ 0.1844926BY=0.2446525R+0.6720283G+ 0.0833192BZ=0.0

21、251848R+0.1411824G+ 0.9224628BCMY颜色模型（减色）三基色：青Cyan，品红Magenta，黄Yellow 光从青(品红/黄)色墨水中反射出时，一定不含红(绿/蓝)色成分适合于往硬拷贝上输出和RGB模型之间的转换四个墨盒CMYK（K：黑色）CM绿(1,0,1)蓝品红 (0,1,0)白 (0,0,0)红 (0,1,1)黑(1,1,1)黄(0,0,1)青(1,0,0)(1,1,0)YCMY111RGB=-白色CMYCMYKKK=-K = min(C,M,Y)YUV,YIQ颜色模型（加色） 适用于电视监视器的组合信号颜色模型 YUV: Y表示亮度，UV用来表示色差，U、

22、V是构成彩色的两个分量。 YIQ: Y表示亮度，以 I 轴表示人眼最为敏感的色轴，而以与之垂直的Q 轴表示最不为敏感的色轴。RGB图 像100200 300400 500100200300NTSC图 像100200 300400 500100200300Y分 量100200 300400 500100200300I分 量100200 300400 500100200300Q分 量100200 300400 500100200300R分量 G分量 B分量YCbCr Y表示亮度，Cb和Cr表示两个颜色分量 在计算机视觉图像处理中有较多应用 ITU-R BT.601 (国际电信联盟制定的协议标准）

23、和RGB0-255之间的转换 Y = 0.257*R + 0.504*G + 0.098*B + 16(亮度) Cb= -0.148*R - 0.291*G + 0.439 *B + 128 Cr = 0.439*R - 0.368*G - 0.071*B + 128面向视觉感知的颜色模型 HSI(色调、饱和度、亮度） HSV (色调、饱和度、明度） I或V分量与图像的彩色信息无关 H和S分量反应了色彩本质，符合人感受颜色的方式 更好的避免颜色受到光照明暗等条件的干扰 常用于计算机视觉领域的图像视频处理等HSIH： 为角度，从0到360；S： 从0到1， S0时只有灰度； I： I从0到1，

24、0是黑色， 1是白色HIS模型HSI RGBRGBHSIR分量 G分量 B分量H分量 S分量 I分量HSI和RGBR分量 G分量 B分量H分量I分量S分量HSV颜色模型色彩/调(Hue) 饱和度(Saturation) 明度(Value of Brightness）HSV模型的三维表示品红绿黄红青蓝V=0黑V(明度)白(v=1)色彩角Hs黑白饱和度S明暗纯色彩s=1,v=1色泽色调V(明度)小结。 选择合适的颜色模型,了解: 用什么参数可以获得什么颜色 什么颜色可以分解为什么分量 最常用最简单, OpenGL直接支持的： RGB 所有图元都具有的属性：RGB颜色 颜色最终体现在扫描转换生成的“像素”中