彩色数字图像基础知识
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路漫漫其悠远
视觉系统对颜色的感知
▪ 红、绿和蓝三种锥体细胞对不同频率的光的感 知程度不同，对不同亮度的感知程度也不同
• 这就意味着，人们可以使用数字图像处理技术来降 低表示 图像的数据量而不使人感到图像质量有明显 下降。
▪ 从理论上说，自然界中的任何一种颜色都可以 由 R，G，B这三种颜色值之和来确定，它们构 成一个三维的RGB矢量空间
饱和度是指彩色光所呈现颜色的深浅或纯洁程度。对于同 一而色饱调和的度彩越色小光，，颜其色饱就和越度浅越，高或勇功，纯于的颜度开路始色越，就低才越 。能找深高到，饱成或和越度纯的；彩 色光可因掺入白光而降低纯度或变浅，变成低饱和度的色 光。100%饱和度的色光就代表完全没有混入白光的纯色光 。
路漫漫其悠远
• 杆状体细胞在光功率极低的条件下才起作用（约 7500万到15000 万个，分布在视网膜表面 ）
▪ 在计算机图像处理中，锥体细胞扮演重要角色
路漫漫其悠远
视觉系统对颜色的感知
❖视觉系统对颜色的感知特性
▪ຫໍສະໝຸດ Baidu眼睛本质上是一个照相机
• 人的视网膜(human retina)通过神经元感知外部世界 的颜 色，每个神经元是一个对颜色敏感的锥体 (cone)
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颜色模型
❖颜色模型（color model）是用来精确标定和生 成各种颜色的一套规则和定义。某种颜色模型所 标定的所有颜色就构成了一个颜色空间。
❖ 颜色空间通常用三维模型表示，空间中的颜色通 常使用代表三个参数的三维坐标来指定
彩色数字图像基础知识
路漫漫其悠远
2020/3/26
视觉系统对颜色的感知
❖颜色是什么
▪ 视觉系统对可见光的感知结果
• 可见光是波长在380～780 nm之间的电磁波，我 们 看到的大多数光不是一种波长的光，而是由许 多不 同波长的光组合成的，因此有多种颜色的感觉
▪ 颜色只存在于眼睛和大脑，
• 人的视网膜有对红、绿、蓝颜色敏感程度不同的 三 种锥体细胞（约有600万到700万个，主要位于视网 膜的中间部分）
• 相加混色是计算机应用中定义颜色的基本方法
▪ 任何一种颜色都可用三种基本颜色按不同的比 例混 合得到
• 颜色＝R(红的百分比)＋G(绿的百分比)＋B(蓝的百 分比)
路漫漫其悠远
RGB颜色模型
• 三种颜色的光强越强，到达我们眼睛的光就越多，它们的比 例不同，我们看到的颜色也就不同。没有光到达眼睛，就是 一片漆黑
❖ 对于人来说，可以通过色调、饱和度和亮度来定 义颜色（HSL颜色模型）；对于显示设备来说， 可以用红、绿、蓝磷光体的发光量来描述颜色（ RGB颜色模型）；对于打印设备来说，可以使用 青色、品红、黄色和黑色颜料的用量来指定颜色 （CMYK颜色模型）。
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RGB颜色模型
❖显示彩色图像用RGB相加混色模型
有一个值， 称为像素值，它表示特定颜色的强 度
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RGB颜色模型
❖ 一个像素值通常用R，G，B三个分量表示。如果 每个像素 的每个颜色分量“1”和“0”表示，即每种 颜色的强度是100% 或0%，每个像素显示的颜色 是8种颜色之一。
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CMY颜色模型
❖打印彩色图像用CMY相减混色模型
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视觉系统对颜色的感知
匹配任意可见光所需的三原色光比例曲线
路漫漫其悠远
视觉系统对颜色的感知
❖从人的主观感觉角度，颜色包含三个要素：
1、色调（hue）：
色调反映颜色的类别，如红色、绿色、蓝色等。色调 大致对应光谱分布中的主波长。
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视觉系统对颜色的感知
2、饱和度（Saturation）
视觉系统对颜色的感知
3、明亮度（luminance）
明亮度是光作用于人眼时引起的明亮程度的感觉。一 般来说，彩色光能量大则显得亮，反之则暗。
大量试验表明，人的眼睛能分辨128种不同的色调，10
－30种不同的饱和度，而对亮度非常敏感。人眼大约可以
分辨35万种颜色。
勇于开始，才能找到成
功的路
路漫漫其悠远
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视觉系统对颜色的感知
❖ 许多具有不同光谱分布的光产生的视觉效果（颜 色）是一样的。即光谱与颜色的对应是多对一的 。
❖ 光谱分布不同而看上去相同的两种颜色称为条件 等色（匹配等色）。
❖ 绝大部分可见光谱对眼睛的刺激效果都可以用红 （700nm）、绿（546.1）、蓝（435.8nm）三色光 按不同比例和强度的混合来等效表示。（三刺激 理论）
• 当三基色等量相加时，得到白色；等量的红绿相加而蓝为0 时得到黄色；等量的红蓝相加而绿为0时得到品红色；等量 的绿蓝相加而红为0时得到青色。
勇于开始，才能找到成 功的路
路漫漫其悠远
RGB颜色模型
❖彩色图像
▪ 一幅彩色图像可以看成是由许多的点组成的 ▪ 图像中的单个点称为像素(pixel)，每个像素都
▪ 一个能发出光波的物体称为有源物体，它的颜 色由 该物体发出的光波决定
• CRT使用3个电子枪分别产生红(red)、绿(green)和蓝 (blue)三 种波长的光，如图4-1所示，并以各种不同 的相对强度组合 产生不同的颜色
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RGB颜色模型
▪ RGB相加混色模型
• 组合红、绿和蓝光波来产生特定颜色的方法叫做相 加混色 法(additive color mixture) ，即RGB相加混色 模型
人的主观感觉
❖ 人的视觉系统能够适应光强度的级别的范围是很 宽的，由夜视阈值到强闪光之间的光强度的级别 约为1010级 ；
❖ 背景亮度会影响到对目标亮度的感觉；
❖同时对比度（Simultaneous Contrast） 在相同亮度的刺激下,由于背景亮度不同,人眼
所感受到的主观亮度不同
路漫漫其悠远
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• 这就是说，R，G，B的数值不同，混合得到的颜色 就不 同，也就是光波的波长不同
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视觉系统对颜色的感知
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视觉系统对颜色和亮度的响应特性曲线 （各个波长的光的强度相等）
视觉系统对颜色的感知
❖ 上面的颜色响应曲线表明，人类眼睛对蓝光的灵 敏度远远低于对红光和绿光的灵敏度。
❖ 亮度响应曲线表明人眼对波长为550nm左右的黄 绿色最为敏感。
视觉系统对颜色的感知
▪ 红、绿和蓝三种锥体细胞对不同频率的光的感 知程度不同，对不同亮度的感知程度也不同
• 这就意味着，人们可以使用数字图像处理技术来降 低表示 图像的数据量而不使人感到图像质量有明显 下降。
▪ 从理论上说，自然界中的任何一种颜色都可以 由 R，G，B这三种颜色值之和来确定，它们构 成一个三维的RGB矢量空间
饱和度是指彩色光所呈现颜色的深浅或纯洁程度。对于同 一而色饱调和的度彩越色小光，，颜其色饱就和越度浅越，高或勇功，纯于的颜度开路始色越，就低才越 。能找深高到，饱成或和越度纯的；彩 色光可因掺入白光而降低纯度或变浅，变成低饱和度的色 光。100%饱和度的色光就代表完全没有混入白光的纯色光 。
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• 杆状体细胞在光功率极低的条件下才起作用（约 7500万到15000 万个，分布在视网膜表面 ）
▪ 在计算机图像处理中，锥体细胞扮演重要角色
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视觉系统对颜色的感知
❖视觉系统对颜色的感知特性
▪ຫໍສະໝຸດ Baidu眼睛本质上是一个照相机
• 人的视网膜(human retina)通过神经元感知外部世界 的颜 色，每个神经元是一个对颜色敏感的锥体 (cone)
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颜色模型
❖颜色模型（color model）是用来精确标定和生 成各种颜色的一套规则和定义。某种颜色模型所 标定的所有颜色就构成了一个颜色空间。
❖ 颜色空间通常用三维模型表示，空间中的颜色通 常使用代表三个参数的三维坐标来指定
彩色数字图像基础知识
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2020/3/26
视觉系统对颜色的感知
❖颜色是什么
▪ 视觉系统对可见光的感知结果
• 可见光是波长在380～780 nm之间的电磁波，我 们 看到的大多数光不是一种波长的光，而是由许 多不 同波长的光组合成的，因此有多种颜色的感觉
▪ 颜色只存在于眼睛和大脑，
• 人的视网膜有对红、绿、蓝颜色敏感程度不同的 三 种锥体细胞（约有600万到700万个，主要位于视网 膜的中间部分）
• 相加混色是计算机应用中定义颜色的基本方法
▪ 任何一种颜色都可用三种基本颜色按不同的比 例混 合得到
• 颜色＝R(红的百分比)＋G(绿的百分比)＋B(蓝的百 分比)
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RGB颜色模型
• 三种颜色的光强越强，到达我们眼睛的光就越多，它们的比 例不同，我们看到的颜色也就不同。没有光到达眼睛，就是 一片漆黑
❖ 对于人来说，可以通过色调、饱和度和亮度来定 义颜色（HSL颜色模型）；对于显示设备来说， 可以用红、绿、蓝磷光体的发光量来描述颜色（ RGB颜色模型）；对于打印设备来说，可以使用 青色、品红、黄色和黑色颜料的用量来指定颜色 （CMYK颜色模型）。
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RGB颜色模型
❖显示彩色图像用RGB相加混色模型
有一个值， 称为像素值，它表示特定颜色的强 度
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RGB颜色模型
❖ 一个像素值通常用R，G，B三个分量表示。如果 每个像素 的每个颜色分量“1”和“0”表示，即每种 颜色的强度是100% 或0%，每个像素显示的颜色 是8种颜色之一。
路漫漫其悠远
CMY颜色模型
❖打印彩色图像用CMY相减混色模型
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视觉系统对颜色的感知
匹配任意可见光所需的三原色光比例曲线
路漫漫其悠远
视觉系统对颜色的感知
❖从人的主观感觉角度，颜色包含三个要素：
1、色调（hue）：
色调反映颜色的类别，如红色、绿色、蓝色等。色调 大致对应光谱分布中的主波长。
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视觉系统对颜色的感知
2、饱和度（Saturation）
视觉系统对颜色的感知
3、明亮度（luminance）
明亮度是光作用于人眼时引起的明亮程度的感觉。一 般来说，彩色光能量大则显得亮，反之则暗。
大量试验表明，人的眼睛能分辨128种不同的色调，10
－30种不同的饱和度，而对亮度非常敏感。人眼大约可以
分辨35万种颜色。
勇于开始，才能找到成
功的路
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视觉系统对颜色的感知
❖ 许多具有不同光谱分布的光产生的视觉效果（颜 色）是一样的。即光谱与颜色的对应是多对一的 。
❖ 光谱分布不同而看上去相同的两种颜色称为条件 等色（匹配等色）。
❖ 绝大部分可见光谱对眼睛的刺激效果都可以用红 （700nm）、绿（546.1）、蓝（435.8nm）三色光 按不同比例和强度的混合来等效表示。（三刺激 理论）
• 当三基色等量相加时，得到白色；等量的红绿相加而蓝为0 时得到黄色；等量的红蓝相加而绿为0时得到品红色；等量 的绿蓝相加而红为0时得到青色。
勇于开始，才能找到成 功的路
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RGB颜色模型
❖彩色图像
▪ 一幅彩色图像可以看成是由许多的点组成的 ▪ 图像中的单个点称为像素(pixel)，每个像素都
▪ 一个能发出光波的物体称为有源物体，它的颜 色由 该物体发出的光波决定
• CRT使用3个电子枪分别产生红(red)、绿(green)和蓝 (blue)三 种波长的光，如图4-1所示，并以各种不同 的相对强度组合 产生不同的颜色
路漫漫其悠远
RGB颜色模型
▪ RGB相加混色模型
• 组合红、绿和蓝光波来产生特定颜色的方法叫做相 加混色 法(additive color mixture) ，即RGB相加混色 模型
人的主观感觉
❖ 人的视觉系统能够适应光强度的级别的范围是很 宽的，由夜视阈值到强闪光之间的光强度的级别 约为1010级 ；
❖ 背景亮度会影响到对目标亮度的感觉；
❖同时对比度（Simultaneous Contrast） 在相同亮度的刺激下,由于背景亮度不同,人眼
所感受到的主观亮度不同
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• 这就是说，R，G，B的数值不同，混合得到的颜色 就不 同，也就是光波的波长不同
路漫漫其悠远
视觉系统对颜色的感知
路漫漫其悠远
视觉系统对颜色和亮度的响应特性曲线 （各个波长的光的强度相等）
视觉系统对颜色的感知
❖ 上面的颜色响应曲线表明，人类眼睛对蓝光的灵 敏度远远低于对红光和绿光的灵敏度。
❖ 亮度响应曲线表明人眼对波长为550nm左右的黄 绿色最为敏感。