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1、颜色表示模型颜色表示模型颜色模型颜色模型n n颜色属于物理学和生物心理学范畴，它是由于光经过与周围环境相颜色属于物理学和生物心理学范畴，它是由于光经过与周围环境相 互作用后到达人眼，并经过一系列物理和化学变化转化为人眼所能互作用后到达人眼，并经过一系列物理和化学变化转化为人眼所能 感知的电脉冲的结果，因而。颜色的形成是一个复杂的物理和心理感知的电脉冲的结果，因而。颜色的形成是一个复杂的物理和心理 和心理相互作用的过程，它涉及到光的传播特性、人眼结构及人脑和心理相互作用的过程，它涉及到光的传播特性、人眼结构及人脑 心理感知等内容。心理感知等内容。n n一个颜色模型是一种在某种特定上下文中对颜色的
2、特性和行为的解一个颜色模型是一种在某种特定上下文中对颜色的特性和行为的解 释方法，没有哪一种颜色模型能解释所有的颜色问题，因此要使用释方法，没有哪一种颜色模型能解释所有的颜色问题，因此要使用 不同的模型来帮助说明能看到的不同的颜色特征。在图形应用中，不同的模型来帮助说明能看到的不同的颜色特征。在图形应用中， 某些模型用于叙述在打印机和绘图仪上如何输出彩色，而另一些模某些模型用于叙述在打印机和绘图仪上如何输出彩色，而另一些模 型则为用户提供更直觉的颜色参数。型则为用户提供更直觉的颜色参数。 光光 的的 特特 性性彩彩 色色 模模 型型光栅系统的颜色光栅系统的颜色颜色选择与使用颜色选择与使用光的特
3、性：光的特性：特征描述特征描述n n可见光是电磁光谱可见光是电磁光谱( (包括无线电波、微波包括无线电波、微波、红外波和、红外波和x x射线射线) )中狭窄中狭窄 的频率波段的频率波段( (可见段可见段) )，段的每一频率对应一种颜色：，段的每一频率对应一种颜色： 在低频率端是红色在低频率端是红色，高频率端是紫色高频率端是紫色，从低频到高频的光谱颜色变化从低频到高频的光谱颜色变化 分别是红、橙、黄、绿、兰和紫。分别是红、橙、黄、绿、兰和紫。 人眼对人眼对颜色颜色( (或主频率或主频率) )和明度和纯度和明度和纯度这三种特征的感觉作出反应，这就这三种特征的感觉作出反应，这就 用来描述人所感受的光
4、的不同性质用来描述人所感受的光的不同性质n n光是一种电磁波，常用波长光是一种电磁波，常用波长()()或频率或频率(f)(f)来说明各种颜色，单色光来说明各种颜色，单色光的频率和波长互成反比例。的频率和波长互成反比例。 光的波长很短，红色波长约是光的波长很短，红色波长约是700700毫微米，而紫色的波长大概是毫微米，而紫色的波长大概是400400毫毫 微米微米。由于波长比频率容易处理，故光谱颜色常用波长来指定。太阳由于波长比频率容易处理，故光谱颜色常用波长来指定。太阳 或灯泡等光源发射可见段的全部频率而产生白色，当白色光投射到物或灯泡等光源发射可见段的全部频率而产生白色，当白色光投射到物 体上
5、时，某些频率被反射某些则被物体吸收，在反射光中混合的频率体上时，某些频率被反射某些则被物体吸收，在反射光中混合的频率 确定了所感受到的物体的颜色。如果在反射光中以低频率为主，则物确定了所感受到的物体的颜色。如果在反射光中以低频率为主，则物 体呈现红色，此时，可以说光主要含有光谱中红色端的频率。体呈现红色，此时，可以说光主要含有光谱中红色端的频率。光的特性：光的特性：特征描述特征描述n n明度明度( (brightnesebrightnese) )是指人感受到的物体的光亮度是指人感受到的物体的光亮度，即单位时间、单位角度及单位即单位时间、单位角度及单位 投射面上光源幅射的能量，投射面上光源幅射的
6、能量， 幅射能量与光源亮度幅射能量与光源亮度(luminance)(luminance)有关。这说明物体亮度与其周围环境的亮度无关，有关。这说明物体亮度与其周围环境的亮度无关， 而其明度与环境的亮度相关：具有恒定亮度的物体，当其置于亮度不同的环境中时，而其明度与环境的亮度相关：具有恒定亮度的物体，当其置于亮度不同的环境中时， 它的明度是不同的。它的明度是不同的。n n光的纯度光的纯度(purity)(purity)或饱和度或饱和度(saturation)(saturation)：纯度说明光的颜色表现得多纯，淡颜纯度说明光的颜色表现得多纯，淡颜 色说明不太纯。色度色说明不太纯。色度(chroma
7、ticity)(chromaticity)通常是指说明纯度和主频率这两种颜色特征通常是指说明纯度和主频率这两种颜色特征 。 从红色到紫色的每一频率成份有不同能量，光源颜色用白色来描述。从红色到紫色的每一频率成份有不同能量，光源颜色用白色来描述。 主体光成分的能量密度用主体光成分的能量密度用EDED来表示，其他频率的能量密度用来表示，其他频率的能量密度用E E表示。表示。 光的纯度依赖光的纯度依赖于于EDED和和EWEW之间的差别，主频率的之间的差别，主频率的EDED与白光成分与白光成分E E相比越大，则光纯度相比越大，则光纯度 越越大：当大：当EW=0EW=0时时, ,纯度为纯度为100%10
8、0%，而当，而当EW=EDEW=ED时，纯度为时，纯度为0 0。 适当选择两种或多种初始颜色光源，可以形成许多其他颜色适当选择两种或多种初始颜色光源，可以形成许多其他颜色 ： 如果两种彩色光源混合成白色光就被称为互补色。互补色的例子有红色和青色，绿色和如果两种彩色光源混合成白色光就被称为互补色。互补色的例子有红色和青色，绿色和 品红以及兰色和黄色。品红以及兰色和黄色。 通常以主频率为基础的混合颜色模型使用三种颜色可获得一定范围的颜色，称为模型的通常以主频率为基础的混合颜色模型使用三种颜色可获得一定范围的颜色，称为模型的 颜色范围颜色范围(color (color gamut)gamut)。在该
9、颜色模型中用来生成其他颜色的两种或三种颜色称为基色在该颜色模型中用来生成其他颜色的两种或三种颜色称为基色 (primitive color)(primitive color)。光的特性：光的特性：颜色混合颜色混合 在实际的基本颜色中，没有哪一组集合能组合生成所有可见颜色。然而在实际的基本颜色中，没有哪一组集合能组合生成所有可见颜色。然而，三基三基 色对多数应用来说是足够的，而不包含在指定基色集颜色范围中的颜色可通过色对多数应用来说是足够的，而不包含在指定基色集颜色范围中的颜色可通过 扩充的方法来描述。如果某种特定颜色无法通过混合三基色来生成，可以将一扩充的方法来描述。如果某种特定颜色无法通过混
10、合三基色来生成，可以将一 种或二种基色与该颜色混合以便与余下的基色的混合色相匹配。因而，一组基种或二种基色与该颜色混合以便与余下的基色的混合色相匹配。因而，一组基 色可用来描述所有颜色。色可用来描述所有颜色。 下图示出生成任何一种颜色所需的下图示出生成任何一种颜色所需的RGBRGB数量，称为颜色匹配曲线数量，称为颜色匹配曲线 。4004005005006006007007000 00.20.20.40.4(nm)(nm)颜色匹配颜色匹配RGBRGB量量f fB Bf fGGf fR R500nm500nm附近的颜色只能与从兰附近的颜色只能与从兰 光和绿光混合所得的光中光和绿光混合所得的光中“
11、“减减 去去” ”红光而得的光匹配。即红光而得的光匹配。即 500nm500nm左右的颜色与一定量的左右的颜色与一定量的 红光混合可得图中指出的兰红光混合可得图中指出的兰- - 绿混合色。因此，绿混合色。因此，RGBRGB彩色彩色 监视器不能显示监视器不能显示500nm500nm左右的左右的颜色。颜色。彩色模型：彩色模型：颜色描述颜色描述n n具有不同光谱能量分布的光刺激人的视觉系统产生不同具有不同光谱能量分布的光刺激人的视觉系统产生不同 的颜色的颜色( (包括彩色和灰色包括彩色和灰色) )，颜色可以从两个角度加以描颜色可以从两个角度加以描 述：述：n n从视觉角度，颜色以色彩从视觉角度，颜色
12、以色彩(Hue)(Hue)、饱和度饱和度 (Saturation)(Saturation)和明度来描述。和明度来描述。 色彩色彩指的是这种颜色是红、绿，还是蓝，它是一种颜色指的是这种颜色是红、绿，还是蓝，它是一种颜色 区别于另一种颜色的最重要特征；区别于另一种颜色的最重要特征； 饱和度饱和度反映颜色的纯度，当向某种颜色中加入白色时就反映颜色的纯度，当向某种颜色中加入白色时就 降低了它的饱和度；降低了它的饱和度； 明度明度即人眼感知到的光的亮度。即人眼感知到的光的亮度。 色彩色彩、饱和度和明度的关系如右图所示。明度沿颜色空饱和度和明度的关系如右图所示。明度沿颜色空 间的中心线变化，色彩沿圆周变化
13、，而饱和度沿着半径间的中心线变化，色彩沿圆周变化，而饱和度沿着半径 变化。图中所标的红、绿和蓝表明它们在该颜色空间中变化。图中所标的红、绿和蓝表明它们在该颜色空间中 的相对位置。的相对位置。 值得注意的是：色彩值得注意的是：色彩、饱和度和明度都是主观的量，它饱和度和明度都是主观的量，它 们是颜色的非精确描述。们是颜色的非精确描述。由色彩由色彩、饱和饱和 度和明度构成度和明度构成 的颜色空间的颜色空间黑色彩色彩饱和度饱和度明明 度度白白绿绿蓝蓝彩色模型：彩色模型：三基色描述三基色描述n n具有不同光谱能量分布的光刺激人的视觉系统产生不同的颜色具有不同光谱能量分布的光刺激人的视觉系统产生不同的颜色
14、( (包括彩色和灰色包括彩色和灰色) ) ，颜色可以从两个角度加以描述：颜色可以从两个角度加以描述：n n从物理学从物理学( (色彩学色彩学) )的角度，颜色以主波长的角度，颜色以主波长(Dominant (Dominant wavelength)wavelength)、色纯度色纯度 (Purity)(Purity)和亮度来描述。它们与上述的三个量一一对应。和亮度来描述。它们与上述的三个量一一对应。 主波长主波长决定了颜色的基本色彩；决定了颜色的基本色彩； 色纯度色纯度反映了该颜色中纯色光与白色光的比例；反映了该颜色中纯色光与白色光的比例； 亮度亮度就是颜色光的强度。就是颜色光的强度。 主波长
15、、色纯度和亮度事实上描述的是产生某种颜色的光的特性，既然光与颜色之间存主波长、色纯度和亮度事实上描述的是产生某种颜色的光的特性，既然光与颜色之间存 在着一定的对应关系，那么描述了一束光也就等价于描述了它所对应的颜色。在着一定的对应关系，那么描述了一束光也就等价于描述了它所对应的颜色。 颜色描述需要三个量，这说明颜色空间是三维的。其中任意互不相关的三种颜色颜色描述需要三个量，这说明颜色空间是三维的。其中任意互不相关的三种颜色( ( 任意两种的组合不能产生三种中的另一种颜色任意两种的组合不能产生三种中的另一种颜色) )构成了颜色空间的一组基，称为三构成了颜色空间的一组基，称为三 基色。最常用的三基
16、色是红色基色。最常用的三基色是红色R R、绿色绿色G G与蓝色与蓝色B B。三基色通过适当的混合能产生三基色通过适当的混合能产生所有的颜色。所有的颜色。 生理学的研究表明：视网膜中的锥状细胞有三种类型，它们分别对波长是生理学的研究表明：视网膜中的锥状细胞有三种类型，它们分别对波长是589nm589nm的红色的红色 光、光、 545nm545nm的绿色光和的绿色光和440nm440nm的的蓝色光敏感。相应的光谱灵敏度曲线分别记为蓝色光敏感。相应的光谱灵敏度曲线分别记为S S1 1()()、S S2 2()()和和S S3 3()()，三者之和，三者之和即为光效率函数即为光效率函数V()(V()(不同波长的光刺激人眼产生亮度的效率不同波长的光刺激人眼产生亮度的效率) )。三种锥状细胞的存在给三基色理论提供了有利的支持。三种锥状
