数字图像处理技术(1)备课讲稿.ppt

数字图像处理技术数字图像处理技术(1)(1)制作：西安交通大学制作：西安交通大学 计算机教学实验中心计算机教学实验中心第第3章章数字图像处理技术数字图像处理技术n图像是指绘制、摄制或印制的形图像是指绘制、摄制或印制的形象。图像处理是将已有的图像改象。图像处理是将已有的图像改变成一幅新的，更好的图像变成一幅新的，更好的图像.2制作：西安交通大学制作：西安交通大学 计算机教学实验中心计算机教学实验中心提出问题提出问题n如何用图形来表达意愿、思想、美好如何用图形来表达意愿、思想、美好n图形语言的特点是什么图形语言的特点是什么n图形、图像在计算机中如何描述图形、图像在计算机中如何描述n色彩如何表达色彩如何表达n处理图像常用哪些工具处理图像常用哪些工具n我也想处理图像我也想处理图像3制作：西安交通大学制作：西安交通大学 计算机教学实验中心计算机教学实验中心DigitalImageRepresentation4制作：西安交通大学制作：西安交通大学 计算机教学实验中心计算机教学实验中心3.1图像的数字化图像的数字化n离散化图像离散化图像n1.图像数字化图像数字化u采样采样，把一幅连续图像在空间上分割成，把一幅连续图像在空间上分割成MN个网个网格，每个网格用一亮度值来表示。由于结果是一格，每个网格用一亮度值来表示。由于结果是一个样点值阵列，故又叫点阵采样。个样点值阵列，故又叫点阵采样。u采样使连续图像在空间上离散化，但采样点上图采样使连续图像在空间上离散化，但采样点上图像的亮度值还是某个幅度区间内的连续分布像的亮度值还是某个幅度区间内的连续分布5制作：西安交通大学制作：西安交通大学 计算机教学实验中心计算机教学实验中心n每个网格上只能用一个确定的亮度值表示。每个网格上只能用一个确定的亮度值表示。每一个采样的小方块内的灰度值相同。把采每一个采样的小方块内的灰度值相同。把采样点上对应的亮度连续变化区间转换为有限样点上对应的亮度连续变化区间转换为有限个特定数的过程，称之为量化，即样点亮度个特定数的过程，称之为量化，即样点亮度的离散化。的离散化。6制作：西安交通大学制作：西安交通大学 计算机教学实验中心计算机教学实验中心7制作：西安交通大学制作：西安交通大学 计算机教学实验中心计算机教学实验中心图像数字化实例图像数字化实例57*55/3位原图采样量化8制作：西安交通大学制作：西安交通大学 计算机教学实验中心计算机教学实验中心补充说明：补充说明：n矩阵中的每一个值代表该点图像的光强度，而光是矩阵中的每一个值代表该点图像的光强度，而光是能量的一种形式，故矩阵中的每一个值必须大于零，能量的一种形式，故矩阵中的每一个值必须大于零，且为有限值。且为有限值。n例子中的数字化采样是按正方形点阵取样的，除此例子中的数字化采样是按正方形点阵取样的，除此之外还有三角形点阵，正六角形点阵取样。之外还有三角形点阵，正六角形点阵取样。n以上是用一幅灰度图做的例子，如果是一幅彩色图以上是用一幅灰度图做的例子，如果是一幅彩色图像，各点的数值还应当反映出色彩的变化。像，各点的数值还应当反映出色彩的变化。n数字化后的矩阵对各像素允许的最大灰度级数都要数字化后的矩阵对各像素允许的最大灰度级数都要作出决定，一般来说，取为作出决定，一般来说，取为2的整次幂的整次幂9制作：西安交通大学制作：西安交通大学 计算机教学实验中心计算机教学实验中心计算数字化图像文件的大小计算数字化图像文件的大小n例例3-3：计算上图占用的存储空间。：计算上图占用的存储空间。n解解：n上上图图使使用用了了一一个个5755的的矩矩阵阵存存储储图图像像，假假设设矩矩阵阵中每个元素使用一个字节来存储，则存储空间为：中每个元素使用一个字节来存储，则存储空间为：57*55*1=3135Byten如果是彩色图像，需要分别存储如果是彩色图像，需要分别存储R、G、B3个分量，个分量，则存储空间为：则存储空间为：3135*3=9405Byte10制作：西安交通大学制作：西安交通大学 计算机教学实验中心计算机教学实验中心3.2数字数字图像的基本概念图像的基本概念n1.图像的基本属性图像的基本属性u图像的像素数目（图像的像素数目（Pixeldimensions），是指位图图像），是指位图图像的宽度和高度方向上含有的像素数目。的宽度和高度方向上含有的像素数目。u一幅图像在显示器上的显示效果由像素数目和显示器的一幅图像在显示器上的显示效果由像素数目和显示器的设定共同决定。设定共同决定。(1)图像分辨率图像分辨率（Imageresolution）指组成一幅图像的像）指组成一幅图像的像素密度的度量方法，通常使用单位打印长度上的图像像素密度的度量方法，通常使用单位打印长度上的图像像素的数目多少，即用每英寸多少点素的数目多少，即用每英寸多少点(dotperinch，dpi)表表示。对同样大小的一幅图，如果组成该图的图像像素数示。对同样大小的一幅图，如果组成该图的图像像素数目越多，则说明图像的分辨率越高，看起来就越逼真。目越多，则说明图像的分辨率越高，看起来就越逼真。相反，图像显得越粗糙。在同样大小的面积上，图像的相反，图像显得越粗糙。在同样大小的面积上，图像的分辨率越高，则组成图像的像素点越多，像素点越小，分辨率越高，则组成图像的像素点越多，像素点越小，图像的清晰度越高。图像的清晰度越高。(图象清晰度、图象分解力图象清晰度、图象分解力)11制作：西安交通大学制作：西安交通大学 计算机教学实验中心计算机教学实验中心u对于那些在扫描时采用低分辨率得到的图像，不对于那些在扫描时采用低分辨率得到的图像，不能通过提高分辨率的方法来提高图像的质量，因能通过提高分辨率的方法来提高图像的质量，因为这种方法仅仅是将一个像素的信息扩展成了几为这种方法仅仅是将一个像素的信息扩展成了几个像素的信息，并没有从根本上增加像素的数量。个像素的信息，并没有从根本上增加像素的数量。12制作：西安交通大学制作：西安交通大学 计算机教学实验中心计算机教学实验中心什么是图像什么是图像什么是图像什么是图像图像与图形的区别 数字图像：直接量化的原始信号数字图像：直接量化的原始信号数字图像：直接量化的原始信号数字图像：直接量化的原始信号 图像的最小单位是像点图像的最小单位是像点图像的最小单位是像点图像的最小单位是像点 用于表现自然影像用于表现自然影像用于表现自然影像用于表现自然影像 图形：运算形成的抽象化产物图形：运算形成的抽象化产物图形：运算形成的抽象化产物图形：运算形成的抽象化产物 图形由具有方向和长度的图形由具有方向和长度的图形由具有方向和长度的图形由具有方向和长度的 矢量表示矢量表示矢量表示矢量表示 用于分析运算结果，简单用于分析运算结果，简单用于分析运算结果，简单用于分析运算结果，简单 图形表示图形表示图形表示图形表示 图像是自然界中多姿多彩的景物和生物图像是自然界中多姿多彩的景物和生物图像是自然界中多姿多彩的景物和生物图像是自然界中多姿多彩的景物和生物 通过视觉感官在大脑中留下的印记。通过视觉感官在大脑中留下的印记。通过视觉感官在大脑中留下的印记。通过视觉感官在大脑中留下的印记。13制作：西安交通大学制作：西安交通大学 计算机教学实验中心计算机教学实验中心 图像组成 图像由基本显示单元图像由基本显示单元图像由基本显示单元图像由基本显示单元“像点像点像点像点”构成构成构成构成图像像点图像像点图像像点图像像点8bit (28bit (28 8=256=256色色色色)16bit (216bit (21616=65536=65536色色色色)24bit (224bit (22424=16M=16M色色色色)8 8位图像位图像位图像位图像 1616位图像位图像位图像位图像 2424位图像位图像位图像位图像 二进制位与图像之间二进制位与图像之间二进制位与图像之间二进制位与图像之间 存在严格的存在严格的存在严格的存在严格的“位映射位映射位映射位映射”关系关系关系关系 像点由若干个二进制位进行描述像点由若干个二进制位进行描述像点由若干个二进制位进行描述像点由若干个二进制位进行描述 二进制位代表图像颜色的数量二进制位代表图像颜色的数量二进制位代表图像颜色的数量二进制位代表图像颜色的数量14制作：西安交通大学制作：西安交通大学 计算机教学实验中心计算机教学实验中心300 dpi 96 dpi 21 dpi300 dpi 96 dpi 21 dpi dpidpi的数值越大，图像越清晰的数值越大，图像越清晰的数值越大，图像越清晰的数值越大，图像越清晰 分辨率的单位分辨率的单位分辨率的单位分辨率的单位dpi (display pixels/inch)dpi (display pixels/inch)每英寸显示的线数每英寸显示的线数每英寸显示的线数每英寸显示的线数dpidpi视觉效果视觉效果视觉效果视觉效果清晰度清晰度清晰度清晰度绝对清晰度绝对清晰度绝对清晰度绝对清晰度 图图像分辨率像分辨率15制作：西安交通大学制作：西安交通大学 计算机教学实验中心计算机教学实验中心像点组成图像示意像点组成图像示意16制作：西安交通大学制作：西安交通大学 计算机教学实验中心计算机教学实验中心例例3-1 3-1 计算图像的像素数计算图像的像素数n计算计算72dpi72dpi的的1111英寸图像的像素数；在英寸图像的像素数；在使用扫描仪扫描彩色图像时，如果用使用扫描仪扫描彩色图像时，如果用300dpi300dpi来扫描一幅来扫描一幅8inch10inch8inch10inch的彩色的彩色图像，得到图像的像素数目是多少？图像，得到图像的像素数目是多少？解解1 1：对于：对于72dpi 1172dpi 11英寸的图像英寸的图像 总像素数总像素数=721721=5184=721721=5184解解2 2：对于：对于300dpi300dpi的的8inch10inch8inch10inch的彩色图像的彩色图像 总像素数总像素数=830010300=830010300 =24003000 =2400300017制作：西安交通大学制作：西安交通大学 计算机教学实验中心计算机教学实验中心图像处理时应考虑的问题图像处理时应考虑的问题n设定图像的分辨率时，应该考虑所制作的图像设定图像的分辨率时，应该考虑所制作的图像的最终发布媒体。的最终发布媒体。n若图像是用于网络的在线媒体，只要使用图像若图像是用于网络的在线媒体，只要使用图像的分辨率和典型的显示器分辨率相匹配即可；的分辨率和典型的显示器分辨率相匹配即可；n若制作的是打印图像，采用过低的分辨率会使图若制作的是打印图像，采用过低的分辨率会使图像显得粗糙，而采用过高的分辨率导致文件的增像显得粗糙，而采用过高的分辨率导致文件的增大和打印时间的延长。大和打印时间的延长。n而且，对于分辨率过高的图像，打印设备未必能而且，对于分辨率过高的图像，打印设备未必能够正常工作。够正常工作。18制作：西安交通大学制作：西安交通大学 计算机教学实验中心计算机教学实验中心（2）显示分辨率显示分辨率n显示分辨率是确定显显示分辨率是确定显示图像的区域大小。示图像的区域大小。n如果显示屏的分辨率如果显示屏的分辨率为为640480，那么一，那么一幅幅320240的图像只的图像只占显示屏的占显示屏的14；相；相反，反，24003000的图的图像在这个显示屏上就像在这个显示屏上就不能显示一个完整的不能显示一个完整的画面。画面。显示分辨率显示分辨率400300图片分辨率图片分辨率9813019制作：西安交通大学制作：西安交通大学 计算机教学实验中心计算机教学实验中心常见分辨率 平板扫描仪：平板扫描仪：平板扫描仪：平板扫描仪：1200 dpi1200 dpi 底片扫描仪底片扫描仪底片扫描仪底片扫描仪 4800 dpi 4800 dpi 印刷图片印刷图片印刷图片印刷图片 普通：普通：普通：普通：300dpi300dpi 高精度：高精度：高精度：高精度：600 dpi600 dpi 显示器：显示器：显示器：显示器：96 dpi96 dpi 显示用图片：显示用图片：显示用图片：显示用图片：96 dpi96 dpi 动画、视频：动画、视频：动画、视频：动画、视频：96 dpi96 dpi 喷墨打印机：喷墨打印机：喷墨打印机：喷墨打印机：7207202880 dpi2880 dpi 激光打印机：激光打印机：激光打印机：激光打印机：6001200 dpi6001200 dpi20制作：西安交通大学制作：西安交通大学 计算机教学实验中心计算机教学实验中心(3)(3)图像深度（图像深度（Image DepthImage Depth）n也称图像的也称图像的位深位深，是指描述图像中每个像素，是指描述图像中每个像素的数据所占的二进制位数。的数据所占的二进制位数。n图像的每一个像素对应的数据通常可以是图像的每一个像素对应的数据通常可以是1 1位位（bitbit）或多位，用于存放该像素的颜色、亮）或多位，用于存放该像素的颜色、亮度等信息，数据位数越多，可以表达的颜色度等信息，数据位数越多，可以表达的颜色数目就越多。数目就越多。21制作：西安交通大学制作：西安交通大学 计算机教学实验中心计算机教学实验中心颜色数量与颜色深度 颜色数量颜色数量颜色数量颜色数量用于表示图像色彩的有限位二进制数。用于表示图像色彩的有限位二进制数。用于表示图像色彩的有限位二进制数。用于表示图像色彩的有限位二进制数。颜色深度颜色深度颜色深度颜色深度表示一个像素的二进制位数，以表示一个像素的二进制位数，以表示一个像素的二进制位数，以表示一个像素的二进制位数，以bitbit为单位。为单位。为单位。为单位。颜色深度颜色深度颜色深度颜色深度(bit)(bit)数值数值数值数值 颜色数量颜色数量颜色数量颜色数量 颜色评价颜色评价颜色评价颜色评价 1 2 1 21 1 2 2 二值二值二值二值(单色单色单色单色)图像图像图像图像 4 2 4 24 4 16 16 简单色图像简单色图像简单色图像简单色图像 8 2 8 28 8 256 256 基本色图像基本色图像基本色图像基本色图像 16 2 16 21616 65536 65536 增强色图像增强色图像增强色图像增强色图像 24 2 24 22424 16777216 16777216 真彩色图像真彩色图像真彩色图像真彩色图像 32 2 32 23232 4294967296 4294967296 真彩色图像真彩色图像真彩色图像真彩色图像 36 2 36 23636 68719476736 68719476736 真彩色图像真彩色图像真彩色图像真彩色图像22制作：西安交通大学制作：西安交通大学 计算机教学实验中心计算机教学实验中心例例3-2 3-2 计算图像的位深计算图像的位深n一一幅幅图图像像的的每每个个像像素素用用R、G、B（红红、绿绿、蓝蓝）三三个个分分量量表表示示，若若每每个个分分量量使使用用8位位，则则一一个个像像素需要素需要24位来表示，此图像深度为位来表示，此图像深度为24位。位。n该图像可表达的颜色数目是多少？该图像可表达的颜色数目是多少？解：可以表达的颜色数为：解：可以表达的颜色数为：224=16,777,216（16M16M）23制作：西安交通大学制作：西安交通大学 计算机教学实验中心计算机教学实验中心真彩色（真彩色（TrueColor）n指在组成一幅彩色图像的每个像素值中，有指在组成一幅彩色图像的每个像素值中，有R，G，B三个基色分量，每个基色分量直接决定显示设备三个基色分量，每个基色分量直接决定显示设备的基色强度，这样产生的彩色称为真彩色。的基色强度，这样产生的彩色称为真彩色。n例如，用例如，用R、G、B各各8位表示的彩色图像。位表示的彩色图像。n而人的眼睛是很而人的眼睛是很难分辨出这么多难分辨出这么多种颜色的。种颜色的。n因此在许多场合因此在许多场合将这样的图像称将这样的图像称为真彩色图像，为真彩色图像，也称为也称为全彩色图全彩色图像像。24制作：西安交通大学制作：西安交通大学 计算机教学实验中心计算机教学实验中心灰度图和彩色图灰度图和彩色图n从色彩方面来讲，又可分为从色彩方面来讲，又可分为灰度图灰度图和和彩色图彩色图。n灰度图灰度图(Grayscaleimage)按照灰度等级的数目来按照灰度等级的数目来划分。只有黑白色的图像称为单色图像划分。只有黑白色的图像称为单色图像（monochromeimage），图中每个像素值用），图中每个像素值用1位位存储。如果每个像素的像素值用一个字节表示，存储。如果每个像素的像素值用一个字节表示，灰度等级数为灰度等级数为256，每个像素可以是，每个像素可以是0255之间之间的任何一个值。的任何一个值。n彩色图像彩色图像(Color image)(Color image)可以按照颜色的数目来划可以按照颜色的数目来划分，如分，如256色图表示该图像中颜色的总数目不超过色图表示该图像中颜色的总数目不超过256种。种。25制作：西安交通大学制作：西安交通大学 计算机教学实验中心计算机教学实验中心单色图和灰度图对比单色图和灰度图对比单色图灰度图26制作：西安交通大学制作：西安交通大学 计算机教学实验中心计算机教学实验中心不同位深度的图像对比不同位深度的图像对比黑白色黑白色16色色256色色24位色位色27制作：西安交通大学制作：西安交通大学 计算机教学实验中心计算机教学实验中心2图像的种类图像的种类n矢量图像矢量图像，也称为面向对象的图像或绘图图像。在，也称为面向对象的图像或绘图图像。在数学上定义为一系列由线连接的点。数学上定义为一系列由线连接的点。u矢量图主要用于工程图、白描图、卡通漫画、图例和三矢量图主要用于工程图、白描图、卡通漫画、图例和三维建模等。维建模等。u矢量文件中的图形元素称为矢量文件中的图形元素称为对象对象。每个对象都是一个自。每个对象都是一个自成一体的成一体的实体实体，它具有颜色、形状、轮廓、大小和屏幕，它具有颜色、形状、轮廓、大小和屏幕位置等属性。在维持它原有清晰度和弯曲度的同时，多位置等属性。在维持它原有清晰度和弯曲度的同时，多次移动和改变它的属性，而不会影响图例中的其它对象。次移动和改变它的属性，而不会影响图例中的其它对象。u例如：一个圆可以表示成圆心在例如：一个圆可以表示成圆心在(x1,y1)，半径为，半径为r的图形；的图形；一个矩形可以通过指定左上角坐标一个矩形可以通过指定左上角坐标(x1,y1)和右下角坐标和右下角坐标(x2,y2)的四边形来表示。的四边形来表示。u基于矢量的绘图同分辨率无关。存盘后文件的大小与图基于矢量的绘图同分辨率无关。存盘后文件的大小与图形中元素的个数和每个元素的复杂程度成正比形中元素的个数和每个元素的复杂程度成正比 28制作：西安交通大学制作：西安交通大学 计算机教学实验中心计算机教学实验中心位图图像图像像点图像像点图像像点图像像点 二进制位与图像之间二进制位与图像之间二进制位与图像之间二进制位与图像之间 存在严格的存在严格的存在严格的存在严格的“位映射位映射位映射位映射”关系关系关系关系 具有位映射关系的图叫作具有位映射关系的图叫作具有位映射关系的图叫作具有位映射关系的图叫作“位图位图位图位图”“位图位图位图位图”特指图像特指图像特指图像特指图像29制作：西安交通大学制作：西安交通大学 计算机教学实验中心计算机教学实验中心矢量图和位图局部放大对比矢量图和位图局部放大对比矢量图局部放大效果清晰位图局部放大效果模糊位图放大效果示意矢量图放大示意30制作：西安交通大学制作：西安交通大学 计算机教学实验中心计算机教学实验中心n位图图像位图图像，亦称为点阵图像或绘制图像，是由称作，亦称为点阵图像或绘制图像，是由称作像素的单个点组成的。这些点可以进行不同的排列像素的单个点组成的。这些点可以进行不同的排列和染色以构成图样。和染色以构成图样。u当放大位图时，可以看见赖以构成整个图像的无数单个当放大位图时，可以看见赖以构成整个图像的无数单个方块。扩大位图尺寸的方法是增多单个像素，从而使线方块。扩大位图尺寸的方法是增多单个像素，从而使线条和形状显得参差不齐。条和形状显得参差不齐。u由于每一个像素都是单独染色的，可以通过以每次一个由于每一个像素都是单独染色的，可以通过以每次一个像素的频率操作选择区域而产生近似相片的逼真效果。像素的频率操作选择区域而产生近似相片的逼真效果。u缩小位图尺寸也会使原图变形，因为它是通过减少像素缩小位图尺寸也会使原图变形，因为它是通过减少像素使整个图像变小的。使整个图像变小的。u不能单独操作（如移动）局部位图。不能单独操作（如移动）局部位图。31制作：西安交通大学制作：西安交通大学 计算机教学实验中心计算机教学实验中心矢量图和位图的局部放大矢量图和位图的局部放大32制作：西安交通大学制作：西安交通大学 计算机教学实验中心计算机教学实验中心3.3图像色彩与色彩空间图像色彩与色彩空间n生气勃勃的大自然色彩向人们展示着物质、生气勃勃的大自然色彩向人们展示着物质、生命、存在和运动状态。视觉是人们认识世生命、存在和运动状态。视觉是人们认识世界的窗口，客观世界作用于人的视觉器官，界的窗口，客观世界作用于人的视觉器官，通过视觉器官形成信息，从而使人产生感觉通过视觉器官形成信息，从而使人产生感觉和认识和认识33制作：西安交通大学制作：西安交通大学 计算机教学实验中心计算机教学实验中心1颜色的描述与度量颜色的描述与度量n颜色颜色是人的视觉系统对可见光的感知结果，感知到是人的视觉系统对可见光的感知结果，感知到的颜色由光波的频率决定的颜色由光波的频率决定n光波光波是一种具有一定频率范围的电磁波是一种具有一定频率范围的电磁波u颜色的实质是一种光波颜色的实质是一种光波 u物体表面的光滑程度或物质成分不同，对于光反射、折物体表面的光滑程度或物质成分不同，对于光反射、折射、散射和吸收的情况也有所不同，因而所呈现的颜色射、散射和吸收的情况也有所不同，因而所呈现的颜色就有不同就有不同 u纯颜色通常使用光的波长来定义，用波长定义的颜色叫纯颜色通常使用光的波长来定义，用波长定义的颜色叫做做光谱色光谱色u用不同波长的光进行组合可以产生相同的颜色感觉用不同波长的光进行组合可以产生相同的颜色感觉 34制作：西安交通大学制作：西安交通大学 计算机教学实验中心计算机教学实验中心35制作：西安交通大学制作：西安交通大学 计算机教学实验中心计算机教学实验中心36制作：西安交通大学制作：西安交通大学 计算机教学实验中心计算机教学实验中心n（1）色调色调引起视觉的色光，可能是由数种波长的引起视觉的色光，可能是由数种波长的光波混合而成，但正常人眼均能感受出它最接近红、光波混合而成，但正常人眼均能感受出它最接近红、橙、黄、绿、蓝、紫等纯光谱色中的那一种，这种橙、黄、绿、蓝、紫等纯光谱色中的那一种，这种属性称为色调。属性称为色调。u而最接近的光谱色，一般也称之为色光的色彩。太阳光而最接近的光谱色，一般也称之为色光的色彩。太阳光谱中各色光的色彩，可以用其波长表示。因此单一波长谱中各色光的色彩，可以用其波长表示。因此单一波长的光，就称为的光，就称为单色光单色光。u黑色与白色都没有色彩，介于黑与白中间的灰色，也不黑色与白色都没有色彩，介于黑与白中间的灰色，也不具有色彩，或者说它们的色彩未定。具有色彩，或者说它们的色彩未定。u色调有一个自然的顺序：红、橙、黄、绿、青、蓝、紫。色调有一个自然的顺序：红、橙、黄、绿、青、蓝、紫。在这个次序中，当人们混合相邻颜色时，可以获得在这在这个次序中，当人们混合相邻颜色时，可以获得在这两种颜色之间连续变化的色调。两种颜色之间连续变化的色调。37制作：西安交通大学制作：西安交通大学 计算机教学实验中心计算机教学实验中心颜色的波长范围颜色的波长范围颜颜 色色 波长范围波长范围/nm/nm红 760-622橙 622-597黄 597-577青 492-455绿 577-492紫 455-38038制作：西安交通大学制作：西安交通大学 计算机教学实验中心计算机教学实验中心饱和度饱和度n指的是颜色偏离灰色、指的是颜色偏离灰色、接近纯光谱色的程度。接近纯光谱色的程度。u黑、白、灰色的饱和度黑、白、灰色的饱和度最低（最低（0%），而纯光谱），而纯光谱色的饱和度最高色的饱和度最高（100%）。）。u纯光谱色与白光混合，纯光谱色与白光混合，可以产生各种混合色光，可以产生各种混合色光，其中纯光谱色所占的百其中纯光谱色所占的百分比，就是该色光的饱分比，就是该色光的饱和度。和度。39制作：西安交通大学制作：西安交通大学 计算机教学实验中心计算机教学实验中心n（3）明度明度指的是光所产生的亮暗感觉。是视觉系指的是光所产生的亮暗感觉。是视觉系统对可见物体辐射或者发光多少的感知属性。统对可见物体辐射或者发光多少的感知属性。u就白、黑、灰色而言，白色最亮，黑色则最暗，灰色则就白、黑、灰色而言，白色最亮，黑色则最暗，灰色则居中。居中。u在不太严格的场合，明度也可以看作是亮度。如果由明在不太严格的场合，明度也可以看作是亮度。如果由明而暗，制作一系列代表不同等级亮度而暗，制作一系列代表不同等级亮度(称为灰阶称为灰阶)的灰色方的灰色方块，则某个有色方块的亮度，可以在同一白光照射下，块，则某个有色方块的亮度，可以在同一白光照射下，忽略其色彩与饱和度属性，依靠视觉比较，找出亮暗感忽略其色彩与饱和度属性，依靠视觉比较，找出亮暗感觉相近的灰色方块，而以该灰色方块的亮度为其亮度觉相近的灰色方块，而以该灰色方块的亮度为其亮度40制作：西安交通大学制作：西安交通大学 计算机教学实验中心计算机教学实验中心颜色圆颜色圆沿径向表示饱和度沿圆周来表示色调沿垂直方向表示明度41制作：西安交通大学制作：西安交通大学 计算机教学实验中心计算机教学实验中心42制作：西安交通大学制作：西安交通大学 计算机教学实验中心计算机教学实验中心2.三基色原理三基色原理n现代颜色视觉理论中的三色学说认为人眼的锥状细现代颜色视觉理论中的三色学说认为人眼的锥状细胞是由红、绿、蓝三种感光细胞组成的，自然界中胞是由红、绿、蓝三种感光细胞组成的，自然界中的任何一种颜色都可以由的任何一种颜色都可以由R、G、B这这3种颜色值之种颜色值之和来确定，它们构成一个和来确定，它们构成一个3维的维的RGB矢量空间。这矢量空间。这就是说，就是说，R、G、B的数值不同混合得到的颜色就不的数值不同混合得到的颜色就不同，也就是光波的波长不同。同，也就是光波的波长不同。n一定的光谱分布，对应着一种唯一确定的颜色；但一定的光谱分布，对应着一种唯一确定的颜色；但是同一颜色，可以由不同的光谱分布所组成，这种是同一颜色，可以由不同的光谱分布所组成，这种现象称为现象称为“同色异谱同色异谱”现象。现象。43制作：西安交通大学制作：西安交通大学 计算机教学实验中心计算机教学实验中心3.相加混色和相减混色相加混色和相减混色n任何一种颜色都可用三种基本颜色按不同的任何一种颜色都可用三种基本颜色按不同的比例混合得到。比例混合得到。u三种颜色的光强越强，到达人眼的光就越多，它三种颜色的光强越强，到达人眼的光就越多，它们的比例不同，看到的颜色也就不同，没有光到们的比例不同，看到的颜色也就不同，没有光到达眼睛，就是一片漆黑。达眼睛，就是一片漆黑。u三基色的大小决定彩色光的亮度，混合色的亮度三基色的大小决定彩色光的亮度，混合色的亮度等于各基色分量亮度之和。三基色的比例决定混等于各基色分量亮度之和。三基色的比例决定混合色的色调，当三基色混合比例相同时，是灰色。合色的色调，当三基色混合比例相同时，是灰色。44制作：西安交通大学制作：西安交通大学 计算机教学实验中心计算机教学实验中心 三基色加色混色 45制作：西安交通大学制作：西安交通大学 计算机教学实验中心计算机教学实验中心“光的三原色光的三原色”系统系统 RGB RGB 电脑彩色电脑彩色电脑彩色电脑彩色RedRedBlueBlueGreenGreen0 255 灰阶灰阶0 255 灰阶灰阶0 255 灰阶灰阶nR（红）、（红）、G（绿）、（绿）、B（蓝）三种颜色构成（蓝）三种颜色构成了光线的三原色。计算机显示器是根据该原了光线的三原色。计算机显示器是根据该原理制造的。因此也被称为理制造的。因此也被称为“电脑三原色电脑三原色”。46制作：西安交通大学制作：西安交通大学 计算机教学实验中心计算机教学实验中心色彩三要素明度明度明度明度色相色相色相色相纯度纯度纯度纯度色彩的明暗程度色彩的明暗程度色彩的明暗程度色彩的明暗程度明度对纯度产生明度对纯度产生明度对纯度产生明度对纯度产生不可忽视的影响不可忽视的影响不可忽视的影响不可忽视的影响 颜色的相貌颜色的相貌颜色的相貌颜色的相貌只和颜色的波长有只和颜色的波长有只和颜色的波长有只和颜色的波长有关。明度和纯度变关。明度和纯度变关。明度和纯度变关。明度和纯度变化时，波长不变。化时，波长不变。化时，波长不变。化时，波长不变。色彩的饱和程度色彩的饱和程度色彩的饱和程度色彩的饱和程度黑、白、灰没有纯度黑、白、灰没有纯度黑、白、灰没有纯度黑、白、灰没有纯度纯度最高的颜色纯度最高的颜色纯度最高的颜色纯度最高的颜色47制作：西安交通大学制作：西安交通大学 计算机教学实验中心计算机教学实验中心冷色冷色冷色冷色暖色暖色暖色暖色中性色中性色中性色中性色相邻色相邻色相邻色相邻色互补色互补色互补色互补色颜色的关系冷色冷色冷色冷色冷色冷色冷色冷色暖色暖色暖色暖色暖色暖色暖色暖色48制作：西安交通大学制作：西安交通大学 计算机教学实验中心计算机教学实验中心n相减混色相减混色利用滤光特性，在白光中减去不需要的彩利用滤光特性，在白光中减去不需要的彩色，留下所需要颜色。如印染、颜料等采用的相减色，留下所需要颜色。如印染、颜料等采用的相减混色。混色。u相减混色关系式如：相减混色关系式如：w黄色黄色=白色蓝色，白色蓝色，w青色青色=白色红色，白色红色，w红色红色=白色蓝色绿色，白色蓝色绿色，w黑色黑色=白色蓝色绿色红色。白色蓝色绿色红色。n当两种以上的色料相混和重叠时，白光就减去各种当两种以上的色料相混和重叠时，白光就减去各种色料的吸收光，其剩余部分的反射色光混合结果就色料的吸收光，其剩余部分的反射色光混合结果就是色料混合或重叠产生的颜色。是色料混合或重叠产生的颜色。nCMYK模式模式49制作：西安交通大学制作：西安交通大学 计算机教学实验中心计算机教学实验中心常用的相加混色方法有以下三种常用的相加混色方法有以下三种n时间混色法时间混色法：将三基色按一定比例轮流投射到同一：将三基色按一定比例轮流投射到同一屏幕上，由于人眼的视觉惰性，只要交替速度足够屏幕上，由于人眼的视觉惰性，只要交替速度足够快，产生的彩色视觉与三基色直接相混时一样。快，产生的彩色视觉与三基色直接相混时一样。n空间混色法空间混色法：将三基色同时投射到彼此距离很近的：将三基色同时投射到彼此距离很近的点上，利用人眼分辨力有限的特性而产生混色，或点上，利用人眼分辨力有限的特性而产生混色，或者使用空间坐标相同的三基色光的同时投射产生合者使用空间坐标相同的三基色光的同时投射产生合成光。成光。n生理混色法生理混色法：利用两只眼睛分别观看两个不同颜色：利用两只眼睛分别观看两个不同颜色的同一景象，也可获得混色效果的同一景象，也可获得混色效果50制作：西安交通大学制作：西安交通大学 计算机教学实验中心计算机教学实验中心4.颜色空间颜色空间n颜色空间是组织和描述颜色的方法之一，也可以称颜色空间是组织和描述颜色的方法之一，也可以称之为颜色模型之为颜色模型n(1)RGB颜色空间颜色空间u采用红、绿和蓝采用红、绿和蓝3基色来匹配所有颜色的模型称为基色来匹配所有颜色的模型称为RGB颜颜色空间。色空间。u国际照明委员会将国际照明委员会将3种单色光的波长分别定义为红色种单色光的波长分别定义为红色（700nm）、绿色（）、绿色（546.1nm）和蓝色（）和蓝色（453.8nm）。）。u根据根据3基色原理，任意一种颜色可以由下式匹配：基色原理，任意一种颜色可以由下式匹配：C=rR+gG+bBw式式中中的的系系数数r、g和和b分分别别为为3基基色色红红、绿绿和和蓝蓝的的比比例例系系数数。当当r=g=b时，颜色时，颜色C为标准的白色。为标准的白色。51制作：西安交通大学制作：西安交通大学 计算机教学实验中心计算机教学实验中心n1米米=1000毫米毫米n1毫米毫米=1000微米微米n1微米微米=1000纳米纳米n米米m,毫米毫米mm,微米微米m,钠米钠米nm52制作：西安交通大学制作：西安交通大学 计算机教学实验中心计算机教学实验中心nRGB颜颜色色模模型型通通常常用用于于彩彩色色阴阴极极射射线线管管和和彩彩色色光光栅栅图形显示器。图形显示器。n各个原色的光能叠加在一起产生复合色。各个原色的光能叠加在一起产生复合色。n在在正正方方体体的的主主对对角角线线上上，各各原原色色的的量量相相等等，产产生生由由暗暗 到到 亮亮 的的 白白 色色，即即 灰灰 度度。（0,0,0）为为 黑黑，（255,255,255）为为白白。正正方方体体的的其其它它六六个个顶顶点点分分别别为红、黄、绿、青、蓝和品红。为红、黄、绿、青、蓝和品红。53制作：西安交通大学制作：西安交通大学 计算机教学实验中心计算机教学实验中心（2）CMYK颜色空间颜色空间n与与RGB颜色模型不同，以红、绿、蓝的补色青颜色模型不同，以红、绿、蓝的补色青（Cyan）、品红（）、品红（Magenta)、黄、黄(yellow)为原色为原色构成构成CMY颜色系统，常用于从白光中滤去某种颜色，颜色系统，常用于从白光中滤去某种颜色，故称为故称为减性原色系统减性原色系统。nCMY颜色模型对应的直角坐标系的子空间与颜色模型对应的直角坐标系的子空间与RGB模模型所对应的子空间几乎完全相同。区别仅在于前者型所对应的子空间几乎完全相同。区别仅在于前者的原点为白，而后者的原点为黑。前者是通过从白的原点为白，而后者的原点为黑。前者是通过从白色中减去某种颜色来定义一种颜色，而后者是通过色中减去某种颜色来定义一种颜色，而后者是通过向黑色中加入某种颜色来定义一种颜色向黑色中加入某种颜色来定义一种颜色54制作：西安交通大学制作：西安交通大学 计算机教学实验中心计算机教学实验中心n静电或喷墨绘图仪、打印机、复印机等硬拷静电或喷墨绘图仪、打印机、复印机等硬拷贝设备将颜色画在纸张上时，使用的是贝设备将颜色画在纸张上时，使用的是CMY颜色系统。颜色系统。n由于彩色墨水和颜料的化学特性，用等量的由于彩色墨水和颜料的化学特性，用等量的三基色得到的黑色不是真正的黑色，因此在三基色得到的黑色不是真正的黑色，因此在印刷术中经常加入一种真正的黑色（印刷术中经常加入一种真正的黑色（Black）。）。n黑色用黑色用K表示，表示，CMY颜色空间成为颜色空间成为CMYK颜颜色空间色空间55制作：西安交通大学制作：西安交通大学 计算机教学实验中心计算机教学实验中心（3）XYZ颜色空间颜色空间n在在RGB的颜色空间匹配式的颜色空间匹配式C=rR+gG+bB中中，通通过过试试验验，发发现现当当匹匹配配一一些些颜颜色色的的时时候候，r将将取取负负值值。这这样样一一来来既既不不利利于于计计算算也也不不好好理理解解，于于是是使使用用三三个个理理想想的的原原色色来来代代替替实实际际的的三三原原色色，从从而而将将CIE-RGB系系统统中中r、g、b均均变为正值。这三种颜色被命名为变为正值。这三种颜色被命名为X、Y、Z。56制作：西安交通大学制作：西安交通大学 计算机教学实验中心计算机教学实验中心n对任一颜色对任一颜色C有有C=xX+yY+zZ并并且且x+y+z=1，x、y、z均均大大于于0。这这样样的的颜颜色色空空间间称称为为XYZ颜颜色色空空间间，它它和和RGB颜颜色色空空间间有如下的换算关系：有如下的换算关系：X=0.490R+0.310G+0.20BY=0.177R+0.812G+0.011BZ=0.010G+0.990B57制作：西安交通大学制作：西安交通大学 计算