图像处理基础之颜色

tech2023-02-13  116

介绍颜色

“ 正确得讲,光线并不是彩色的。” --牛顿

颜色与我们的衣食住行息息相关。

​ 人类对外界的感知,80%以上的信息来自视觉器官,色彩是给人的第一视觉印象。 在观察物体时,人的视觉神经首先对色彩反映最快,其次是形状和 空间位置,最后才是物体表面的细微层次

颜色的定义:

​ 我国国家标准规定如下:色-光作用于人眼引起除形象以外的视觉特性,颜色是物质世界的光波刺激人眼 而在大脑所产生的心理感受。

一切从光说起

光的本质:

光:能够在人眼的 视觉系统上引起明亮的颜色感觉的电磁辐射。

光的特点:

光具有波粒二象性(同时具有波和粒子的双重性质);光是一种电磁波,可 见光波长范围在380nm~780nm.

​ 光谱图

视觉系统能感觉的波长范围为380~780nm。

色光三原色(shade)

定义:

R、G、B以不同比例混 合,可得到自然界中的所有颜色的色光;R、G、B本身不能由其 他的色光混合得到.

性质:

波长:CIE规定: R 700nm;G 546.1nm;B 435.8nm; 亮度比例:R:G:B=1:4.5907:0.061颜色: R:大红,略带有微黄色G:鲜绿色,不带有任何颜色倾向B:蓝色带有红色倾向,又称蓝紫色

色光三原色-加色系统:

定义:两种或两种以上的色光作用于人眼在 视觉上产生另一种色光的效果。

三原色等量混合规律:

规律:

R+G+B = W(白色)G+B = C(青)B+R = M(品红)R+G=Y(黄)

加色系统的实质:

色光相加,明度升高,越加越亮,能量相加 :S12(λ) =S1(λ) +S2(λ)

混合方式

静态混合:各种颜色处于静态时,反射的色光 同时刺激人眼而产生的混合。

动态混合:各种颜色处于动态时,反射的色光 先后在人眼中的混合。

色料三原色-减色系统

色料三原色:品红、黄、青。

定义:

任意两色或三色按不同比例混合, 可调出自然界中所有颜色;自然界中任何其余色料都无法混合出这三种颜色。

性质:

色料不纯;印刷中引入YMCBK四色版;

Y(减B);M(减G);C(减R)

减色系统

从复合白光中减去一种或几种单色 光从而得到另一种色光的效果。W – G = (R+G+B) – G = R+B = M

减色系统混合规律–等量混合

Y + M = RY + C = GM + C = BY + M + C = BK

减色系统实质:

色料相加(透明层叠合或颜料混合),能量减弱,明度降低

减色法混合的方式:

色料的掺和

加色法与减色法的区别

色彩的物理规律:

光谱特性

有选择地吸收、透射和反射

物体吸收:

当入射光照射在物体上,某一光波的频率与物体的本征频率相匹配时,物体就吸收这一波长光的辐射能,使电子的能级跃迁到高能级的轨道上,发生吸收,其余发射出去。

物体透射:

-

物体反射:

色彩的生理基础

人眼构造

视觉二重功能

明视觉:在明亮条件下由锥体细 胞作用所产生的视觉。暗视觉:在较暗的环境下由杆体 细胞作用所形成的视觉。

S-Cone(锥状) :短波长(B)

M-Cone :中波长(G)

L-Cone :长波长(R)

然而,每个人这三种细胞的分布是不一样的,这也是为何说每个人看到的世界都不一样的原因。

心理学中的颜色(HSL)

色相(H) --颜色的基本特征

颜色在不同波长彼此区分的特性颜色的外观相貌

从人的颜色视觉生理角度认识色相:

是指人眼的三种感色视锥细胞受不同刺激后引起的不同颜色感觉

光源的色相:

取决于颜色的光谱组成对人眼所产生的感觉。

物体的色相:

取决于光源的光谱组成和物体表面选择性吸收后所反射(透射)的各波长辐射的比例对人眼所产生的感觉

​ 二十四色色相环

明度(L)——颜色引起视觉相对明暗的特性。

​ 各光谱色的相对明度值(%)

1.对于非彩色物体,明度就是人眼对由白-黑-灰所组成色样的明暗程度的感觉。2、对于彩色物体,明度是人眼对各种彩色明暗程度的感觉,用相应的灰色差异表示出来。3、若用光谱反射率 曲线来判断,可由该曲线的波峰与波谷的平均值来确定。4、明度与亮度的区别: 亮度(Luminance)可以用光度计测量,是与人的视觉无 关的“客观亮度”。明度(brightness)是颜色的亮度在视觉上的反映,要符合光谱光视效率曲线。

饱和度(S)——颜色引起视觉相对浓淡的特性。

1、指颜色的纯洁性

可见光谱的单色光是最饱和的彩色光。

物体色的饱和度取决于该物体表面的选择性吸收程度,白、灰、黑无选择性,饱和度为0。

对色料来说,饱和度高,则色泽鲜艳,饱满而纯洁。

也可理解为含彩色的程度,或含“灰”的 程度。若S高,则含中性灰色少,反之,则多。

表示方式:

以色彩中纯色成分的多少比例,用百分数表示。若用光谱反射率曲线来判断, 则可用该曲线的波峰 与波谷的差值来表示
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