03遥感技术导论第三章彩色基本原理优质资料课件.ppt

1、3.1问题的提出红什么是颜色？颜色是一种感觉,因人而异颜色感觉的形成？形象感觉颜色感觉光是作用于人眼引起除形象以外的视觉特性。一、颜色的定义l人眼感受色光，在大脑中形成的感觉观察者观察者光源光源物体物体二、产生颜色感觉的四大要素光源、物体、眼睛和大脑。第二节 眼球的构造及各部分的主要功能 一、眼睛照相机 -人眼暗想-巩膜和脉络膜镜头-角膜和晶状体快门-眼皮光圈-虹膜胶片-网膜1.明视觉、暗视觉与间视明视觉：在明亮条件下由锥体细胞作用所产生的视觉。暗视觉：在较暗的环境下由杆体细胞作用所形成的视觉。间视：同时工作第三节 视觉功能视网膜视网膜 ：杆状细胞：杆状细胞 + 锥状细胞锥状细胞 感光灵敏度高

2、（感光灵敏度高（暗视觉暗视觉 ），）， 不能分辨细节，不能分辨细节， 不能分辨色彩。不能分辨色彩。 锥状细胞：感光灵敏度低（锥状细胞：感光灵敏度低（明视觉明视觉 ），）， 能分辨细节，能分辨细节， 能分辨色彩。能分辨色彩。锥状细胞可分锥状细胞可分、感绿感绿、感蓝感蓝细胞细胞2 2、视网、视网膜的色彩膜的色彩区区实验：在桌子上放一张白纸，白纸中央划一个实验：在桌子上放一张白纸，白纸中央划一个十字符号，用一只眼睛在十字符号，用一只眼睛在3040公分处注视十公分处注视十字，同时将一小块红或绿色彩纸片由白纸中心字，同时将一小块红或绿色彩纸片由白纸中心向外侧移动。这时色彩纸片先刺激视网膜的中向外侧移动。

3、这时色彩纸片先刺激视网膜的中央区，看到红色或绿色，当纸片移到红、绿盲央区，看到红色或绿色，当纸片移到红、绿盲区就变成灰色。如果用黄色或蓝色纸片，当纸区就变成灰色。如果用黄色或蓝色纸片，当纸片移到更外围的全色盲区时也变成灰色。片移到更外围的全色盲区时也变成灰色。全色盲区全色盲区全色盲区全色盲区l光谱光视效率：眼睛对不同波长的光波的能量产生感觉的效率与波长之间的关系。l光谱光视效率函数：人眼对各种可见光波长的平均相对敏感的数量。)()()( eVVK 表示人眼对不同波长光的灵敏度辐射能光当量辐通量随波长变化的函数，称为光谱视效率说明对于等明度光谱，光视效率与辐通量成反比。说明对于等能量光谱，光视效

4、率与光通量成正比，即感觉越亮的波长的颜色，其光视效率越大。)()()()()()(. 1122121eeVVVV时当)()()()()()(. 2212121VVVVee时当两束光和考察21l 1.光谱光视效率：把峰值归一化为l的人眼对不同波长的光能量产生光感觉的效率。l 2.光谱光视效率曲线：把光谱光视效率最大值作为1，相应各波长上的光谱光视效率与波长之间的关系曲线。l 视角：人眼观察物体时，物体的大小对眼睛形成的张角2叫做视角。度）弧度）(3.57180(drdrdrdrtg视力：人眼辨别外界物体的敏锐程度。视场：眼睛视角2所对应的圆面积。N1r2例：在明视力距离下（d=250mm)观察使

5、用网屏线数N=175线/英寸的加网图象，试分析其观察效果如何？21V B C C G GY M R W七七种种主主要要颜颜色色1、三原色 ：不能用其他颜色混合而成的色彩叫原色 原色可以混合出其他色彩，在多种颜料中红、黄、蓝三色尤为重要，由这三种颜色可以派生出无数种色彩，三原色是色彩的原始色，是所有基本颜色的形成的基础，因此红、黄、蓝三色称为三原色。红（品红）黄（柠檬黄）蓝（湖蓝）原原色色间间色色复复色色原色原色间色间色复色复色原色原色间色间色混合混合色光与颜料的差别色光与颜料的差别l颜色的对比可从常用的三个方面来颜色的对比可从常用的三个方面来体现，这三个对比是：体现，这三个对比是：l1.色相对

6、比色相对比l2.明度对比明度对比l3.纯度对比纯度对比颜颜色色的的对对比比l色相对比：色相对比：因色相的差别而形成的因色相的差别而形成的色彩对比关系被称为色相对比。色彩对比关系被称为色相对比。l色相对比：色相对比：因色相的差别而形成的色彩因色相的差别而形成的色彩对比关系被称为色相对比。对比关系被称为色相对比。1.同一色相对比同一色相对比特点：颜色非常接近，色中特点：颜色非常接近，色中的相同因素多，称弱对比。的相同因素多，称弱对比。2.类似色相对比类似色相对比特点：颜色之间色相差别不大，特点：颜色之间色相差别不大，统一中有变化，称中弱对比。统一中有变化，称中弱对比。3.对比色对比对比色对比 特点

7、：颜色差别较大，视觉效果特点：颜色差别较大，视觉效果鲜明、强烈，被称为中强对比。鲜明、强烈，被称为中强对比。 4.互补色对比互补色对比特点：颜色间差别非常大，视觉效果特点：颜色间差别非常大，视觉效果最强烈、最富刺激性，被称为强对比。最强烈、最富刺激性，被称为强对比。什么是补色？ 4.互补色对比互补色对比特点：颜色间差别非常大，视觉效果特点：颜色间差别非常大，视觉效果最强烈、最富刺激性，被称为强对比。最强烈、最富刺激性，被称为强对比。 4.互补色对比互补色对比特点：颜色间差别非常大，视觉效果特点：颜色间差别非常大，视觉效果最强烈、最富刺激性，被称为强对比。最强烈、最富刺激性，被称为强对比。5.全

8、色相对比全色相对比例图例图例图例图l色刺激（色刺激（Colour stimulus） 引起颜色知觉的光引起颜色知觉的光 。l表色系（表色系（Colour specification system） 由于颜色刺激而产生的颜色知觉体系由于颜色刺激而产生的颜色知觉体系 。l混色系混色系基于心理物理色而建立起来的表色基于心理物理色而建立起来的表色系，如系，如1931CIEXYZ系统。系统。 l显色系显色系将颜色按照感知色的特征在颜色空将颜色按照感知色的特征在颜色空间进行有序排列所构成的系统，如孟塞尔间进行有序排列所构成的系统，如孟塞尔颜色系统颜色系统 。第一节第一节 CIE标准色度学系统标准色度学系统

9、混色系混色系显色系显色系 颜色的辨别颜色的辨别 心理物理色心理物理色 知觉色知觉色 辨别的基准辨别的基准心理物理学概念心理物理学概念 心理概念心理概念辨别的依据辨别的依据以色感觉建立的以色感觉建立的表色系表色系以知感觉建立的以知感觉建立的表色系表色系表色原理表色原理光的混合光的混合标准物体色（如标准物体色（如色卡）色卡）表色对象表色对象色光（包括物体色光（包括物体反射光）反射光）物体表面色物体表面色表色方法表色方法CIE光谱三刺激值光谱三刺激值色调、明度、饱和度色调、明度、饱和度l“照明体照明体”：指特定的光谱能量分布，这一指特定的光谱能量分布，这一光谱能量分布不一定由一个光源直接提供，光谱能

10、量分布不一定由一个光源直接提供，也不一定能用特定光源来实现。也不一定能用特定光源来实现。l“光源光源”：指真实存在的物理辐射体。指真实存在的物理辐射体。 lCIE推荐使用过的标准照明体：标准照明体推荐使用过的标准照明体：标准照明体A、B、C和和D 。红红绿绿蓝蓝试验光试验光白背景白背景观测角观测角限制屏限制屏EYE黑色隔板黑色隔板测试滤色片测试滤色片2物体受到光的照射后，能够吸收全部或部物体受到光的照射后，能够吸收全部或部分波长范围光的能量，并将吸收的光能转分波长范围光的能量，并将吸收的光能转化为热能，其余波长的光被反射或透射出化为热能，其余波长的光被反射或透射出去，作用于人眼后产生颜色的感觉

11、。它们去，作用于人眼后产生颜色的感觉。它们所表现的颜色，就是被吸收光的补色。所表现的颜色，就是被吸收光的补色。（一）吸收（一）吸收（二）反射（二）反射镜面反射镜面反射 发生于平而光滑的表面，当光以某种角度照射在发生于平而光滑的表面，当光以某种角度照射在这种平面上，则以相同角度这种平面上，则以相同角度 (与样品表面法线的与样品表面法线的夹角夹角) 反射出一部分光，而且与入射光的波长无反射出一部分光，而且与入射光的波长无关。镜面反射光的多少决定了物体的光泽度。关。镜面反射光的多少决定了物体的光泽度。漫反射漫反射 一般发生在不平且粗糙的表面上，入射光以很一般发生在不平且粗糙的表面上，入射光以很多不同

12、的角度被反射出来。漫反射也可由光滑表多不同的角度被反射出来。漫反射也可由光滑表面下面的散射引起。大部分半透明体及不透明体面下面的散射引起。大部分半透明体及不透明体的平滑表面，同时具有镜面反射和来自表面下散的平滑表面，同时具有镜面反射和来自表面下散射引起的漫反射。射引起的漫反射。（三）透射（三）透射透射是指入射光照射在物体上后穿过物体的现象。透射是指入射光照射在物体上后穿过物体的现象。（1）没有吸收和散射，全部透过，无色透明体；）没有吸收和散射，全部透过，无色透明体；（2）没有吸收，部分光被散射，部分被透过，白色半透明体；）没有吸收，部分光被散射，部分被透过，白色半透明体；（3）全部被反（散）射

13、，没有吸收透过，白色不透明体；）全部被反（散）射，没有吸收透过，白色不透明体；（4）全部吸收，无反（散）射，无透过，黑色不透明体；）全部吸收，无反（散）射，无透过，黑色不透明体；（5）透过、吸收和散射作用都存在，有色的半透明体；）透过、吸收和散射作用都存在，有色的半透明体；（6）部分吸收，部分透过，没有散射，透明有色体；）部分吸收，部分透过，没有散射，透明有色体；（7）部分吸收，部分反（散）射，无透过，有色不透明体。）部分吸收，部分反（散）射，无透过，有色不透明体。色度图上颜色的大致分色度图上颜色的大致分布布CIE 1931系统与系统与CIE 1964系统观察者光谱三系统观察者光谱三刺激值曲线

14、比较刺激值曲线比较lCIE 1931标准色度系标准色度系统、统、CIE 1964补充标补充标准色度系统，完成了准色度系统，完成了用数字表示颜色的目用数字表示颜色的目的，但很难将日常生的，但很难将日常生活中见到的颜色与数活中见到的颜色与数字联系起来。字联系起来。 lY30，x0.3927， y0.1892是什么颜色是什么颜色？ THE CIELAB 色空间色空间l孟塞尔（AHMunsell 美国画家 18581918年）。l颜色系统用颜色立体模型来表示表面色的三种基本特征：明度、色调、饱和度 （彩度）。1.明度明度 中央轴代表无彩的黑白系列中性色的明度等级，中央轴代表无彩的黑白系列中性色的明度等

15、级，称孟塞尔明度值（称孟塞尔明度值（V），将亮度因数等于），将亮度因数等于102的的理想白定为理想白定为10，将亮度因数等于，将亮度因数等于0的理想黑定为的理想黑定为0，将孟塞尔明度轴分为明度值由，将孟塞尔明度轴分为明度值由0到到10，在视，在视觉上等距离的觉上等距离的11个等级，底部为个等级，底部为0（V0），），顶部为顶部为10（V10）。每一明度值代表了某一）。每一明度值代表了某一种颜色在标准照明体下的亮度因数。种颜色在标准照明体下的亮度因数。10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0白白 灰灰 黑黑2.饱和度（彩度）饱和度（彩度） 用颜色离开中央轴的水平距离来表示该颜用颜色离开中央轴

16、的水平距离来表示该颜色的饱和度，称为孟塞尔彩度（色的饱和度，称为孟塞尔彩度（C），），C表表示颜色离开相同孟塞尔明度值的中性灰的示颜色离开相同孟塞尔明度值的中性灰的程度。孟塞尔彩度也被分成视觉上相等的程度。孟塞尔彩度也被分成视觉上相等的若干等级，在中央轴上的中性灰，彩度为若干等级，在中央轴上的中性灰，彩度为0（C0），离中央轴越远，彩度越大。在），离中央轴越远，彩度越大。在孟塞尔系统中，通常以两个彩度等级为间孟塞尔系统中，通常以两个彩度等级为间隔制作颜色样品隔制作颜色样品 。 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 中性色中性色 彩色彩色 饱和色饱和色3 .色调色调 在孟塞尔色立体的

17、水平剖面上，由中央轴所在的中心指向其圆在孟塞尔色立体的水平剖面上，由中央轴所在的中心指向其圆周的各个方向，代表了各种表示原色的色调，称为是孟塞尔色周的各个方向，代表了各种表示原色的色调，称为是孟塞尔色调（调（H），将孟塞尔色调圆周分成），将孟塞尔色调圆周分成10个等距的部分，表示个等距的部分，表示10种种基本色。基本色。 5种主色调：种主色调：红（红（R）、黄（黄（Y）、绿（绿（G）、蓝（蓝（B）、紫（紫（P） 5种中间色调：种中间色调：黄红（黄红（YR）、黄绿（黄绿（YG）、蓝绿（蓝绿（BG）、紫紫蓝（蓝（PB）、红紫（红紫（RP） 每种色调又分成每种色调又分成110的的10个等级，并规定每

18、种主色调和中间色个等级，并规定每种主色调和中间色调均定为调均定为5。 孟塞尔色调共有孟塞尔色调共有100个个 R YR Y YG G BG B PB P RP 红红 黄红黄红 黄黄 黄绿黄绿 绿绿 蓝绿蓝绿 蓝蓝 紫蓝紫蓝 紫紫 红紫红紫lH V/C 含义：色调含义：色调 明度值明度值/彩度彩度10Y 8/12 色调是黄（色调是黄（Y）与绿黄）与绿黄（GY）的中间色）的中间色 明度为明度为8，比较明亮，比较明亮 彩度彩度12（具有比较高的（具有比较高的饱和度）饱和度） l无彩的中性色无彩的中性色N V/ 含义：中性色含义：中性色 明度值明度值/N5/ 明度为明度为5的中性灰的中性灰 对彩度低于

19、对彩度低于0.3的中性色，如果要进行精确标定的中性色，如果要进行精确标定 ，则采用则采用N V/(H，C) 含义：中性色含义：中性色 明度值明度值/（色调，彩度）（色调，彩度）N8/(Y，0.2)略为带一点黄色的浅灰色，明度值为略为带一点黄色的浅灰色，明度值为8 左侧是紫蓝（左侧是紫蓝（5PB），明），明度值为度值为3时，紫蓝色彩度时，紫蓝色彩度最高（最高（5PB3/12），其他），其他明度值的紫蓝颜色都达不明度值的紫蓝颜色都达不到这样高的明度。到这样高的明度。右侧是黄（右侧是黄（5Y），当明），当明度值为度值为9时，黄颜色的彩时，黄颜色的彩度最高（度最高（5Y9/14），其），其他明度值的黄

20、颜色都达不他明度值的黄颜色都达不到这样高的明度。到这样高的明度。孟塞尔颜色立体孟塞尔颜色立体5PB 、5Y的垂直剖面的垂直剖面 孟塞尔颜色立体的明度值为孟塞尔颜色立体的明度值为5的水平剖面的水平剖面明度值为明度值为5的条件下：的条件下：红（红（5R5/12）的彩）的彩度最高，黄颜色最度最高，黄颜色最高的彩度仅为高的彩度仅为6（5Y5/6） 在孟塞尔系统中，各种颜色的最大孟塞尔彩度在孟塞尔系统中，各种颜色的最大孟塞尔彩度并不相同，个别颜色的孟塞尔彩度值可达并不相同，个别颜色的孟塞尔彩度值可达20 。l孟塞尔明度等级是由视觉实验得到的孟塞尔明度等级是由视觉实验得到的 孟塞尔第孟塞尔第10级明度值的

21、亮度因数：级明度值的亮度因数： Y =100 Y/YMgO =100 / 97.5 % = 102.57CIE l931色度图上表面色的恒定色调轨迹图色度图上表面色的恒定色调轨迹图具有相同色调具有相同色调和彩度，不同和彩度，不同明度的颜色样明度的颜色样品，在品，在CIE 1931色度系色度系统中会有不同统中会有不同的主波长和彩的主波长和彩度度 。在视觉上相等的在视觉上相等的饱和度差别在饱和度差别在CIE 1931色度图色度图上并不等距。上并不等距。l用色光的三原色来描述物体色的特征。用色光的三原色来描述物体色的特征。l在计算机处理系统中，每种颜色用一个二进在计算机处理系统中，每种颜色用一个二进

22、制的字节表示，每一颜色的变化级别为制的字节表示，每一颜色的变化级别为28（取取值范围为值范围为0255），规定数值越大，所表示的），规定数值越大，所表示的颜色越明亮。颜色越明亮。l三原色各自组合，得到三原色各自组合，得到22416777216种颜色种颜色。l以黑色为原点，以黑色为原点，红（红（R）、绿（绿（G）、蓝（蓝（B）三个方向为坐标轴，建立一个三维坐标体三个方向为坐标轴，建立一个三维坐标体系，以系，以R、G、B的最大值为边长，在坐标体的最大值为边长，在坐标体系中就可得到一个系中就可得到一个RGB颜色立方体模型颜色立方体模型 。不同量的不同量的R、G、B混合，可产生不同混合，可产生不同的颜

23、色。的颜色。三原色以最大值等三原色以最大值等量混合，产生白色量混合，产生白色（255，255，255）由黑色原点（由黑色原点（0，0，0）到白色点的连线，）到白色点的连线，代表不同明暗程度代表不同明暗程度的灰色的灰色 。lCMYK 模型以打印在纸张上的油墨的光模型以打印在纸张上的油墨的光线吸收特性为基础，当白光照射到半透线吸收特性为基础，当白光照射到半透明油墨上时，部分光谱被吸收，部分被明油墨上时，部分光谱被吸收，部分被反射回眼睛。反射回眼睛。l因此因此CMYK模型的基础是减色，而不是模型的基础是减色，而不是加色。加色。l是印刷油墨形成的颜色空间，也是四色是印刷油墨形成的颜色空间，也是四色打印

24、的基础。打印的基础。 三个坐标轴分别三个坐标轴分别代表代表青色青色 (C)、品品红红 (M) 和和黄色黄色 (Y)在右侧，以一个在右侧，以一个纵向轴表示纵向轴表示黑色黑色分量分量(K)。C、M、Y、K的的变化值均为变化值均为0100 。 HSB 模型基于人类对色彩的感觉，有三个描模型基于人类对色彩的感觉，有三个描 述颜色的基本特征：述颜色的基本特征：色调色调H（Hue）:在在 0到到 360的标准色轮上，色调是沿着圆周的标准色轮上，色调是沿着圆周方向变化的。方向变化的。0或或360红色红色、60黄色黄色、120绿色绿色、180青色青色、240蓝色蓝色、300品红色品红色 。饱和度饱和度S（Sa

25、turation）:色调中彩色成分所占的比例，沿着色色调中彩色成分所占的比例，沿着色轮的横向方向变化。从中心向边缘饱和度是递增，原点处为轮的横向方向变化。从中心向边缘饱和度是递增，原点处为0，圆周上为，圆周上为100。亮度亮度B（Brightness）:颜色的相对明暗程度，通过标准色轮的颜色的相对明暗程度，通过标准色轮的圆心，与色轮垂直。最低处是圆心，与色轮垂直。最低处是0（亮度为（亮度为0的黑），最高处是的黑），最高处是100（最亮的白）。（最亮的白）。Lab 颜色空间由明度因数颜色空间由明度因数 L 和两个色度因数和两个色度因数 a、b 组成。组成。L：从：从0100a:红红(-120)绿绿(+120)b:黄黄(-120)蓝蓝(+120)Lab 颜色是独立于设备之颜色是独立于设备之外的颜色，不受到任何硬外的颜色，不受到任何硬件的性能和特性的影响。件的性能和特性的影响。- a*+a*- b*+b*白白黑黑- a*+a*- b*+b*白白黑黑