数码相机色彩还原

1、数码相机色彩还原 数码相机的影像质量包含画面是否清晰，色彩是否正确还原，曝光是否恰当等很多方面。现重点就色彩还原部分作分析。 色彩产生的方式：反射，透射和吸收入射光的颜色和染料：染料所呈现的色彩受到光的颜色和染料涂布物体表面的颜色（透射）影响很大。 通过漫射和散射从白光中获得的颜色：大自然的颜色产生方式，例如：大气中水和灰尘，日光中波长较短的光经散射造成晴朗的天空蓝。 由光线的干涉形成的颜色：常见的有肥皂泡或水面上的汽油油渍反射的颜色。这些变化着的颜色都是由于薄薄的透明膜的内面和外面反光造成的。由于发生了取代干涉并抵消特定波长的颜色，剩余的波长即组合成其他颜色。 由衍射产生的颜色：仔细观察CD

2、 的读写面所反射出的色彩。这个效果是由于当整齐的线条复盖于表面反射时，白光中特定波长的光方向发生变化所造成的。一些品种之亮彩蝴蝶翅膀上的鳞片，也有这样的功用。 荧光：利用特殊的墨水或药剂将太阳光中或其他光源中之紫外线反射出来，并转变为可见色光，增加物体的明亮度。这类应用最广的是在洗衣剂中添加的荧光增白剂，可以让白衬衫看起来更加醒目耀眼。一些舞厅或DISCO 企图制造梦幻效果，也有应用这类染料的习惯。 磷光：磷光和荧光不同，荧光是藉由反射、转变光线达到显色的效果，磷光则将光能存储起来，然后以一种有色方式释放出来。例如：手表指针上的绿色发光数码。 色彩空间很多人都知道色彩是由三原色红色、绿色和蓝色

3、所组成的。但可能只有少数的人了解颜色是如何透过人的眼睛在大脑中重组成彩色影像。 基本上，眼睛视网膜底部的色彩接受端会对这三原色的波长（R.G.B）产生反应，并且产生神经电子讯号送往大脑进行判读。而大脑会将所得到的讯号转换为红，绿，黄，蓝四色（C.M.Y.K.）并组合成影像。目前对于人类的大脑为何要做这样改变的机制不明，但前人却根据观察和比较的结果，归纳出三原色学说和 对立色彩学说。RGB模式（4K）RGB影像使用三种色彩（红色、绿色、蓝色），可在屏幕上重现多达一千六百七十万种色彩。以此三色版影像为基础，每像素包含24 (8 x 3) 位。目前计算机显示器全部使用RGB模式显示色彩。这表示，当您

4、使用RGB以外的模式（例如：CMYK）来观看色彩时，您的影像程序还是会暂时将资料转成RGB，以便在屏幕上显示。 CMYK模式（20K）CMYK影像由四种用以印刷分色的色彩构成，为四色版影像，每个像素包含32 (8 x 4) 位。CMYK模型主要是以油墨印刷在纸张上的光线吸收特性为基础。当白色光照射到半透明的油墨时，部分光谱被吸收，另外一部份则反射回您的眼中。理论上，纯粹的青色（C）、洋红（M）和黄色（Y）颜料混合起来，就会吸收所有的颜色，形成黑色，因此这些颜色称为吸收色。但由于所有的印刷油墨都含有一定比例的杂质，因此这些油墨混合后，实际上会形成深咖啡色，必须再加上黑色（K）才能形成真正的黑色。

5、（用K而不用B来代表黑色，是为了避免和蓝色的B混淆）。 LAB模式（38K）*仅能存TIF和PHOTOSHOP兼容内定格式Lab影像使用三种成分重现色彩，为三色版影像，每个像素有24 (8 x 3) 位。L*a*b颜色模型以Commission Internationale dEclairage (CIE) 于1931年所提出，作为色彩测量国际标准的模型为基础。1976年，这个模型经过重订并命名为CIE L*a*b。L*a*b色彩在设计上与装置无关。不论使用的装置为何（显示器、打印机、计算机，或扫描仪等）都能够呈现出一致的颜色，用以建立或输出影像。L*a*b色彩由明度，或称明亮度（L）成分；以

6、及两个彩度成分：a成分（由绿到红）和b成分（由蓝到黄）所组成。L*a*b是所有色彩系统中输出色域最大的，其涵括了RGB和CMYK色域中的所有颜色。灰阶模式 (3K) 灰阶影像每个像素由8位（单色）构成，使用256阶的灰阶仿真色彩的渐层。最多可达256个灰阶。灰阶影像中每个像素都有一个亮度值，范围为0（黑色）到255（白色）。灰阶值也可以用黑色油墨覆盖的百分比（0%为白色，100%为黑色）表示。使用黑白或灰阶扫描仪制作的影像通常会以灰阶模式显示。 本说明表内容摘录自ADOBE PHOTOSHOP 5.0 使用说明书 然而单单只是靠上述的系统来描述色彩还是不够的，实际物体上所表现出的色彩尚还必须包

7、括色相，饱合度以及亮度 ，也就是（HSB模式）请参看下图。色相（Hues）为色彩由物体反射或透射出来的颜色。表示的方式为色彩在标准色环上的位置，以介于0到360的角度表示。一般使用时，色相是以颜色的名称来区分，如红色、橙色或绿色等。饱和度(Saturation)，又称彩度，是颜色的强度或纯度。饱和度表示灰色和色相的相对比量，表示方式为从0%（灰色）到100%（完全饱和）的百分比。在标准色环上，饱和度由中心向外围增加。 亮度(Brightness)为颜色的相对亮度或暗度，通常的表示方法是从0%（黑色）到100%（白色）的百分比。 RGB色系:R-Red ,G-Green ,B-Blue,利用色加

8、法来产生各种不同的颜色. CMYK色系:C-Cyan ,M-Megenta ,Y-Yellow ,B-Black,是针对印刷而设计,采用色减法来产生各种色彩. Lab色系: Linear Perceptual Color Space ,L-亮度分量,a ,b为色彩分量, a-由绿色变化到红色, b-由蓝色变化到黄色. YUV色系:PAL信号系统 ,Y-亮度分量 ,U,V色彩分量. HSB（色相，饱和度和明度）模式 在Lab色系,CMYK色系和RGB色系三种色彩模块中所能显示的范围以Lab最大, RGB次之,CMYK最小.色彩空间之间的换算: 空间的距离 d=(X*X+Y*Y+Z*Z) 色彩空间

9、的差异 lab=(R*R+G*G+B*B) RGB的色差不易分出,通常用lab来做,会较易分出.二.光信号的转变途径及DSP内部的功能 Light Source (light)-Scene (light)-Lens + Filter (light)-CCD or CMOS Sensor (Voltage)-AD Converter (DN)-Image Processing/CODE (DN) 从上可以看出DSP就是负责图像处理的地方,CCD/CMOS 出来10 bit Raw Data (RGB data) 经DSP的处理后,变为8 bit Lab data. DSP内部包含四大部分:Ima

10、ge ProcessorOptical Black Level CompensatingCCD有部分像素点被覆盖注,使其输出黑色.目的:找出黑色标准. CCD Output减去黑色标准后CCD 里面有很多点A.B.C,这些点与10 bit data一一对应,在这些点里面总可以找到Black data的点,以此点的10 bit data 去减CCD Output,因为亮度如果不减去黑色标准,就会存在offset,在矩阵的变换中会引起不必要的麻烦.RGB XYZ (RGB White Balance) -Color Correction白平衡就是只调颜色不调亮度,必需做矩阵的变换,将亮度和颜色分开

11、,以分别计算和调整RGB,但要求RGB的模不变,R=G=B同时变大或变小,但绝对值相等.R A11,A12,A13 RG = A21,A22,A23 X GB A31,A32,A33 B其中R 为CCD出来的Raw Data, 与其相乘的矩阵是我们按经验值配置的.从而解出R G G B B注意亮度不变,只解出RGB.例:inp_R = 0255inp_G = 0255inp_B = 0255var_R = ( inp_R/255 )var_G = ( inp_G/255 ) var_B = ( inp_B/255 ) if (var_R0.03928 ) var_R = ( ( var_R +

12、 0.055 ) / 1.055 2.4 else var_R = var_R / 12.92 if (var_G0.03928 ) var_G = ( ( var_G + 0.055 ) / 1.055 2.4 else var_G = var_G / 12.92 if (var_B0.03928 ) var_B = ( ( var_B + 0.055 ) / 1.055 2.4 else var_B = var_B / 12.92 var_R=var_R * 100 var_G=var_G * 100 var_B=var_B * 100/ Observer . = 2 , Illumina

13、nt = D65out_X = var_R * 0.4124 + var_G * 0.3576 + var_B * 0.1805out_Y = var_R * 0.2126 + var_G * 0.7152 + var_B * 0.0722out_Z = var_R * 0.0193 + var_G * 0.1192 + var_B * 0.9505详细资料请到 HYPERLINK 查看.10 bit Raw data (RGB)8 bit RGB data (through the Look Up Table)目的: = 1 * roman i.为了与PC相配 = 1 * roman i =

14、 1 * roman i.调整线性Linearity,通过调整程序来实现. 灰度表121086420whiteblack 用Vector Scope测波形 做得好的话,拍灰度表时,其波性的阶梯是均匀升高的,但实际上的曲线是不均匀的,若不调整Linearity,会影响对比度.实际拍摄的灰度图卡一般用六级灰卡,高级的相机要用二十级灰卡.XYZCIE-L*ab 色板有标准的XYZ值,在a,b坐标半径范围内环绕,但实际上有偏差.白平衡做得好的话,都可达到相同的半径内.例:ref_X = 95.047 / Observer . = 2 , Illuminant = D65 ref_Y = 100.000

15、ref_Z = 108.883var_X= 0 ref_Xvar_Y= 0 ref_Yvar_Z= 0 ref_Zinp_X = inp_X / ref_Xinp_Y = inp_Y / ref_Yinp_Z = inp_Z / ref_Zif (var_X 0.008856 ) var_X = var_X ( 1 / 3 )else var_X = ( 7.787 * var_X ) + ( 16 / 116 )if (var_Y 0.008856 ) var_Y = var_Y ( 1 / 3 ) else var_Y = ( 7.787 * var_Y ) + ( 16 / 116 )

16、if (var_Z 0.008856 ) var_Z = var_Z ( 1 / 3 )else var_Z = ( 7.787 * var_Z ) + ( 16 / 116 )out_L = ( 116 * var_Y ) -16out_a = 500 * ( var_X var_Y )out_b = 200 * ( var_Y var_Z ) 详细资料请到 HYPERLINK 查看.Gain control-颜色不变,通过矩阵的变换,将亮度调整X倍. R X,0,0 RG = 0,X,0 X G Rx,Gx,BxB 0,0,X B AE-方法一: 当IC没有AE调整功能时,直接调整亮度来做AE 方法二: 当IC有AE调整功能时,根据不同的测光方式进行处理 重点测光-将中心范围内和四个角落的点的亮度值算出来,按重要程度算其加权平均值. 平均测光-将整个画面的点的亮度值算出来, 算其平均值. 中心测光-将中心范围内的点的亮度值算出来,算其平均值.AF-利用对比度的原理,将对焦范围内的各个点的亮度进行相互比对,找出对比度很大的两点,从而画出清晰的边界.IC内部有此功能,可将对焦范围内的各个点的亮度进行相互比对,不需