圖像色彩理論(數(shù)據(jù)庫(kù))

時(shí)間：2022-11-25 06:30:01 | 來(lái)源：信息時(shí)代

時(shí)間：2022-11-25 06:30:01 來(lái)源：信息時(shí)代

    圖像色彩理論 : 研究圖像數(shù)據(jù)庫(kù)中對(duì)數(shù)字圖像的顏色模式和色彩的處理方法,通常用色彩模型(或色彩模式)來(lái)描述。
1. 圖像的色彩
圖像是由形狀和色彩等信息組成,因此,圖像離不開(kāi)對(duì)其色彩的處理。圖像中的色彩是光刺激人的視覺(jué)系統(tǒng)而形成的,能夠產(chǎn)生視覺(jué)的光的波長(zhǎng)稱為可見(jiàn)光波段。不同的波長(zhǎng)的可見(jiàn)光使人眼產(chǎn)生不同的顏色感覺(jué)。通常,色彩具有色調(diào)(色相)、色質(zhì)(明度)、色度(純度)三要素,亦即任何一個(gè)顏色或色彩都可以用這三個(gè)要素來(lái)判斷分析:①色調(diào)(色相):指色彩所呈現(xiàn)出來(lái)的質(zhì)的面貌,如紅、黃、藍(lán)、綠等;②色質(zhì)(明度):指色彩的明暗深淺程度,明度高,則顏色亮;③色度(純度):指色調(diào)的鮮艷程度或色彩中其他雜色所占的成分,純度高則色彩鮮明,反之即灰。
光學(xué)實(shí)驗(yàn)表明: 將白色光線射入三棱鏡,光線被分解成多色光譜,再將這些色彩混合后又可合成為白色光線。這就是色彩混合的基本原理。對(duì)此,英國(guó)物理學(xué)家T.Young解釋為: 人的視網(wǎng)膜上有三種神經(jīng),分別接受紅、綠、藍(lán)色光,如果這三種色光對(duì)三種神經(jīng)給予不同的刺激,就會(huì)產(chǎn)生不同的顏色。這表明,自然界中幾乎所有顏色都能由三種基本的彩色按一定的比例混合而成,這三種彩色(紅R、綠G、藍(lán)B)就稱為三基色或三原色。這就是所謂的色彩混合的第二原理。廣義上講,任何X色光可由a單位的R色光、b單位的G色光,以及c單位的B色光組成,其數(shù)學(xué)公式為: X=aR+bG+cB。這樣,將a、b、c存儲(chǔ)在圖像數(shù)據(jù)庫(kù)的幀存儲(chǔ)器中,則可自動(dòng)形成任何顏色。
按照國(guó)際照明協(xié)會(huì)CIE規(guī)范,所選擇的紅色R、綠色G、藍(lán)色B三基色,其波長(zhǎng)分別為0.7μm、0.546μm和0.4358μm。由三基色混合形成彩色的方法有: ①加色法,指彩色通過(guò)相加混合而成,如彩色電視中的顏色。如將三基色相加,可產(chǎn)生各種彩色,如: 紅+綠=黃,綠+藍(lán)=青,紅+藍(lán)=紫; ②減色法,指彩色通過(guò)相減混合而成,如彩色電影、幻燈片中的顏色。減色法中的三基色是黃、青、紫色。其相加得到的白光的兩種顏色稱為互補(bǔ)色。用白色減去一種顏色就得到它的補(bǔ)色,如: 白-藍(lán)=黃,白-紅=青,白-綠=紫。所謂互補(bǔ)色(complementary color)指兩種顏色經(jīng)混合后得到白色,則這兩種顏色互稱為對(duì)方的補(bǔ)色。如把各種顏色排成一個(gè)圓的色環(huán),則在環(huán)的直徑上相對(duì)排列的兩種有色光可以合成為白色。如紅色的補(bǔ)色是藍(lán)綠色,紫色的補(bǔ)色是綠黃色。
在計(jì)算機(jī)圖像學(xué)中處理顏色時(shí),一種是分別存儲(chǔ)表示三基色的三個(gè)數(shù)字,這種方法簡(jiǎn)單實(shí)用,但不易創(chuàng)建和修改現(xiàn)存的顏色; 另一種方法是存儲(chǔ)光的色調(diào)、色值和色度等圖像特征,以后可將其轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的三基色,得到對(duì)應(yīng)色彩的圖像。
2. 圖像的色彩模型
圖像色彩理論,用色彩模型(color model)或色彩模式(color schema)來(lái)描述,色彩模型研究圖像數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)字圖像的顏色模式和色彩的處理方法。通常,色彩模型用一個(gè)三維顏色坐標(biāo)系統(tǒng)(稱為色彩空間)來(lái)表示,用來(lái)描述、產(chǎn)生和重現(xiàn)可視化圖像的色彩。色彩空間(color space)表示各種顏色之間關(guān)系的空間模型,它通過(guò)笛卡兒坐標(biāo)系來(lái)表示。常見(jiàn)的色彩空間模型(模式)有:
(1) RGB色彩模型: 用紅、綠、藍(lán)三基色相疊加產(chǎn)生圖像色彩的方法。在該模型的三維笛卡兒坐標(biāo)系統(tǒng)中,立方體主對(duì)角線各點(diǎn)含有等量的各種基色,表示由黑至白的灰度等級(jí)。這種模型主要用于彩色(光柵)顯示器和彩色視頻攝像機(jī)。
(2) CMY色彩模型: 一種用從白色中消除或減去某種顏色來(lái)規(guī)定各種顏色的方法。該模型采用笛卡兒坐標(biāo)系子空間來(lái)表示,與RGB色彩模型相同。該模型常用于硬拷貝設(shè)備將彩色顏料沉積在紙介質(zhì)上。
(3) HSI色彩模型:一種適合程序員和藝術(shù)家使用的色彩模型或調(diào)色工具,該模型可在彩色圖像中從攜帶的色彩信息(色調(diào)、飽和度)里消去亮度分量的影響,這反映了人們觀察色彩的方式。
(4) HLS色彩模型: 一種包含有色調(diào)、亮度、飽和度的色彩模型,由雙六面錐體子空間構(gòu)成,邊界六個(gè)頂點(diǎn)分布著三層顏色(紅、綠、藍(lán))及其輔助色(青、洋紅、黃色),沿邊界旋轉(zhuǎn)360度可得到不同色調(diào)。這種模型能簡(jiǎn)便計(jì)算出光與顏色的變化。
(5) HSV色彩模型: 一種適合程序員和用戶使用的色彩模型或調(diào)色工具,該模型被定義為一個(gè)六面錐體子空間。其色調(diào)H由繞垂直軸(V)的角度來(lái)量度。范圍從0～360度。H=0為紅色,轉(zhuǎn)180度,為它的補(bǔ)色(青色)。S是飽和度,取值由0(中心線)到1(六面錐體三角形的邊)。V=0是六面錐體的頂點(diǎn),表示黑色; V=1是六面錐體底面與V軸的交點(diǎn),表示白色; V在0～1之間,表示不同S值時(shí)某種色調(diào)的灰度。
(6) Munseu色彩模型: 由Munseu提出,是采用色調(diào)(主波長(zhǎng))、色值(輝度)和色度(純度)進(jìn)行有效排列構(gòu)成的三維變形球體的一種色彩模型,常稱為孟塞爾顏色樹(shù)。在該樹(shù)上有五種基本色調(diào)(紅、黃、綠、藍(lán)及紫色)及其中間顏色(橘紅、黃綠、藍(lán)綠、藍(lán)紫及紫紅色)圍繞中心垂直軸排列,離軸越遠(yuǎn)的顏色越飽和(越濃),越接近中心的顏色變成灰色。軸上的垂直位置表示顏色的深度,其分布從底部的黑色一直到頂部的白色。這種色彩模型能通過(guò)調(diào)節(jié)色調(diào)、色值和色度來(lái)產(chǎn)生不同比例的顏色,以滿足視頻幀存儲(chǔ)器技術(shù)的需求。