计算机测色配色技术----第7部分--色彩模式

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1、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

2、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

3、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0 255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

4、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。

5、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

6、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

7、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

8、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

9、、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

10、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0 360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

11、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H

12、SB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

13、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

14、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

15、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

16、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