03 计算机图形、图像技术

图像的Lab颜色模型
Lab模式既不依赖光线，也不依赖于颜料，它是CIE组织确定 的一个理论上包括了人眼可以看见的所有色彩的色彩模式。Lab 模式弥补了RGB和CMYK两种色彩模式的不足。 Lab模式所定义的色彩最多，且与光线及设备无关并且处理速 度与RGB模式同样快，比CMYK模式快很多。因此，可以放心大胆 的在图象编辑中使用Lab模 式。而且，Lab模式在转换成CMYK模 式时色彩没有丢失或被替换。因此，最佳避免色彩损失的方法 是：应用Lab模式编辑图象，再转换为CMYK模式打印 输出。
用32位表示一个像素时，R，G，B分别用8位表示，剩下的8位常 称为α 通道(alpha channel) 位，或称为复盖(overlay) 位、中断 位、属性位。它的用法可用一个预乘α 通道(premultiplied alpha) 的例子说明。假如一个像素(A，R，G，B)的四个分量都用规一化 的数值表示，(A，R，G，B)为(1，1，0，0)时显示红色。当像素 为(0.5,1,0,0)时，预乘的结果就变成(0.5,0.5,0,0)，这表示原来该 像素显示的红色的强度为1 ，而现在显示的红色的强度降了一半。
计算机图形、图像技术
计算机图形、图像技术
计算机图形分为两大类──位图图像和矢量图形
矢量图形，是由叫作矢量的数学对象所定义的 直线和曲线组成的。矢量根据图形的几何特性 来对其进行描述，矢量图形与分辨率无关。
位图图象，也叫作栅格图象。位图图象是用小 方形网格（位图或栅格），即人所共知的象素 来代表图象，每个象素都被分配一个特定位置 和颜色值。位图图象与分辨率有关，换句话 说，它包含固定数量的象素，代表图象数据。
从RGB模型转换到HIS模型
I ( R G B ) / 3; 3 S 1 min(R, G , B ); I 1 [(R G ) ( R B )] 2 cos1[ ], 2 ( R G ) ( R B )(G B ) , G B; H 2 , G B.
彩色空间RGB-YCrCb
数字域中的彩色空间变换与模拟域的彩色 空间变换不同。它们的分量使用Y、Cr和 Cb来表示，与RGB空间的转换关系如下： Y ＝ 0.299R＋0.578G＋0.114B Cr＝(0.500R－0.4187G－0.0813B)＋128 Cb=(－ 0.1687R－0.3313G＋0.500B)＋128
在用二进制数表示彩色图像的像素时， 除R，G，B分量用固定位数表示外，往 往还增加1位或几位作为属性(Attribute) 位。例如，RGB 5:5:5表示一个像素时， 用2个字节共16位表示，其中R，G，B各 占5位，剩下一位作为属性位。在这种情 况下，像素深度为16位，而图像深度为 15位
图像的三个基本属性—像素深度
图像的种类
只有黑白两中颜色的图像称为 单色图像 (monochrome image) ，它的每个像素的像素 值用1位存储，它的值只有“0”或者“1”，一幅 640×480 的单色图像需要占据37.5KB 的存储 空间。 如果每个像素的像素值用一个字节表示，灰度 值级数就等于256级，每个像素可以是0-255之 间的任何一个值，一幅640×480的灰度图像就 需要占据300KB的存储空间。
I R (1 S ), B 3I R B; 3 I S cos(H 240 ) 240 H 360 , B 1 , cos(300 H ) 3

G
I (1 S ), R 3I R B 3
图像的Lab颜色模型
Lab模式是根据Commission Internationale Eclairage（CIE）在1931年所制定的一种测定颜色的 国际标准建立的。于1976年被改进，并且命名的一种 色彩模式。 Lab颜色模型是有国际照明委员会（CIE）于1976 年公布的一种颜色模型，Lab颜色模型弥补了RGB和 CMYK两种色彩模式的不足。Lab颜色模型由三个要素组 成，一个要素是亮度（L），a 和b是两个颜色通道。a 包括的颜色是从深绿色（低亮度值）到灰色（中亮度 值）再到亮粉红色（高亮度值）；b是从亮蓝色（底亮 度值）到灰色（中亮度值）再到黄色（高亮度值）。 因此，这种颜色混合后将产生具有明亮效果的色彩。
因为所有打印油墨都会包含一些杂质， 这三种油墨实际上产生一种土灰色，必 须与黑色 (K) 油墨混合才能产生真正的 黑色。将这些油墨混合产生颜色叫作四 色印刷。
图像的CMYK颜色模型
相加色与相减色关系
相加混色RGB 000 001 010 011 100 101 相减混色CMY 111 110 101 100 011 010 生成的颜色 黑 蓝 绿 青 红 品红
图像的RGB颜色模型
图像的CMYK颜色模型
CMYK模型以打印在纸张上油墨的光线吸 收特性为基础，白光照射到半透明油墨 上时，部分光谱被吸收，部分被反射回 眼睛。 理论上，青色(C)、品红(M)和黄色(Y)色 素能合成吸收所有颜色并产生黑色。由 于这个原因，这些颜色叫作减色。
图像的CMYK颜色模型
图像的种类
图像的种类
彩色图像(color image)可按照颜色的数目来划分，例如 256色图像和真彩色(24bit颜色)等。彩色图像的每个像 素的R、G和B值用一个字节来 表 示 ， 一 幅 640×480 的 8 位 彩 色 图 像 需 要307.2KB的存储空间。一幅 640×480的真彩色图像需要921.6 KB的存储空间。
关于“溢色”
在表达色彩范围上，处于第一位的是Lab模式，第 二位的是RGB模式，第三位是CMYK模式。
关于“溢色”
在表达色彩范围上，处于第一位的是Lab模式，第 二位的是RGB模式，第三位是CMYK模式。
颜色模型的色域
色域是一个色系能够显示或打印的颜色范围。 人眼看到的色谱比任何颜色模型中的色域都 宽。 在颜色模型中，L*a*b具有最宽的色域，它包 括RGB和CMYK色域中的所有颜色。通常RGB色域 包含能在计算机显示器或电视屏幕（发出红、 绿和蓝光）上所有能显示的颜色。因而一些诸 如纯青或纯黄等颜色不能在显示器上精确显 示。
色度图
1.0
Y
520 0.8 510
530
0.6
C：白色 Q：橙色 P：66%
0.2 0.4
500
540 550 绿 560 570 黄 580 Q p 590 600 C 紫 400 0.4 0.6 0.8 1.0 620 红 700~770 530 X
490 480 470 460 蓝 0.2
颜色模型的色域
CMYK色域较窄，仅包含使用印刷色油墨 能够打印的颜色。当不能被打印的颜色 在屏幕上显示时，它们称为溢色──即 超出CMYK色域之外。
彩色空间的线性变换标准
为了使用人的视角特性以降低数据 量，通常把RGB空间表示的彩色图像 变换到其他彩色空间。彩色空间变 换有三种：
YIQ适用于NTSC彩色电视制式 YUV适用于PAL彩色电视制式 YCrCb适用于计算机用的显示器
色度学 色度图 坐标轴 中心点和边界点 任一颜色的表示
颜色模型
RGB模型
HIS模型
色度学
三基色 红（R）绿（G）蓝（B） 三补色 品红（M，magenta，红加蓝）
青 （C，cyan，绿加蓝）
黄 （Y，yellow，红加绿）
图像的RGB颜色模型
绝大部分可见光谱可用红、绿和蓝 (RGB) 三色光按不同比例和强度的混合来表示。 在颜色重叠的位置，产生青色、品红和黄 色。 因为 RGB 颜色合成产生白色，它们也叫作 加色。将所有颜色加在一起产生白色── 就是说，所有光被反射回眼睛。加色用于 光照、视频和显示器。例如，显示器通过 红、绿和蓝荧光粉发射光线产生彩色。
0.6
500
0.4
540 550 绿 560 570 黄 580 590 600 C 紫 400 0.4 0.6 0.8 1.0 620 红 700~770 530 X
490 480 470 460 蓝 0.2
0.2
0.0
色度图 1，在色度图中每点都对应一种颜色 2，在色度图中边界上的点代表纯颜色 中心点处纯度为零 3，在色度图中连接任意两端点的直线上 的各点表示将这两端点所代表的颜色相加 可组成的颜色。
颜色模型转换
从HIS模型转换到RGB模型
I S cos(H ) 0 H 120 , R 1 cos(60 H ) , 3

B
I (1 S ), G 3I R B; 3
I S cos( H 120 ) 120 H 240 , G 1 , cos(180 H ) 3
图像的三个基本属性—像素深度
像素深度是指存储每个像素所用的位 数，它也是用来度量图像的分辨率 例如，一幅彩色图像的每个像素用 R，G，B三个分量表示，若每个分量 用8位，那么一个像素共用24位表 示，就说像素的深度为24，每个像素 可以是224=16777216种颜色中的一 种。
图像的三个基本属性—像素深度
彩色空间的线性变换标准
YUV与YIQ模型 在彩色电视制式中，使用YUV和YIQ模型来表示 彩色图像。在PAL彩色电视制式中使用YUV模 型，Y表示亮度，UV用来表示色差，U、V是构 成彩色的两个分量；在NTSC彩色电视制式中使 用YIQ模型，其中的Y表示亮度，I、Q是两个彩 色分量。 YUV/YIQ特点 亮度信号(Y)和色度信号(U、V)是相互独立
110
111Βιβλιοθήκη 001000黄
白
颜色模型的空间表示
颜色模型关系示意
颜色的三个基本特征量 亮度：与发射率有关 色调：与波长有关 饱和度：与光谱纯度有关
色度图
色度图
y
绿 0.8 NTSC 520nm
PAL 红 紫 0.2 色度图 700-770nm