第一色度学基础

第一色度学基础第1页，共37页，2023年，2月20日，星期一1-1彩色光三要素（HSB彩色模式）1-2三基色原理1-3相加混色（RGB彩色模式）1-4相减混色（CMYK彩色模式）1-5彩色电视（YUV彩色模式）第一章色度学基础第2页，共37页，2023年，2月20日，星期一1-1彩色光三要素（HSB彩色模式）任何一种彩色光对人眼引起的视觉感受都可以用以下三个参量来表示：1.色调（Hue）2.饱和度（Saturation）3.亮度（Brightness）

用这三个参量表示彩色的模式，称为HSB彩色模式，又称彩色光三要素。在诸多表示彩色的模式中，HSB彩色模式与人眼的主观感受最为直接。3第3页，共37页，2023年，2月20日，星期一1-1彩色光三要素（HSB彩色模式）

1.色调（Hue）色调（色相）表示颜色的类别。通常所说的红色、绿色、蓝色等等，就是指的色调。它由作用到人眼的彩色光的光谱成分决定，不同波长的光呈现的颜色各不相同。4第4页，共37页，2023年，2月20日，星期一1-1彩色光三要素（HSB彩色模式）

彩色物体的色调，决定于物体在光照射下所反射的光谱成分。不同波长的反射光使物体呈现不同的色调。

透光物体的色调由透射光的波长所决定。色调是决定彩色本质的基本参量，是彩色的重要属性之一，彩色物体的色调由物体本身的属性——吸收特性和反射或透射特性所决定。但是当我们观看物体彩色时，还与照明光源特性——光谱分布有关。5第5页，共37页，2023年，2月20日，星期一1-1彩色光三要素（HSB彩色模式）

2.饱和度（Saturation）饱和度（色纯度）表示颜色的深浅程度（颜色的浓淡程度、颜色的鲜艳程度）。对于同一色调的彩色光，其饱和度越高，说明它的颜色越深，反之亦然。高饱和度的彩色光可以因掺入白光而被冲淡，变成低饱和度的彩色光。例如，投射到白纸上一束高饱和度的红光，则人们看到白纸呈现为深红色。如再将一束白光同时投射到该纸上则人眼虽然仍感觉到红色色调，但已变成了淡红色，即饱和度降低了。投射的6第6页，共37页，2023年，2月20日，星期一1-1彩色光三要素（HSB彩色模式）白光越强，则感到红色越淡。饱和度下降的程度反映了彩色光被白光冲淡的程度，而饱和度则反映了某种色光的纯度。如100％饱和度的某色光，就代表完全没有混入白光的某种纯色光。色调和饱和度又总称为色度，它即说明颜色的类别-色调，又说明颜色的深浅-饱和度。7第7页，共37页，2023年，2月20日，星期一1-1彩色光三要素（HSB彩色模式）8第8页，共37页，2023年，2月20日，星期一1-1彩色光三要素（HSB彩色模式）3.亮度（Brighness）亮度（明度）是指彩色光的明亮程度。即光作用于人眼时所引起的明亮程度的感觉。一般来说，彩色光的光功率大则感觉亮，反之则暗。就物体而言，其亮度决定于由其反射（或透射）的光功率的大小。若照射物体的光功率为定值，则物体反射（或透射）系数越大，物体越明亮，反之则越暗。对同一物体来说,照射光越强(即光功率越大)，越明亮，反之则越暗。9第9页，共37页，2023年，2月20日，星期一1-1彩色光三要素（HSB彩色模式）4.三要素相互关系在无彩色中，明度最高的色为白色，明度最低的色为黑色，中间存在一个从亮到暗的灰色系列。在有彩色中，任何一种纯度色都有着自己的明度特征。例如，黄色为明度最高的色，处于光谱的中心位置，紫色是明度最低的色，处于光谱的边缘，一个彩色物体表面的光反射率越大，对视觉刺激的程度越大，看上去就越亮，这一颜色的明度就越高。10第10页，共37页，2023年，2月20日，星期一1-1彩色光三要素（HSB彩色模式）

明度在三要素中具较强的独立性，它可以不带任何色相的特征而通过黑白灰的关系单独呈现出来。色相与纯度则必须依赖一定的明暗才能显现，色彩一旦发生，明暗关系就会同时出现，在我们进行一幅素描的过程中，需要把对象的有彩色关系抽象为明暗色调，这就需要有对明暗的敏锐判断力。我们可以把这种抽象出来的明度关系看做色彩的骨骼，它是色彩结构的关键。11第11页，共37页，2023年，2月20日，星期一1-1彩色光三要素（HSB彩色模式）我们的视觉能辨认出的有色相感的色，都具有一定程度的鲜艳度。比如绿色，当它混入了白色时，虽然仍旧具有绿色相的特征，但它的鲜艳度降低了，明度提高了，成为淡绿色；当它混入黑色时，鲜艳度了降低了，明度变暗了，成为暗绿色；当混入与绿色明度相似的中性灰时，它的明度没有发生变化，纯度降低了，成为灰绿色。在人的视觉中所能感受的色彩范围内，绝大部分是非高纯度的色，也就是说，大量都是含灰的色，有了纯度的变化，才使色彩显得极其丰富。纯度体现了色彩内向的品格。同一个色相，即使纯度发生了细微的变化，也会立即带来色彩性格的变化。12第12页，共37页，2023年，2月20日，星期一1-1彩色光三要素（HSB彩色模式）彩条信号关闭了色度信号分量的彩条信号13第13页，共37页，2023年，2月20日，星期一1-1彩色光三要素（HSB彩色模式）5.相关名词色环实质上就是在彩色光谱中所见的长条形的色彩序列，只是将首尾连接在一起，形成一个圆环，使红色连接到另一端的紫色。14第14页，共37页，2023年，2月20日，星期一1-1彩色光三要素（HSB彩色模式）色性色彩基本分为暖色（也称热色）和冷色（也称寒色）两类。红、橙、黄为暖色，给人以热烈、温暖、外张的感觉；青、蓝、紫为冷色，给人以寒冷、沉静、内缩的感觉。

色调（亦称调子）在一定的色相和明度的光源色的照射下，物体表面笼罩在一种统一的色彩倾向和色彩氛围之中，这种统一的氛围就是色调。15第15页，共37页，2023年，2月20日，星期一1-2三基色原理1.自然界中任何一种颜色都可分解为三种基色来反映。2.用三种基色可以合成自然界中绝大多数颜色，合成颜色的亮度由三个基色的亮度之和决定；合成颜色的色度由三个基色分量的比例决定。3.三种基色应该是相互独立的。也就是说，三基色的任何一种都不能由另外两种基色合成产生。16第16页，共37页，2023年，2月20日，星期一1-3相加混色（RGB彩色模式）彩色电视技术中采用的是将红、绿、蓝三种基色光按不同比例相加，从而获得不同的彩色光的方法，称为相加混色法，又称RGB彩色模式，在这种彩色模式中，红、绿、蓝被称为基色光。红光+绿光=黄光红光+青光=白光绿光+蓝光=青光绿光+紫光=白光蓝光+红光=紫光蓝光+黄光=白光红光+绿光+蓝光=白光补色：与基色相加为白色的彩色，称为其基色的补色。红、绿、蓝的补色为青、品（紫）、黄。17第17页，共37页，2023年，2月20日，星期一1-3相加混色（RGB彩色模式）18第18页，共37页，2023年，2月20日，星期一1-3相加混色（RGB彩色模式）计色三角形19第19页，共37页，2023年，2月20日，星期一1-3相加混色（RGB彩色模式）三基色原理为彩色电视奠定了基础，极大地简化了彩色图像的传输问题。根据三基色原理，先把被摄景物的彩色光分解成红、绿、蓝三种基色光，再变换成三个基色电压予以传送。在接收端，用三个基色电压分别控制彩色显像管中红、绿、蓝三种荧光粉的发光量，由其合成出被摄景物的彩色。20第20页，共37页，2023年，2月20日，星期一1-3相加混色（RGB彩色模式）21第21页，共37页，2023年，2月20日，星期一1-3相加混色（RGB彩色模式）CIE1931色度图国际照明委员会（CIE）1931年制定了一个色度图，用组成某一颜色的三基色比例来规定这一颜色，即用三种基色相加的比例来表示某一颜色，可写成方程式：

(C)=R(R)+G(G)+B(B)（C）代表某一种颜色，（R）、（G）、（B）是红、绿、蓝三基色，R、G、B是每种颜色的比例系数，它们的和等于1，即R＋G＋B＝1，“C”是指匹配，即在视觉上颜色相同。22第22页，共37页，2023年，2月20日，星期一1-3相加混色（RGB彩色模式）如某一蓝绿色可以表达为：

(C)=0.06(R)+0.31(G)+0.63(B)

任何颜色都用匹配该颜色的三基色的比例加以规定，每一颜色都在色度图中占有确定的位置。色度图中：

X轴色度坐标相当于红基色的比例

Y轴色度坐标相当于绿基色的比例图中没有Z轴色度坐标（即蓝基色所占的比例），因为比例系数X＋Y＋Z＝1，Z的坐标值可以推算出：即Z＝1一（X＋Y）。23第23页，共37页，2023年，2月20日，星期一1-3相加混色（RGB彩色模式）色度图中的弧形曲线上的各点是光谱上的各种颜色即光谱轨迹，是光谱各种颜色的色度坐标。红色波段在图的右下部，绿色波段在左上角，蓝紫色波段在图的左下部。图下方的直线部分，即连接400nm和700nm的直线，是光谱上所没有的、由紫到红的系列.靠近图中心的C是白色，相当于中午阳光的光色，其色度坐标为：X＝0.3101，Y＝0.3162。24第24页，共37页，2023年，2月20日，星期一1-3相加混色（RGB彩色模式）在实际应用中，如彩色电视、彩色摄影（乳胶处理）或其它颜色复现系统都需要选择适当的红（R）、绿（G）、蓝（B）三基色，用来复现白色和各种颜色，所选定的（R）、（G）、（B）在色度图上的位置形成一个三角形。应使（R）、（G）、（B）三角形尽量能包括较大面积，同时（R）、（G）、（B）线应尽量靠近光谱轨迹，以复现饱和度比较高的红、绿、蓝等颜色。25第25页，共37页，2023年，2月20日，星期一1-3相加混色（RGB彩色模式）亮度方程NTSC制的亮度方程：Y=0.299R+0.587G+0.114BPAL制的亮度方程：Y=0.222R+0.707G+0.071B26第26页，共37页，2023年，2月20日，星期一1-4相减混色（CMYK彩色模式）

在彩色印刷、彩色影片和彩色绘画中采用相减混色法。相减混色法是利用颜料、染料的吸色性质来实现的。在相减混色法中通常选用：

青（C）、品（M）、黄（Y）为其三基色，实际运用中还加上黑色（K），称为CMYK彩色模式。青、品、黄等比例混合为黑色。27第27页，共37页，2023年，2月20日，星期一1-4相减混色（CMYK彩色模式）28第28页，共37页，2023年，2月20日，星期一1-4相减混色（CMYK彩色模式）加色法与减色法之对比29第29页，共37页，2023年，2月20日，星期一

1-5彩色电视（YUV彩色模式）1.YUV彩色模式（亮度、色差空间）电视分量信号：亮度信号和两个色差信号红0.63∠103°品0.59∠161°蓝0.45∠347°黄0.45∠167°绿0.59∠241°青0.63∠283°U(B-Y)V(R-Y)0.70.70.70.7色度信号C:副载波相位θ:C=U2+V2√θ=arctgV/U30第30页，共37页，2023年，2月20日，星期一

1-5彩色电视（YUV彩色模式）2.非线性系数γ（Gamma）输出=k输入γγ=1输出与输入为线性变化图象正常γ＞1输出与输入非线性变化亮区对比度增加，暗区对比度减小γ＜1输出与输入非线性变化亮区对比度减小，暗区对比度增加γ=1γ＞1γ＜131第31页，共37页，2023年，2月20日，星期一附录：亮度和明度亮度（Brightness）和明度（Lightness）物体的亮度在计算机内都要以整数的方式表示,例如最亮的为100,最暗的就是0,中间还有许多过渡亮度。为了计算方便,计算机通常都以2的次方来表示一个亮度范围。例如0～31、0～63、0～127、0～255。现在最常用的是0～255,即256级亮度。32第32页，共37页，2023年，2月20日，星期一附录：亮度和明度由于亮度成了不连续的过渡,就很有可能使人查觉出亮度的跳跃。32级亮度就很容易查觉出跳跃，256级亮度则很难查觉出跳跃。如果将32级亮度的灰色块连续显示在屏幕上，会发现较暗的部分跳跃比较厉害，较亮的部分则显得连续得多。这个现象很早就被人们发现了。3