淺談圖像處理教學中的色彩定量分析論文
摘要：數(shù)碼相片在屏幕顯示與實際輸出是不同的色彩體系。使得人們在實際操作中產(chǎn)生錯覺；RGB、CMY、HSB色彩表示方法與傳統(tǒng)的色彩理論：Ostwald、Munsell和CIE怎樣在現(xiàn)代圖形圖像軟件中能有機的結(jié)合?使得數(shù)碼影像的調(diào)校更加科學、合理。
關(guān)鍵詞：數(shù)碼相片；色彩體系；色彩數(shù)字化；數(shù)字窗口；處理方法
數(shù)碼相機成像原理就是光電效應(yīng)，目前市場上常見數(shù)碼相機的成像器件有CCD(電荷偶合器件)和CMOS(互補金屬氧化物半導體)兩種，CCD或CMOS負責把鏡頭照到它上影像按三基色分別轉(zhuǎn)換為電荷，再通過模／數(shù)轉(zhuǎn)換器(A／D)芯片轉(zhuǎn)換成RGB(紅、綠、藍)數(shù)字信號，然后將信號送到處理器(DSP)處理，最后存儲到存儲卡上的是一幅由RGB數(shù)字(0-255)描述的點陣(像素)二維圖。同理，掃描儀所得數(shù)碼影像也是雷同：所以，處理數(shù)碼相片或數(shù)碼影像實質(zhì)上就是分析和處理RGB數(shù)字信號。
在處理數(shù)碼影像時我們大多數(shù)是以電腦的顯示屏所顯示的效果為參照：筆者認為屏顯是一種感性的帶有不確定性，屏幕所顯示色彩效果既不是數(shù)碼相片的本身效果，也不是打印或沖印出來的實際效果�，F(xiàn)在我們來分析一下原因：
(1)色彩體系定義不同：RGB是色光加色體系。也是電腦屏幕的顯色體系；而打印或沖印是CMY(品、青、黃)染料減色體系，RGB體系的色域是2563=16，777，216種顏色而CMY體系的色域是1013=1，010，301種顏色，所以在電腦屏幕上所能顯示的色彩從理論上講只有近1／16能顏色染料打印或沖印出來。
(2)電腦屏幕顯色調(diào)校不同：不同顯卡和不同的品牌的顯示器再加不同的用戶偏好，可以說相同的數(shù)碼影像在不同的電腦顯示器上顯示效果都不一樣。
色彩表示體系有Ostwald、Munsell和CIE、日本色彩研究所等四種，皆是以三個數(shù)字(RGB、CMY、HSB、lab)來表示某一色彩。適用于染色物、涂裝物、陶瓷物等類均一表面色的物品，不能表現(xiàn)透明、半透明的顏色。
數(shù)碼影像在相機或電腦顯示屏上顯示屬于RGB方式涂裝(主動發(fā)光)，打印或沖印出來的相片屬于CMY方式的染色(被動反光)。
所以筆者認為在數(shù)碼相片處理中應(yīng)該以顯示的色彩數(shù)字(RGB、CMY、HSB、lab)為標準，而不是我們所看到的屏顯視覺效果；現(xiàn)在關(guān)鍵的問題在于：如何利用軟件所顯示的色彩數(shù)字來處理數(shù)碼相片，傳統(tǒng)的色彩表示法中的不同的色彩體系為我們提供了理論基礎(chǔ)，下面就以常用的Adobe Photosho為例來一一舉例分析說明。
在拍攝過程中，由于種種原因使得所拍攝的影像存在或多或少的不足，特別是在曝光上存在誤差會使得影像在明度、色彩及反差等方面都沒有正確還原景物的本來面目。
(1)修正曝光誤差：即調(diào)整影像色階：Adobe Photoshop中的Ctrl+L
色階是表示圖像亮度強弱的指數(shù)標準，也就是我們說的色彩指數(shù)。圖像的色彩豐滿度和精細度是由色階決定的。色階指亮度，和顏色無關(guān)。但最亮的只有白色，最不亮的只有黑色。色階表現(xiàn)了一副圖的明暗關(guān)系。如：24位色的RBG空間數(shù)字圖像，其每個單色為8位，數(shù)字分布用28(即256)個梯階表示紅藍綠，每個顏色的取值都是0－255，理論上共有256～256x256種顏色。色階圖只是一個直方圖。用橫坐標標注質(zhì)量特性值，縱坐標標注頻數(shù)或頻率值。各組的頻數(shù)或頻率的大小用直方柱的高度表示的圖形：可將各種類型的數(shù)據(jù)繪制成此圖表。在數(shù)字圖像中，色階圖是說明照片中像素色調(diào)分布的圖表，是可以在后期重新構(gòu)建影像的明暗關(guān)系。
在圖像處理中，調(diào)節(jié)色階(level)實質(zhì)就是通過調(diào)節(jié)直方圖來調(diào)節(jié)不同像素值的大小來改進圖像的明暗層次效果。色階所表示的是表示色彩分布(0－255)關(guān)系；分為：全色RGB(明度)分布(0－255)，紅色R分布(0－255)，綠色G分布(0－255)，藍色B分布(0－255)。
奧斯特瓦爾德從染料(顏料)反光的物理特性指出，一切色彩均為純色加黑加白混合而成。顏料染色物的純白實際上并非真正的白，真正的白是光源發(fā)出的光線；顏料染色物的最高純白只有光源純白的89％，也就是含有11％的黑：同樣顏料染色物的最低的純黑也不是真正的黑得來什么也看不見，而是含有3.5％的白。本人認為，奧斯特瓦爾德色立體理論在相片影像黑白明度層次表現(xiàn)中�？梢酝ㄋ椎乩斫鉃椋寒斢跋裰械母吖獾腞GB值超過255的89％、暗調(diào)的RGB值低于255的3.5％時，在RGB顯色體系狀態(tài)(屏幕)下的是有區(qū)分(層次)的；但在CMY染色體系狀態(tài)(輸出影像)下是沒有區(qū)分(層次)的。深層次的原因是由于二大體系色域的不同。
所以，在調(diào)校色階時，應(yīng)將高光控制在255的89％即220～235以下，暗調(diào)控制在255的3.5％即8～11以上。這樣調(diào)校完成后的影像的輸出(打印或沖印)效果與顯示效果差距很小。(2)修正*色(色彩平衡)：也就是調(diào)校：AdobePhotoshop中的Ctrl+B 色溫平衡指的是組成影像的三基色與三原色對應(yīng)平衡比例關(guān)系。導致影像*色的原因很多：曝光誤差、白平衡誤差、環(huán)境色等。問題的關(guān)鍵是你怎樣確定是否*色?偏了多少?是怎樣偏的?由于前面所講原因。單從屏幕顯示上是無法進行定量調(diào)校的。
按照1802年。Thomas Young提出了RGB三基色(Three Primary Colors)的概念：白=228R+228G+228B，黑=28R+28G+28B，灰=128R+128G+128B，也就是說無論是黑、白、灰，其構(gòu)成的三基色RGB都應(yīng)該是等量的：如果影像中的黑白灰中的RBG不等量就是說這幅影像存在*色。尤其是在這點上在屏顯視覺上是無法做到的。
所以找到畫面中的絕對黑、白點來對比調(diào)校才是校色的關(guān)鍵。如頭發(fā)、明顯的白色物體等，另外在調(diào)校影像時一定要打開Adobe Photoshop中的“信息”窗口。調(diào)校色彩平衡的方法與步驟：
A：打開Adobe Photoshop中的“信息”窗口。
B：按Ctd+B，在彈出的對話框中先選“高光”。
C：將鼠標放在影像中的“擬定的白色”處。
D：以顯示的'RGB數(shù)值中的中間值為基礎(chǔ)，加或減別外兩個值：使RGB三個值一樣。按Enter鍵確定。
E：同理再按Ctrl+B，在彈出的對話框中先選“暗調(diào)”，重復(fù)B、C、D，調(diào)“擬定的黑色”。 一般不調(diào)中間調(diào)(灰)，主要是不好找(不好決定)哪個地方是純灰。
(3)調(diào)整影像的亮度與對比度
對比度就是指反差：影像的明暗對比及影調(diào)關(guān)系。在前面的調(diào)校中，調(diào)整色階好像也調(diào)整了亮度，但意義不同：
色階修正的是曝光：分別調(diào)整的是：暗部／亮部／ 中間調(diào)(18％標準反光率)的亮度是否標準。
而亮度，對比度中調(diào)整“亮度”是整體(全畫面)的亮度值B(HSB中的B)，“對比度”調(diào)整的是亮部與暗部的對比關(guān)系。
在這項調(diào)整中，同樣以奧氏色彩理論為依據(jù)：最高的“白”RGB值是不大于227，最低的“黑”RGB值是不小于9。
如果影像的反差過大或亮部與暗部比例太大；可通過適當?shù)恼{(diào)整“高光與暗調(diào)”來解決(8.0版本以上)。
(4)調(diào)整色彩的飽和度：也就是調(diào)校：Adobe Photoshop中的Ctrl+U。
在調(diào)整色相和飽和度中，可調(diào)整整體也可單獨調(diào)整某一個單色：紅、黃、綠、青、藍、品(洋紅)。
在這項調(diào)整中，也要打開Photoshop中的信息窗口，把信息右方顯示方式從RGB切換成HSB。
在前面的調(diào)校中，影像的整體H色相、B明度均已做好調(diào)校。在該項調(diào)校中主要針對三原色(RGB)和三基色(CMY)中的任意一個單獨的強調(diào)(夸張)或改相(色彩傾向)；而不會影響其它5個色彩。
在CIE顯色體系中，所有的色彩純度S都可達到100％，但是，染料的最大純度是按孟塞爾色彩體系中色樹排列的：紅HOS91％B93％、橙H33 S95％B97％、黃H57 S100％B100％、綠H120 S57％B75％、藍H2A0S63％B60％、紫H285 S74％B50％。也就是說各種色彩能輸出的最高純度是各不相同的，也沒有一定的規(guī)律性。
所以在調(diào)校色彩純度時，要看是否超越了染料的色域，如果上世紀80年代前只能是查1974年美國版本、厚達40頁《孟塞爾顏色圖冊》，包括1450塊顏色樣品及37塊中性色樣品。好在數(shù)字化時代的今天，Adobe公司已在Photoshop的拾色器中輸入了所有的孟塞爾顏色數(shù)據(jù)，超出了《孟塞爾顏色圖冊》的顏色都有警告提示。
當用吸管工具吸取已調(diào)好的某一色彩時，點擊拾色器：如出現(xiàn)警告提示則說明超越了輸出色域。
從1666牛頓發(fā)現(xiàn)光的色散、1802年，Thomas Younz提出了RGB三基色到1905年Albea H.Munsell建立孟塞爾顏色系統(tǒng)(Munsell color systeml，和1914年，Wilhelm Ostwald推出了奧斯特瓦德顏色系統(tǒng)，1931年國際照明委員會(CIE)定義了標準顏色體系：現(xiàn)在大家熟悉的CIE色度圖(CIE chromaticity diagram)為大多數(shù)定量的顏色度量方法奠定了基礎(chǔ)。
現(xiàn)代數(shù)字化色彩正是以此為基礎(chǔ)，但由于屏幕顯示與實際輸出是不同的色彩體系，使得人們在實際操作中產(chǎn)生錯覺：怎樣把傳統(tǒng)的經(jīng)典色彩理論與現(xiàn)代的數(shù)字色彩表示方法相結(jié)合，是影像工程、圖形圖像等專業(yè)的色彩工作者需要進一步探討的新領(lǐng)域。
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