计算机测色配色技术----第7部分--色彩模式.pdf

Sept 18,2007Xue ChaohuaCollege of Resource and Environment,Shaanxi University of Science and Technology,Xianyang 712081,Shaanxi,China http:/色彩模式是把色彩用数据来表示的一种方法。色彩模式不同，对颜色进行描述和分类的方法也不同。用特定的色彩模式生成的颜色范围叫称为色彩空间。色彩模式确定各值之间的关系，色彩空间将这些值的绝对含义定义为颜色。某些色彩模式有固定的色彩空间（如L*a*b*和XYZ），其与人眼感知颜色的方式直接相关，因此可视为与设备无关；而其它一些颜色模式（如RGB、HSL、HSB、CMYK等）可能具有许多不同的色彩空间，其因每个相关的色彩空间或设备而异的不同而不同，因此被视为与设备相关。当把一幅图像的颜色模式从RGB转换到CMYK颜色模式，会发现用CMYK模式的颜色比RGB模式的颜色暗淡一些，这是由于CMYK的色域较小，无法复制RGB颜色中的某些颜色。如图所示，最外边的马蹄形色域是L*a*b*色彩范围，其次是RGB，其中最小的是CMYK模式。对于常见的设备来说，计算机显示器的色域最大，其次是数码相机、扫描仪和印刷机，印刷设备的色域大于办公室打印设备。RGB色彩模式又称RGB色彩空间，它是一种基于有色光的表色模式。自然界中，几乎所有的颜色都可以用R（Red的缩写，为红光）、G（Green的缩写，为绿光）、B（Blue的缩写，为蓝光）三种颜色，通过不同比例和强度合成出来。因此，国际照明委员会（CIE）规定R、G、B为有色光的三原色。它是一种加色法模式，通过R、G、B三种值的不同大小，可描述出任一种颜色。RGB色彩模式为图像中每一个像素的RGB分量分配一个0255的强度值。原色数值越高，色彩越明亮。例如，当R=0、G=0、B=255时，为纯蓝色；0表示没有刺激，255表示刺激量达最大值；当R、G、B都为0时是黑色；R、G、B都为255时，为白色。三原色按照不同的比例混合，在屏幕上可表现1670万种颜色。RGB模式是计算机图像设计中最直接的色彩表示方法，利用RGB数值可以精确获得某种颜色。计算机中的24位真彩图像，就是采用RGB模式来精确记录的。此外，电视、幻灯、网络、多媒体等一般也使用RGB模式。在所有图像软件中，RGB的数值都可以直接设置。有些软件还提供了直观的“RGB三维色彩模式”来设置RGB色彩值。RGB色彩空间有很多不同的类型。sRGB即“标准RGB色彩空间”，是1997年由微软与惠普联合制定的，后来被许多软、硬件厂商所采用，逐步成为许多扫描仪、低档打印机和软件的默认色彩空间。sRGB是所有RGB色彩空间中最狭窄的一种。采用sRGB色彩空间的设备之间，可以进行色彩相互模拟，但这是通过牺牲色彩范围来实现的。“Apple RGB”是美国苹果公司早期为苹果显示器制定的色彩空间，其色彩范围不比sRGB大多少。因为这种显示器已经很少使用，所以这一标准已逐步被淘汰。“Adobe RGB”是1998年由Adobe公司制定的，最早应用在Photoshop 5.x中，被称为SMPTE-240M。它具备非常广的色彩范围，并且其绝大部分色彩可用设备显示。这一色彩空间包含了CMYK的全部色彩范围，可以更好地还原原稿的色彩，在出版印刷领域得到广泛的应用。RGB色彩模式虽然直接，但是R、G、B数值和色彩的三属性之间没有直接的联系，不能揭示色彩之间的关系。因此，在进行配色设计时，RGB模式就不是那么合适了。CMYK色彩模式又称CMYK色彩空间（C，Cyan，青色；M，Magenta，品红色；Y，Yellow，黄色；K，Black，黑色。为避免与蓝色混淆，这里黑色用K而非B表示），其是一种应用颜色空间。这种模式是一种减色模式，遵循减色法混合规律。它以喷印在基质上的墨水的光线吸收特性为基础，当白光照射到墨水上时，某些可见光波长被吸收（减去），而其它波长则被反射回眼睛。CMYK色彩模式的数值范围为0%100%。当C、M、Y、K分别为0%时，表现为白色；分别为100%时，表现为黑色。CMYK色彩模式的数值范围为0%100%。当C、M、Y、K分别为0%时，表现为白色；分别为100%时，表现为黑色。理论上将青色油墨C、品红油墨M、黄色油墨Y按照不同比例混合，就可实现所有颜色的再现，将100%的青色油墨C、100%的品红油墨M、100%的黄色油墨Y混合，可以产生黑色。但是由于喷印墨水并非理想墨水，也就是说对于理想黄色油墨本来应该完全反射500700 nm的可见光，完全吸收400500 nm的可见光，但实际使用的黄色油墨并不是这样的，它在500700 nm的这部分的反射不足，在400500 nm处的吸收也不足。其原因是黄色油墨显色时呈现少量的品红和青色的成分。其原因是黄色油墨显色时呈现少量的品红和青色的成分。其他油墨也存在同样的问题。在喷印时，如果我们不使用黑墨，100%的青色油墨C、100%的品红油墨M、100%的黄色油墨Y混合将得到一种棕褐色，表现不出真正的黑色。通常添加黑色以保证暗色和灰色不偏色。因此，在四色喷印中除了使用纯青色、品红和黄色墨水外，还需使用黑色墨水。这就产生了CMYK色空间。将RGB色彩模式的图像转换成CMYK色彩模式时，会产生分色。若所使用的图像素材为RGB色彩模式，最好在编辑完成后再转换为CMYK色彩模式。在制作印刷或印花图像时，要使用在制作印刷或印花图像时，要使用CMYK色彩模式。色彩模式。CMYK色彩模式的图像包含C、M、Y、K四个通道，类似于印花中的四分色，这四个通道的图片组合在一起，才能形成完整的彩色图片。CMYK色彩模式的色彩在计算机中用32位字节记录，这就是我们常常所说的32位真彩色。与RGB色彩模式一样，它可以直接调节每一个通道的数值，以获得准确的色彩。CMYK也有类似RGB的三维色彩模式CMYK三维色彩模式。CMYK色彩模式主要用于颜料和染料表达的颜色，如印刷、喷印输出、染色和印花等。HSB色彩模式从人的视觉系统出发，用H（Hue，色相）、S（Saturation，饱和度）、B（Brightnes，亮度）来描述色彩，有时也称为HSV（Hue、Saturation、Value）。其中H、S、B正好是色彩的三属性，也就是说这种色彩模式用色彩的三属性来描述颜色。HSB色彩空间可以用一个圆锥空间模式来描述。虽然描述这种色彩空间的圆锥模式相当复杂，但可以把色调、亮度和饱和度的变化情形清楚地表现出来。HSB颜色模式在某种程度上与Munsell（孟塞尔）表色系统的色相、彩度和明度类似，也使用三个轴来定义颜色。HSB源自RGB色彩空间，并且是与设备相关的色彩空间。HSB源自RGB色彩空间，并且是与设备相关的色彩空间。HSB中三个基本的颜色特征如下：色相 通过光在物体上的反射或透过物体传播的颜色。在0360的标准色轮上，按位置度量色相。在通常的使用中，色相由颜色名称表示，如红色、橙色或绿色等。饱和度（也称为色度）指颜色的强度或纯度。饱和度表示色相中灰色分量所占的比例，0%（灰色）100%（完全饱和）。在标准色轮上，饱和度从中心到边缘依次递增。亮度 指颜色的相对明暗程度，度量范围是0%（黑色）100%（白色）。通常把色相和饱和度称为色度，用来表示颜色的类别与深浅程度。人的视觉对亮度的敏感程度远强于对颜色深浅的敏感程度。为了便于色彩处理和识别，涉及人的视觉系统的颜色通常采用HSB色彩空间，因为它比RGB色彩空间更符合人的视觉特性。图像处理和计算机视觉中的大量算法，都可以在HSB色彩空间中方便地使用，可以分开处理，而且是相互独立的。因此，用HSB色彩空间可以大大减少图像分析和处理的工作量。由于HSB模式能直接体现色彩之间的关系，所以非常适合色彩设计，绝大部分的设计软件都提供这种色彩模式，包括Windows系统的调色板也采用这种色彩模式。L*a*b*色彩模式是在1931年国际照明委员会（CIE）指定的颜色测量国际标准的基础上建立的统一颜色空间，这一颜色模式是建立在四色对立体系理论上的，它把颜色表示为明-暗、红-绿和黄-蓝颜色色度的变化。如图所示，L*a*b*颜色空间模型可用三个坐标轴分别表示：L轴表示亮度，范围从0100；a轴表示从绿到红的色度；b轴表示从蓝到黄的色度。一个颜色不可能同时包含红和绿的成分，同样也不能同时包含黄和蓝的成分，L*a*b*颜色模式就是基于这个事实的，在a轴上正数方向表示颜色中包含红色的成分，而负值表示包含多少绿色成分。在b轴上正数方向表示黄，负值表示蓝。L*a*b*是人类视觉的颜色空间。它依照的是视觉唯一的原则，即在色空间内相同的移动量在眼睛看来造成色彩的改变感觉是一样的，是均匀色度空间。L*a*b*颜色空间是与设备与关的色空间，能产生与各种设备匹配的颜色，如显示器、印刷机、扫描仪、打印机等的颜色，并能作为连接空间实现各种设备间的颜色转换。因为L*a*b*颜色模式是与设备无关的颜色模式，无论在显示设备还是输出设备上都提供一致的颜色，它解决了不同屏幕或不同打印机设备显示颜色不同的问题。为了尽可能减少颜色模式转换过程中颜色的不一致问题，在将为了尽可能减少颜色模式转换过程中颜色的不一致问题，在将RGB颜色模式转换为颜色模式转换为CMYK模式的过程中，首先将模式的过程中，首先将RGB颜色模式转换为颜色模式转换为L*a*b*颜色模式，然后在由颜色模式，然后在由L*a*b*颜色模式转换为颜色模式转换为CMYK，同样在将，同样在将CMYK颜色模式转换为颜色模式转换为RGB颜色模式的过程中也使用颜色模式的过程中也使用L*a*b*颜色模式作为中介。颜色模式作为中介。很多专业设计软件都提供L*a*b*色彩模式，软件中L值的范围为0到100；a值的范围为-128到+127；b值范围为-128到+127。另外，还有一种24位真彩色格式的图像，也是采用L*a*b*模式的，但这种24位真彩色与RGB的24位真彩色有很大的差别。在目前通用的位图文件格式中，只有TIFF格式支持L*a*b*的24位真彩色。Indexed Color色彩模式，即索引色彩模式索引色彩模式，它最多可使用256种颜色。当将图像转换为索引色彩模式时，通常会构建一个调色板存放索引图像中的颜色。如果原图像中的一种颜色没有出现在调色板中，程序会选取已有颜色中最相近的颜色或使用已有颜色来模拟该种颜色。在索引色彩模式下，通过限制调色板中颜色的数目，可以减小文件大小，同时保持视觉上的品质不变。在网页设计中常常需要使用索引模式的图像。Bitmap色彩模式，即位图色彩模式，该模式的图像由黑色和白色两种像素组成，每个像素用“位”来表示。“位”只有两种状态；0表示有点，1表示无点。位图模式主要用于早期不能识别颜色和灰度的设备，如果需要表示灰度，则需要通过点的抖动来模拟。位图色彩模式通常用于文字识别，如果扫描需要使用OCR（光学文字识别）技术识别的图像文件，必须将图像转化为位图色彩模式。Grayscale色彩模式，即灰度色彩模式灰度色彩模式，它最多使用256级灰度来表现图像。图像中的每个像素由0（黑色）255（白色）的某个数值来表示，称为灰度值。灰度值也可以用黑色油墨覆盖的百分比来表示（0%表示白色，100%表示黑色）。在将彩色图像转换成灰度色彩模式时，原图像中的所有色彩信息都会丢失。与位图色彩模式相比，灰度色彩模式能够更好地表现高品质的图像效果。需要注意的是，尽管一些图像处理软件允许将灰度色彩模式的图像重新转换为彩色模式的图像，但转换后原先丢失的颜色不可能再恢复，只能为图像重新上色。所以，在进行转换前，应尽量保留备份文件。