色彩模式在图像处理中的应用

颜色模式在图形图像处理中的应用摘 要：从日前常用对图形图像进行处理的软件来看，在颜色模式方面主要应用的是RGB、CMYK、HSB、灰度模式及LAB等颜色模式，通过多种颜色模式的应用来反映所具有的不同的色彩范围，其中颜色磨时间能够通过命令实现相互间的转换。关键词：颜色模式、photoshop、RGB、CMYK、HSB、LAB、灰度模式数字图像指的是通过图形及图像的处理软件绘制的作品，也包括利用数码工具绘制出的作用。这些作品从种类上看有二维、三维、漫画、动画及多媒体等等。在对图形与图像进行处理的软件中比较常用的色彩模式有RGB、CMYK、HSB及LAB等等，通过多种类色彩模式的应用来反映所具有的色彩范围。在软件中诸多的模式是通过命令方式实现转换的。本文以Photoshop为例来具体论述图形图像处理中的几种颜色模式。1. 什么是颜色模式 计算机图形处理要准确地表达自然界千变万化的色彩要使用到颜色模式。颜色模式作为一种颜色分配方式，实际上为计算机处理颜色信息提供了江颜色转换成数值的方法，用数值描述了我们在数字图形中看到和用到的各种颜色。颜色模式决定了显示和打印图像的效果，是计算机能否正确显示和打印图像的重要保障。2. 颜色模式的分析 在计算机图像处理中，大量使用到的扫描仪、Photoshop等图像处理软件工具的颜色模式有：RGB(红色、绿色、蓝色）颜色模式、CMYK（青色、品红、黄色、黑色）颜色模式、HSB(色相、饱和度、亮度）颜色模式、LAB（明度分量、色度分量、色度分量）模式等。这些颜色模式把色彩分解成若干个颜色组件，然后根据个颜色组件的多少定义出各种不同的颜色。对颜色组件不同的分类，就形成了不同的色彩模式。2.1.1 RGB（红色、绿色、蓝色）颜色模式RGB模式是基于自然界红（R）、绿（G）、蓝（B）三种基本色光和原理。RGB模式通过将三种色光按照不同的强弱组合添加在一起生成可见色谱中的所有颜色。因此RGB颜色也称光色模式,它与日常生活有着密切的联系，一些电视机、幻灯片等均是通过色光实现呈色的。RGB灰度值不同，可以对任何一种颜色进行描述。计算机在对颜色进行定义时，RGB 3种成分的取值范围在0255之间，0为没有刺激量，而255则表示刺激量的最大值。如果RGB 3中颜色均为255，就会合成白色，反之，当3种颜色均为0时，就合成黑色。RGB可以共同组合成1670万种颜色，每种颜色均利用RGB形式来表示。在RGB模式中，只有几种颜色可以与常用语的名称准确的对应上，分别为红255, 0, 0 绿0, 255, 0 蓝0, 0, 255 黑0,0,0 白255, 255, 255 灰n， (0 n 255) 黄255， 255. 0 青0,255,255 紫255,0,2552.1.2 RGB应用的注意事项 在应用RGB模式时，要注意一下几个问题：第一，灰色的特色是三元数组的值相等，这些值从小到大，254种灰色可以简单地称为暗灰色、中灰色以及亮灰色，可以认为黑、白的灰色的极限，或者灰色是黑色与白色间的过渡部分。第二，在RGB模式下不存在颜色饱和度或者亮度的概念，基本色是红绿蓝，而其他的与常用语准确对应得到颜色黑、灰、白、黄、青、紫等则是由基本色产生的。第三，取RGB模式的子集可以构成简单的色彩模式，比如黑白两色可以构成位图模式，或者灰色以及黑白色可以构成灰度模式，如果任意256种则构成索引模式。第四，RGB模式的色彩范围要大于CMYK模式，能呈现出更多的颜色信息，尤其是鲜艳而明亮的色彩。这些色彩在印刷时很难印出来。当把RGB模式转换成CMYK模式，这些超出色域范围的颜色，电脑会用相近似的颜色替代，这也是图像色彩模式从RGB转化到CMYK时画面变暗的主要原因。在Photoshop中编辑处理RGB图像时，首先选择菜单“视图校样设置工作中的CMYK”，即在当前工作状态用RGB模式编辑处理图像，而已CMYK模式模拟显示图像，使操作人员在屏幕上所见的图像色彩，实际上就是模拟印刷所用纸张和油墨，可在菜单“视图校样设置自定”中选择相应“要模拟的设备”选项，则显示器模拟出的CMYK效果更精确。这是一种很好的能正确显示印刷效果的图像处理方法。Photoshop在CMYK模式下工作时，色彩通道比RGB多一个，另外，它还要用RGB显示方式来模拟出CMYK显示器效果，而CMYK的运算方式与基于光学的RGB原理完全不同，因此，用CMYK模式处理图像的效率要低一些，处理图像的质量也要差一些。2.2 CMYK(青色、品红、黄色、黑色）颜色模式CMYK模式是针对印刷而设计的模式，在用颜料着色时，青色（Cyan）、洋红（Magenta）及黄色（Yellow）构成各种颜色的原色。这种颜色组成的模式和RGB模式不同，因为颜色的产生不适直接来至于光线的颜色，而是由照射在颜料上反射回来的光线所产生的。且青色（C）、品红（M）和黄色(Y)的色素在合成后可以吸收所有光线并产生黑色，这些颜色因此被称为减色，CMYK产生颜色的方法称为减色法。四色印刷时依据上述原理发展出来的。理论上，利用CMY（青色、品红、黄色）三原色混合，可以制作出所需的各种颜色，但实际上等量的CMY混合后，并不能产生完美的黑色或灰色，而是混浊的棕灰色。因此在印刷时还必须加上黑色（Black）。为了避免与蓝色(Blue)混淆，因此以K代表黑色，成为CMYK模式。 CMYK模式共有4个参数，每个参数占8位，所以它是32位的图像模式，但是以传统CMYK进行印刷时以0%100%来定义网点密度，若以1%为单位分割，可以产生101个深浅色调。一般而言，在印刷品上100个色调已经可以表现相当平滑的渐层色调，肉眼并不容易区分出其产生的差异。但是实际能制作出来的颜色却较RGB模式少，主要是因为黑色只是用来表现黑色与灰色；而RGB模式所能产生的高彩度颜色或金属色，是CMYK模式的四色印刷所无法表现的，CMYK参数也就相当于四色印刷时的4个色板。由于CMYK文件占用储存空间较RGB文件大，因此一般在处理图像时不采用CMYK模式，而是在RGB模式下进行图像处理，等到输出印刷时再转为CMYK模式进行输出。2.3 HSB(色相、饱和度、亮度）颜色模式 HSB模式是基于人眼对色彩的观察来定义的，在此模式下，所有的颜色都用三个属性来表示。第一个属性：色彩的相貌，也叫色彩名称或色彩相貌，简称色相，色相在英文里用Hue来表示，缩写为H。同样的一种颜色，在不同的条件下又会在新鲜程度上表现出差异，即在色彩名称一致的情况下，它还有第二种属性：色彩的饱和度，也称之为色彩的纯度，饱和度用缩写英文字母S来表示。在色彩的色相、饱和度确定的情况下，它还有明确的变化，这就是色彩的第三个属性：色彩的明度，用缩写英文字母B来表示。一个颜色正是因为有了色相、饱和度以及明度，这个颜色才被丰富起来。用HSB表示一个颜色，即色相、饱和度、明度，它就是一个色彩模式，它就是色彩空间的一种描述方式。色相按照度数来表示，如图相圈中可以看到：如果0是黄绿颜色，那就意味着360也同样是黄绿色。饱和度和明度分别用百分比来表示。饱和度为0%，表示不论色相与明度，任何色彩都没有纯度，为灰色；饱和度为100%时则得到纯色。明度为0%，表示为黑色，100%的明度则表示为白色。实际上，在色相圈里，饱和度和明度是与黑、白有关系的；明度与黑有关、饱和度与白有关。而黑、白又不属于色相体系，它们没有色彩，没有色彩就是不具备颜色形象。所以由于设备的限制，在计算机屏幕上显示时，要转换为RGB模式，作为打印输出时，要转换为CMYK模式，这一定程度上限制了HSB模型的使用。2.3 灰度模式顾名思义，灰度模式仅仅描述了图像的灰度，在该色彩模式下的图片也就是俗称的“黑白照片”。当图片本身就是黑白照片或者图片本身对其他色彩没有任何要求时，使用灰度模式是一个好的选择。灰度模式图像中的每个像素由8为信息来描述，能够产生从0255级的灰色度，可表现256中灰度的明暗效果，其中0表示黑色，255表示白色。由黑色到白色的过渡非常平滑。可以将色彩模式的图像转换成灰度模式。但是，当将转换后灰度模式文件再次转换成色彩模式文件时，不能将所有的颜色信息完全恢复，因为在将色彩模式文件转换成灰度模式文件时，所有的色彩信息将会丢失。要将彩色图像转换为高品质的黑白图像，Photoshop会扔掉原图像中所有的颜色信息，被转换像素的灰度级表示原像素的亮度，可以使用“通道混合器”命令混合颜色通道的信息来创建自定的灰度通道。还有一点要注意的，扫描图片时，尽量使用其他色彩模式，因为本来图片扫描就会带来很大的失真，如果使用了灰度模式，那么照片的失真将会更加严重。2.4 LAB模式 1976年国际照明委员会公布了一种色彩模式，即LAB模式。LAB模式中，L是作为亮度通道，A与B作为色彩通道。其中A通道是从深绿到灰绿再到亮粉红色，在亮度值上是从低亮度值到中亮度值；B通道是从亮蓝色到灰色再到焦黄色，从亮度值上来看也是从低亮度值到中亮度值。也就是说，在该色彩模式下，色彩混合后所产生的色彩是明亮的色彩。 在实际应用过程中，如果要把RGB模式转换为CMYK模式，LAB模式就是必不可少的步骤之一。所谓的LAB就是人类视觉的颜色空间，其以视觉唯一原则为基础，在颜色空间中，同样的移动量通过眼睛来看，所带来的色彩的改变感觉是一样的，属于均匀色度空间。其中L表示度，A表示红色到绿色的渐变，而B表示黄色到蓝色的渐变。LAB色空间与设备没有太大的关系，它的主要作用作为一种连接色彩空间而实现各种设备之间的色彩转换，首先要把RGB颜色转换为LAB模式中的颜色模式，再通过LAB模式向CMYK模式转换，同样的，如果要把CMYK模式转换为RGB，也要先转换为LAB模式。在计算机表色时，L值的范围在0100，A为-128127，B则为-128127.3. 颜色模式的应用在运用各种图像图形制作软件时，要按照实际需要选择色彩模式及相关参数。比如利用Photoshop进行图像处理时，相比之下RGB模式的处理效果明显好于CMYK模式，因为RGB是以光学原理为基础设备首选择色彩模式，而且相比CMYK模式，RGB有着更广阔的色域，因此RGB可以体现更多的颜色，特别是要求明亮、鲜艳的色彩。此外，对于同一个图像文件，在RGB模式下只需要对红、绿、蓝3个通道色彩进行处理即可，而CMYK模式则要处理4个色彩通道。而且CMYK模式不仅图片的处理效率相对较低，而且图片处理的质量也比较差。还有就是Photoshop中一些过滤器并不支持CMYK模式。在实际应用过程中，如果图片只是用于网页制作则可以直接采用RGB模式，如果一些平面设计作品或者教程之类的文件需要把图片打印出来，则可以先用RGB模式编辑，然后转换为CMYK模式进行打印，或者在印刷前先直接转换，然后再进行适当的修饰、锐化以及较色。 在各种色彩模式中，LAB也是一种比较重要的模式，因为在RGB模式中蓝、绿色之间有太多的过渡色，红、绿之间的过渡色又相对较少，而CMYK模式在进行图片的编辑处理过程中，会损失的色彩更多，LAB模式则会在这方面做出补偿，并且该模式无关光线或者设备等外界因素，因此采用LAB模式进行图片处理，比如RGB以及CMYK的效率都更高。而且上文也说到，LAB定义了非常广泛的色域，它可以作为其他色彩模式相互转换的过渡空间，从而保证在转换过程中，其它色彩模式的色彩不会受到损失。在色彩的表达范围方面，仍是LAB处于第一位，接下来是RGB模式，然后就是CMYK模式。如果色域比较大的模式转换为色域比较小的模式，会导致某些色彩的丢失。此外，色彩图像无法直接向黑白图像转换，要先转换为灰度图像后，才能进行黑白图像的转换。4. 结语： Photoshop软件可以实现颜色模式的自由转换，但由于各个模式的特性不同，其色域也不尽相同，因此在进行模式转换时，要弄清楚个模式本身特有的性质，再进行转换，不然有可能会造成某些颜色的损失。因为颜色模式也与输出设备息息相关，所以应该避免不必要的模式转换，同时配合输出条件，谨慎地设置模式转换的参数。在着手进行图像编辑之前，应先审慎考虑各项因素，再做决定各阶段所要采用的颜色模式，以获得最高的效率和最佳的质量。