摄影基础第五专题色彩原理

第五专题色彩原理及影像传感器色彩的来源第一节色彩基本知识

一、色彩与光的关系

色觉是人的视觉器官对光的作用在大脑中的反映.有光才有色,如果光消失,色彩也随之消失。

二、色光与波长

太阳光是由各种不同颜色的色光组成的白光,白光是各种色光中最复杂的光。

光是一种电磁波，光波与电波的传播速度都是每秒30万公里，波长在380～780纳米之间的7种色光，人的眼睛可以看到，称为可见光。红光的光波最长，而紫光的光波最短。三、物体的颜色

（一）物体受光的不同特性

对所照射的白光中不同波长的光波吸收是无选择性的物体称为消色物体,如黑、白、灰色物体。对所照射的白光中不同波长的光波的吸收、反射和穿透是有选择性的物体称为彩色物体,如红、绿色物体。（二）光源颜色对物体色的影响 同一物体在不同的光源照射下，其颜色也不同，光源颜色变化，物体的颜色也变化。物体的固有色，是指在白光照射下所呈现的颜色。（三）色彩视觉 大自然各种颜色，除与物体本身的固有色、光源的颜色有关外，还与人体的生理本能有关。色彩三要素

一、色别

又称色相、色调，是指不同颜色之间质的区别。也就是说，是各种不同颜色的名称，如红色、黄色、绿色……

二、色值

又称明度、光度、明亮度。它是同一色别，因所受光线强弱不同及物体表面的反射系数不同而产生的明暗差别，即同一色别的相对亮度。只有明暗，没有色别，则颜色显得不真实；只有色别、没有明暗，则没有立体感。

三、饱和度

又称色强、色纯度，是颜色的纯净程度即色彩的鲜艳程度，也就是某种色别的颜色和相同明度的消色(白色和灰色)的差别程度。如果颜色中所含彩色成分多，色觉强，色彩就饱和，称为纯度高；所含消色成分多，色觉弱，色彩就不饱和，称为纯度低。三原色原理

一、三原色

自然界五彩缤纷，千变万化的丰富颜色，都是人的眼睛视网膜上的红、绿、蓝三类感色单元受的。也就是说，红、绿、蓝三种色光能够组成各种各样的颜色，因此，红、绿、蓝就称为色光的三原色。 色光的三原色和颜料的三原色是不同的。色光相加，等于光上加光，越加越明亮，最后成为白光。而颜料颜色相加，越加越暗，越加越浑浊，最后成为黑色。

二、三补色

两种色光相加后成为白光，则两色光互为补色。如红与青、绿与品红、蓝与黄都是互为补色。因红、绿、蓝为三原色，故青、品红、黄称三补色。到物体发射或反射的光线的不同程度的刺激而产生

三、色光的组成关系彩色摄影的成色原理

一、加色法彩色片

直接以蓝、绿、红三种色光相加而得到各种色光的方法叫做加色法。

二、减色法彩色片

减色法是利用黄、品红、青三个补色从混合光中减去相对应的红、绿、蓝色光，从而获得各种色光的方法。色温概念

在拍摄前的系统校正我们先谈一谈“色温”这个概念，它在摄影过程中是现实存在的特征，也是摄影领域的一个重要组成部分。而它在摄影领域中，光源总是根据它们的色温来作出定义。

色温的单位是开尔文，也是温度的一种计量单位。色彩和开尔文温度的关系起源于黑体辐射体（对它加热直到它发光），在不同温度下呈现的色彩就是色温。当这个黑色物体受热后开始发光时将变成暗红色，如果继续加热就会变成黄色，然后是白色，最后就会变成蓝色。这种色温现象在日常生活中非常普遍。在正常的天气中；万里无云的蓝天的色温约为11000K，阴天约为6000-8300K，晴天日光直射下的色温约为4500-6500K，荧光灯的色温约为4300K，白炽灯（钨丝灯）的色温约为3200K，日出或日落时的色温约为2000-2500K，烛光下的色温约为1000K。色彩再现一、人的色彩感受（一）颜色感觉1、人眼的颜色适应当光线的光谱成分包括了大部分可见光的光谱成分时，人眼就会把这种光线看成是白光。人们习惯记忆在日光下物体的颜色，当照射物体光线的光谱成分有些改变时，人们就会迅速作出调整以适应光线的变化，使物体颜色与在日光下相类似，这就是人对颜色的感觉趋于固定的原因，这种现象称为色觉守恒现象。对于彩色胶卷，它是不存在色觉守恒现象的。2、视觉疲劳当我们的眼睛长时间注视某一色彩强烈的物体时，突然将眼睛转向一个照度较强而又均匀的白色或灰色平面时，就会感觉到白色或灰色平面出现一个形状与原物体相同而颜色相反的色块，这种现象叫做色后像,也叫视觉余像。

当人长时间观看大面积的强烈色彩后，会影响对第二颜色的判断，这种现象叫作色觉疲劳。

3、想象色和真实色 人们根据长期形成的对物体颜色的概念，在头脑中形成了一种固定的记忆色，称为想象色。（二）色彩与心理感情

1.色彩的个性及所引起的联想每种颜色都有一种象征性，也称为色彩的个性。几种主要色彩的象征性和色觉效果大致如下：（1）红色——热烈、喜悦、勇敢、革命（2）黄色——醒目、光辉、高贵、灿烂辉煌（3）绿色——生命、活泼、和平、希望（4）蓝色——永恒、冷清、宁静、明朗（5）紫色——优婉、华贵、娴静、威严（6）品红——秀丽、鲜艳、轻飘、悦目（7）黑色——沉默、恐惧、严肃、神秘、庄严（8）白色——明净、纯洁、朴素、坦率（9）灰色——和谐、深厚、静止、大方

颜色的感情不仅受色相的影响，而且受明度和饱和度的影响。明快色的色调使人感到清新、愉快；灰暗的色调，则使人感到忧郁、沉闷。色彩饱和度高，显得明快、有力、艳丽、热情；饱和度低，显得单调平板、冷淡、陈旧。2．色彩的选择 色彩的选择因人而异，它与人的民族、年龄、历史条件、地理环境、兴趣、经历、艺术修养、心情等有密切的关系。（三）色彩的空间效果 指不同色别色域相互并置在一起时所产生的深度感。在相同明度中，暖色调向前而冷色退后；纯度较高比纯度较低的色调更有向前的效果。

二、色彩的配合（一）色彩的基调

照片中起主导作用的颜色就是色彩的主调，又称为基调，如红调、绿调等。

1．色别主调彩色照片的各种颜色构成某种色别的倾向，则这幅照片的主调就是这种色别。

2．高调照片彩色照片也有高调、低调、中间调之分。高调照片以白色和浅色为主，色彩较淡，饱和度低，背景较明亮。高调照片给人以清新、明快、素雅的感觉。拍摄时用顺光或散射光，构图要简洁、曝光量稍多、反差要小、影调要柔和。

3．低调照片低调照片色彩浓重，浅色的色块只占很小的面积，画面以黑色和浓重的色块为主。低调照片使人感到深沉有力、庄严肃穆、坚定、并有一些神秘感。拍摄时用侧逆光、选用较暗的背景、反差要大。

4．中间调照片中间调照片介乎高调和低调之间。照片的影调层次丰富、立体感强。它的适应性强，可以表现人物、风光等各种照片。它符合人们的正常视觉习惯，使人感到和谐、协调、真实，因此应用最为广泛。拍摄时常用前侧光或侧光，反差适中，曝光量要准确。

5、冷色调主色调为黄绿、绿、青、蓝、蓝紫、紫色的，都统称为冷调照片，适宜表现阴影、透明、镇静、遥远、潮湿、安静、淡雅的题材。

7、强烈对比色调色彩色相相差较大、饱和度大，给人以强烈、鲜明、艳丽的感觉，适宜表现欢快、朝气勃勃、积极进取向上的题材，显得很有生气。但是在运用时，会使人有眼花缭乱之感，应注意。

6、暖色调主色为黄、黄橙、橙、红橙、红、红紫色的，都统称为暖调照片，适宜表现日光、刺激、干燥、热情、激动、欢快、喜庆的内容。

8、淡色调指饱和度较低的色调，各种色被白色或灰色冲淡了，明度较高，但不浓艳，多运用相邻的和谐色，整个色调给人以平静、清新、安稳的感觉，适宜表现幽静、淡雅、柔和、高贵的题材。淡色调曝光量应增加一档左右。

9、单色调只有一种颜色，它的层次靠这种色的不同亮度和饱和度产生。单色调照片适宜烘托气氛，描绘阴、雨、雾、朝霞、晚霞及远景照片有其独特的风格，有时可制成有朦胧感的照片。单色调照片也可用黑白底片通过彩色放大来制作。

（二）色彩的和谐 色彩如果在颜色、浓淡、亮度上都彼此接近，使整个画面的色彩配置统一、协调、完整、悦目，那么这些色彩就和谐。和谐包含着力量的平等与对称，显得宁静，使人感到愉快和舒畅。

（三）色彩的对比在两种色彩效果之间能够清楚地比较出它们的不同时，我们就称之为色彩对比。

1．色相的对比指不同颜色的对比，不同色相的色彩配置即构成色相对比。色相对比又分类似色对比、三原色对比和互补色对比等。2．明暗对比

暗的主体安置在明亮的背景上；或以明暗色彩对比烘托主体。明暗对比可使主体突出，增强物体的立体感和层次感。3．饱和度对比饱和度不同，就能起到对比的作用。以类似色为背景时，主体色彩的饱和度会减弱；以补色为背景时，主体色彩的饱和度会提高,应避免使用鲜艳色彩的背景。4．冷暖对比冷暖对比，使冷色更“冷”，暖色更“暖”；冷暖对比，使冷色后退，暖色突出。

把明亮的主体安置在暗色的背景上；或把深三、影象传感器色彩捕获方式采用面阵图像传感器俘获彩色影像主要采用4种方法。1、三次俘获法获取彩色图像

2、三片CCD获取彩色图像

图2．11是用分光系统将光线分为红、绿、蓝，分别用3片CCD接受，这种方法可以避免三次俘获法的不足，但体积很大，并且成本较高。因此，一般用于专业摄像机。3、彩色CCl)或CMOS器件滤色片排列形式

彩色CCD或CMOS是在传感器的每个像素上加上彩色滤色片而构成彩色成像传感器，所加的用照相方法制作的染料滤色片阵列称CFA。滤色片通常有三种，即透红滤色片，透绿滤色片和透蓝滤色片，分别用R、G、B表示。当然也可用其补色，分别为青(Cy)、品红(Mg)、黄(Ye)。不同滤色片的排列方法有很多种，常见的有如图2．12所示三种。图中(a)为R、G、B简单排列；(b)为透绿滤色片增倍排列(因人眼对绿光特别灵敏，这种排列可提高CCD的感绿灵敏度)；(c)则为Cy、Mg、Ye、G四色排列结构。

由于人眼对绿色细部最敏感，在CFA中感绿单元的数量是感红、感蓝单元的2倍，绝大多数彩色CCD和CMOS器件采用这种形式。

4、叠层分色记录型采用类似彩色胶卷分层记录不同色彩的方式，根据硅的自然分色现象，即不同波长的光线会被不同深度的硅材料所吸收，让不同的光线在影象传感器的不同深度下进行光电转换。传统彩色胶片、单层CCD、叠层分色记录的比较叠层分色记录拍摄图像与普通CCD拍摄图像的比较

普通CCD叠层分色白平衡知识：

采用数码相机拍摄的图像在后期的照片输出所得到效果与拍摄时镜头感觉和色彩效果出入较大，为什么？色彩控制自输入到输出全过程输入部分处理部分输出部分数码相机RGB色阶标准的RGB色阶CMYK色阶色域（Gamut）–

色彩空间可用的范围，Capture软件中的色域工具会提示摄影师可能超出色域或者不能以正确数据输出到最终图像的区域

灰阶

白平衡调整什么是数字照相机的白平衡调整?怎样调整数字照相机的白平衡?

绝大多数数字照相机上具有白平衡调整功能，该功能的作用与彩色摄影时加用色温转换滤光镜的作用是相同的，目的是使在任何色温条件下所获得的数字影像都能得到准确的色彩还原。只是数字照相机的白平衡调整无需在镜头前加滤光镜，而采用的是摄像机的白平衡调整方式，也分为自动调整和手动调整两种方式。利用计算机中的图像处理软件可以很方便地对数字图像的色彩平衡进行调整，故部分数字照相机上没有白平衡调整装置，如柯达、佳能的数字照相机多数都没有白平衡功能，它们是将所摄影像输人计算机后，再利用数字照相机的配供软件或图像处理软件进行白平衡调整。色彩平衡

何为色彩平衡？色温对于数码相机而言就是白平衡的问题，在各种不同的光线状况下，目标物的色彩会产生变化。在这方面，白色物体变化得最为明显：在室内钨丝灯光下，白色物体看起来会带有橘黄色色调，在这样的光照条件下拍摄出来的景物就会偏黄；但如果是在蔚蓝天空下，则会带有蓝色色调。在这样的光照条件下拍摄出来的景物会偏蓝。为了尽可能减少外来光线对目标颜色造成的影响，在不同的色温条件下都能还原出被摄目标本来的色彩，这就需要我们在拍摄系统中进行色彩校正以达成正确的色彩平衡，就称为白平衡调整。

拍摄系统和拍摄过程中的拍摄模式校正。色彩平衡的意义效用是光线投射到物体本身所反射的光线颜色。在不同光线的场合拍摄出的图像可能有颜色的偏差，这通常因为环境光线的颜色而改变。如荧光灯的灯光人的肉眼看起来几符是白色的，不管用数码和胶片相机拍摄出来的照片效果却是偏青绿色。但人的眼睛之所以将荧光灯的光源都看成是白色的，因为我们的眼睛对该光的信号进行了修正，这种修正就叫做色彩校正，也就是做了白平衡的调整。这样经过调整以后，照片上的颜色和人眼看到的就会是一致的了。拍摄系统的校正

CCD并不具备象人的眼睛一样的色彩平衡功能，在你拍摄前可先将镜头对准一张标准色版让Captures软件（拍摄系统）记忆当时平衡的色温，然后按修正的平衡模式拍摄，当图像输入时立即计算并调整整个图像中红、绿、蓝三原色的强度，以修正外部光线所造成的颜色误差，这样，就可避免图像发生明显的颜色偏差。如果你在拍摄之前不作色彩平衡的校正，拍摄后电脑的后期处理也难将真实色彩还原。

校正使用灰板时应在灯光设定之后，另外灰板放置的位置应该是与光线和相机成一定的角度（如图）并确定曝光的正确，这样校正才能使你的拍摄色彩还原得更好。接着下来你的整个拍摄就是按照你所设定而进行色彩取样，使拍摄前后都有一个规范的标准。拍摄前的色彩校正拍摄模式的选择

通常我们在拍摄之前，我们就要选择我们拍摄使用的模式；如全信息、人像、闪光灯、碘钨灯或户外自然光等模式（确定光源后），都要校正我们拍摄系统的拍摄模式，在拍摄的一般情况下都是用18%的灰板，这是一个基本标准，它能够适合大部分的色彩还原标准。在一般的自动化数码照相机中，都已有内置的平衡模式，只要我们在拍摄前选定我们所需的模式便可执行拍摄，但它都要根据使用的光源和环境作拍摄前平衡。但是内置自动白平衡在以下的情况就会失灵；

1、拍摄现场色温超出内置设定的数值时；

2、当现场光线暗弱时，进入镜头的色彩信息太少而无法分析导致。

所以我们一定要根据具体的摄影现场场景来设置最合适我们的白平衡和灰平衡模式。数码相机中的色温设置；自动白平衡模式设定约为；4300-5800K

日光模式为；4800-5800K

闪光灯模式为；5500K

阴天模式为；6000-7000K

阴影模式为；7000-8500K

白炽灯模式为；2800-3500K

荧光灯模式为；3800-4500K

手动白平衡和“

K”模式为；偏移设定、自由设定

拍摄时选择的平衡模式、自动白平衡、手动白平衡、K、日光、闪光灯、白炽灯、荧光灯、阴天、阴影等拍摄前的思考和判断色温变化；认真对待拍摄前的平衡模式选择；色彩模式执行：AdobeRGB(1998)或、sRGB的ICC色彩引擎。数码相机的色彩管理拓展知识：影像传感器数码相机中获取图像的关键器件是CCD或CMOS，两者同属固体图像传感器。固体影像传感器是指采用半导体光电转换单元列阵将空间的光信号转换成为时间序列的电信号的器件，广泛应用于摄像机、数码相机、医学图像设备、测量仪器等许多领域。

固体影像传感器有不少种类，主要有电荷耦合器件(CCD)、电荷注入器件(CID)、金属氧化物半导体(MOS)、电荷引力型(CPD)等等，其中应用最多、技术最成熟的是CCD器件。

一、

CCD(ChargeCoupledDevice)，由大规模集成电路工艺制成，它以电荷包的形式储存和传送信息，主要由光敏单元、输入结构和输出结构等部分组成。CCD有面阵和线阵之分。无论线阵CCD，还是面阵CCD，工作原理基本相同

CCD器件是由许多个光敏像元组成的，每个像元就是一个光敏元件，目前用得比较多、性

能比较好的是光电二极管。

光电二极管

具有灵敏度高、光谱响应宽、蓝光响应好、暗电流小等特点。如果将光电二极管简单排列起来就理解为CCD，那么每个单元有两个管脚，加起来有几十万、上百万个管脚如何处置呢?其实，CCD解决问题的关键是采用了电荷转移技术。

1、线阵CCD器件的感光、电荷转移和读出基本原理：这种用三相时钟驱动的CCD称为三相CCD。当电荷包转移到最后一个单元，可在其后加上选通电荷积分器电路用以读出信号电荷，如图2．3(a)。这样就可以将空间序列的电荷图像用时间序列的输出信号电平来表示，如图2．3(b)。对信号电平进行提取放大、模／数转换后存人存储器就成为数字图像。

2、面阵CCD器件面阵CCD器件并不是用若干个线阵CCD简单排列就可以了，必须考虑曝光时间和转移所需时间的差异而采取必要的缓冲环节，其实现主要有以下两种：1）、帧转移CCD帧转移CCD器件的结构包括三部分：成像区、暂存区和读出寄存器，如图2．4所示。

2）、行间转移结构面型CCD

图2．5是行间转移结构面型CCD的示意图，光敏单元呈二维排列，每列光敏单元的右边是一个遮光的垂直移位寄存器，光敏元与转移单元之间一一对应，两者之间由转移栅控制。底

部仍然是一个水平读出寄存器，其单元数等于垂直寄存器个数。

3、曝光特性曲线：

图2．6中横坐标是曝光量，为CCD感光面上的光照度与曝光时间的乘积；纵坐标为输出信