科技节学术科技作品-1118

昭通市第一中学明达分校

教

学

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术

论

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作品名称：探索高中物理实验的重要性

作者：张涛

职务：中学物理教师

探索高中物理实验的重要性

张涛

昭通市第一中学明达分校

摘要：基于色彩传递的灰度图像的彩色化是将一幅彩色图像的颜色特征传递给另一幅灰度图像,使灰度目标图像具有与源彩色图像相似的颜色。本文采用Welsh的将彩色参考图像上的颜色转移到被着色的灰度图像上的思想，在Lαβ颜色空间和YCbCr色彩空间，分别对七副不同的灰度图像进行了彩色化处理，并讨论了不同颜色空间对不同颜色比重的图像着色效果的影响。

关键词：物理实验作用重要性比重

1 引言

物理学是一门基础自然科学，它所研究的是物质的基本结构、最普遍的相互作用、最一般的运动规律以及所使用的实验手段和思维方法。随着人类对物质世界认识的深入，物理学一方面带动了科学和技术的发展；另一方面推动了文化、经济和社会的发展。经典物理学奠定了两次工业革命的基础；近代物理学推动了信息技术、新材料技术、新能源技术、航空航天技术、生物技术等的迅速发展，继而推动了人类社会的变化。物理学又是现代医学和药学的基础学科之一，它的理论和实验方法被广泛地应用于现代医学和药学中，并且正在积极地推动着现代医学和药学的发展。

然而实验又是物理学这门自然科学的基础，回顾物理学产生和发展的过程，可以看出物理实验自始至终都占有极其重要的地位。无论是经典物理学的建立和发展，还是现代物理学的进展都与物理实验息息相关。可以预言，未来物理学的发展一定离不开物理实验。可见物理学从根本上说是一门实验科学。物理学中的每一个概念的建立，每一个规律的发现都有着坚实的实验基础。任何物理规律的发现和物理理论的建立都必须以实验为基础，并经受实验的严格检验。物理学就是在理论与实验相互推动下不断向前发展的。因此，物理教学也必须遵循物理学的规律，强调理论与实验相结合，把实验课和理论课放在同等重要的地位。

对学生而言，在物理实验中，“观察现象、进行演示和学生实验，能够使学生对物理事实获得具体的、明确的认识，这是理解概念和规律的必要的基础。观察和实验对培养学生的观察和实验能力，培养实事求是的科学态度，引起学生兴趣，通过物理实验，学生不但可以学习到物理知识，实验方法，实验技能，而且可以培养他们科学的态度，为今后专业课的学习和工作奠定良好的基础，具有不可代替的重要作用。”可见没有物理实验，很难达到物理教学目的。因为所有物理知识，都是在实验的基础上建立起来的。物理实验作为物理教学的基本手段，有其特殊

的教学功能：实验是物理规律的发现和理论的建立的基础。老师通过实验的教学可培养学生观察物理实验现象和分析物理问题的能力，掌握用实验来探究物理规律的基本方法，提高思维能力和动手实验能力，加深对物理概念和规律的理解。由此可见，实验教学在物理教学中具有举足轻重的地位。

2 色彩空间介绍

2.1 RGB颜色空间

颜色空间为一个3维的线性空间，在CRT监器和凸性刷新设备中通常使用红色分量R、绿色量G和蓝色分量B作为颜色空间的基，颜色混合基本定律表明：自然界任何一种颜色均可用红、绿、蓝三种原色光混合匹配产生，这在几何上能够以个互相垂直的轴R、G、B所构成的空间坐标系统表示，称为RGB颜色空间。由于其设备的独立性，它被广泛应用于计算机图形、成像系统和彩色电视之中。但此三原色不能直观度量色调H、饱和度S和亮度V。而且RGB颜色间的各分量之间存在着相关性，即对于大多数像素来说，如果B通道值很大，那么它的R、G通道值也很大。这意味着如果想一致地改变一个像素色外观的话，必须一前一后的改变所有的颜色通道，这使得颜色更改过程变得复杂。

2．2 Lαβ颜色空间

因为RGB 模型不能直观地度量色调( Hue) 、饱和度( Saturation) 和亮度( Intensity)，且各分量之间存在着强相关性。本文采用Ruderman 等人提出的lαβ颜色空间。其中l 基本上表示亮度相关信息，α表示“蓝- 黄”相关信息，β表示“红- 绿”相关信息。这样其中一个色彩通道发生变化对其他通道值的影响最小，降低了颜色通道的相关性。在这个颜色空间里能够分别处理图像的颜色和亮度。基于lαβ颜色空间，Reinhard等介绍了一种色彩传递方法，将色彩特征从一幅图像传递到另一幅。这种方法可用于改善合成图像的色彩自然感，但是它只能应用于两幅彩色图像之间的传递。为了将彩色图像的色彩传递给灰度图像Welsh 等对色彩传递算法做了进一步的研究，根据他的算法，需要给灰度图像选择一幅与之内容相近的彩色参考图像；然后在l αβ颜色空间里，为每个灰度图像像素确定一个最佳匹配彩色参考图像像素；最后将匹配的彩色参考像素颜色值传递给灰度图像像素，保留灰度像素的原始亮度值。此算法在一定程度上提高了灰度图像彩色化的效果。

2.3 YCbCr颜色空间

YCbCr 则是在世界数字组织视频标准研制过程中作为ITU - R BT1601 建议的一部分，其实是YUV经过缩放和偏移的翻版。YUV是一种基本色彩空间，被欧洲的电视系统所采用。它被PAL、NT2SC和SECAM用作复合色彩视频标准。其中Y指颜色的明视度(Luminance)，即亮(Brightness) ，其实Y就是图像的灰度值(Gray value)，而U 和V 则是指色调(Chrominance)，即描述图像色彩及饱和度的属性。黑白系统只使用Y信息，因为U 和V是附加上去的，所以黑白系统仍能正常显示。YCbCr中Y与YUV 中的Y含义一致, Cb , Cr 同样都指色彩，只是在表示方法上不同而已。在YUV中，YCbCr 是在计算机系统中应用最多的成员，其应用领域广泛，JPEG、MPEG均采用此格式。一般人们所讲的YUV大多是指YCbCr。YCbCr 有许多取样格式，如4∶4∶4 , 4∶2∶2 , 4∶1∶1 和4∶2∶0。

3 灰度图像彩色化算法及其实现