计算机图形学颜色模型正规版资料

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第一页，共28页。,计算机图形学颜色(yns)模型,6.5.1,基本概念,颜色与视觉,颜色：物体将光源投射(tush)光反射到人的眼睛中的光刺激作用于人的视觉器官而产生的主观感觉。,确定物体的颜色的因素：物体本身（吸收、反射性质）、光源（发出光的性质）、周围环境的颜色、视觉系统差异（如色盲、色弱）。,第二页，共28页。,2024/11/14,颜色特性,从视觉的角度出发，颜色有如下三个特性：色彩（Hue）,饱和度（Saturation）和亮度（Lightness）。,色彩：是一种颜色区别于其他颜色的因素：红、绿、蓝、紫等；,饱和度：是指颜色的纯度(chnd)，鲜红色的饱和度高，而粉红色的饱和度低；,亮度：就是光的强度，是光给人的刺激的强度。,第三页，共28页。,2024/11/14,颜色特性,从光学的量化角度出发(chf)，颜色有如下三个特性：主波长，纯度和辉度。,主波长：所见颜色光的波长，对应于色彩；,纯度：是指颜色的纯度，对应于饱和度；,辉度：就是颜色的亮度。,第四页，共28页。,2024/11/14,颜色特性,从物理学角度(jiod)出发，光是波长为350m至780 m电磁波，被我们的视觉系统感知为颜色。,光的光谱能量分布不同，感知到的颜色可能不同,如果光谱分布不同，而看上去相同的两种颜色称为条件等色。,第五页，共28页。,2024/11/14,光的属性,光（可见光）：人的视觉系统能感受到的电磁波，波长范围350m780 m,光谱能量(nngling)分布,白光,第六页，共28页。,2024/11/14,可见光频率(pnl)范围：,红 橙 黄 绿 兰 紫,X1014X1014,第七页，共28页。,2024/11/14,能量(nngling)分布,能量,频率,红,紫,白色光,某主频光,纯度 依赖于,E,d,与,E,w,差别,E,w,=0,纯度,100%,E,d,=E,w,纯度,0,E,w,E,d,红,紫,第八页，共28页。,2024/11/14,光的特征,主波长（Dominant Wavelength），纯度（Purity）和辉度（Luminance）。,主波长是产生(chnshng)颜色光的波长，对应于视觉感知的色调；,光的纯度对应于饱和度，,辉度就是光的亮度。,第九页，共28页。,2024/11/14,彩色(cis)光,单色光,第十页，共28页。,2024/11/14,光的纯度对应于饱和度，,光谱能量(nngling)分布,主波长 C C1 Cs (不适用C与紫色之间C C2 p),三基色的例子：红、绿、蓝三基色,它们三者共同作用，使人产生了不同的颜色感觉。,色彩：是一种颜色区别于其他颜色的因素：红、绿、蓝、紫等；,主波长 C C1 Cs (不适用C与紫色之间C C2 p),第二十六页，共28页。,色彩：是一种颜色区别于其他颜色的因素：红、绿、蓝、紫等；,例如，当黄光刺激眼睛(yn jing)时，将会引起红、绿两种椎体细胞几乎相同的反应，而只引起蓝细胞很小的反应，这三种不同椎体细胞的不同程度的兴奋程度的结果产生了黄色的感觉，这正如颜色混合时，等量的红和绿加上极小量的蓝可以复现黄色是相同。,1862年，Helmhotz 三色学说(xu shu)，也称为三刺激理论。,1862年，Helmhotz 三色学说(xu shu)，也称为三刺激理论。,Ed=Ew 纯度0,A+B=白色，则A、B互补,颜色匹配(ppi)曲线,打印彩色(cis)图象用CMY相减混色模型,6.5.2 CIE,色度图,1862年，Helmhotz 三色学说(xu shu)，也称为三刺激理论。到现在，用三种原色能够产生各种颜色的三色原理已经成为当今颜色科学中最重要的原理和学说(xu shu)。,三原色（三基色）,三维颜色空间的一组基,三原色的条件,用适当比例的这三种颜色，可以获得白色,用这三种颜色中的任意两种的组合都不能得到第三种颜色,用适当比例的这三种颜色，可生成其他任何颜色,三基色的例子：红、绿、蓝三基色,第十一页，共28页。,2024/11/14,来自生物学的证据,视网膜中存在三种锥状,细胞，分别对红、绿、兰,三基色敏感,三色学说:,视网膜中存在着三种椎体细胞，包含不同的色素，对光的吸收和反射特性不同，对于(duy)不同的光就有不同的颜色感觉。,第十二页，共28页。,2024/11/14,第一种椎体细胞:感受红光的红胞，,第二和第三种椎体细胞则分别感受绿光和蓝光。,它们三者共同作用，使人产生了不同的颜色感觉。例如，当黄光刺激眼睛(yn jing)时，将会引起红、绿两种椎体细胞几乎相同的反应，而只引起蓝细胞很小的反应，这三种不同椎体细胞的不同程度的兴奋程度的结果产生了黄色的感觉，这正如颜色混合时，等量的红和绿加上极小量的蓝可以复现黄色是相同。,互补色,A+B=白色，则A、B互补,红青、绿品红、兰黄,第十三页，共28页。,2024/11/14,颜色匹配(ppi)曲线,400,500,600,700,(,m),RGB,量,f,R,f,B,f,G,500 m颜色=G+B-R 无法获得,RGB彩色监视器弱点 缺500 m左右的颜色,红绿蓝三原色系统只能表示(biosh)整个光谱的一个子集,我们希望用混合匹配光谱中的每一种颜色,实验测试(csh)的匹配比例图,希望找到三种标准原色X，Y，Z用于颜色配色,第十四页，共28页。,2024/11/14,XYZ颜色模型,CIE(国际照明委员会)基色,为了避免颜色匹配系统(xtng)RGB非负，取三基色XYZ,所有的可见光对应的颜色在XZY坐标系中组成了一个锥体,x,y,z 色彩(sci)量 x+y+z=1,f,z,f,y,f,x,第十五页，共28页。,2024/11/14,对于空间直线OQ上的点，X、Y、Z三分量比例相同，表示色彩相同、亮度有差异(chy)的颜色,色度坐标：,是原点与（X，Y，Z）构成的空间的直线OQ与平面X+Y+Z=1的交点，投影到XY平面上，得到CIE-XYZ色度图。,第十六页，共28页。,2024/11/14,X,Y,0.1,0.2,0.3,0.4,0.5,0.6,0.7,0.1,0.2,0.3,0.4,0.5,0.6,0.8,0.7,.,.,.,.,.,.,.,.,.,400(,紫,),480,500,700(,红,),600,520,540,560,580,(,蓝,),(,紫红,),(,黄,),(,绿,),(,青,),.,C,O,图中每一点(y din)是单色光的主波长,标准白光，接近(jijn)但不等于x=y=z=1/3,第十七页，共28页。,2024/11/14,X,Y,c,1,c,2,c,3,c,4,c,5,如果选C1、C2作为二基色，连线C1C2线上点所代表的颜色均可有适量的C1、C2混合而得,三基色颜色合成处理：三角形三点作三基色合成三角形中的颜色,没有(mi yu)一个三角形能包含所有颜色-没有(mi yu)一个三基色组能通过加色混合生成所有颜色,第十八页，共28页。,2024/11/14,互补色：C1、C2混合得白色C,C1,C2在c两边(lingbin),主波长 C C1 Cs (不适用C与紫色之间C C2 p),纯度 dc1/dcs (|c1c|/|csc|)cs处纯度100%,X,Y,c,1,c,c,2,Y,c,1,c,p,c,2,c,c,s,c,sp,紫色,X,第十九页，共28页。,2024/11/14,C入=rR+gG+bB,例如，当黄光刺激眼睛(yn jing)时，将会引起红、绿两种椎体细胞几乎相同的反应，而只引起蓝细胞很小的反应，这三种不同椎体细胞的不同程度的兴奋程度的结果产生了黄色的感觉，这正如颜色混合时，等量的红和绿加上极小量的蓝可以复现黄色是相同。,红 橙 黄 绿 兰 紫,A+B=白色，则A、B互补,饱和度：是指颜色的纯度(chnd)，鲜红色的饱和度高，而粉红色的饱和度低；,亮度：就是光的强度，是光给人的刺激的强度。,HSV颜色(yns)模型,CMY模型（Cyan青、Magenta品红、Yellow黄）,用适当比例的这三种颜色，可以获得白色,互补色：C1、C2混合得白色C,C1,C2在c两边(lingbin),三基色颜色合成处理：三角形三点作三基色合成三角形中的颜色,互补色：C1、C2混合得白色C,C1,C2在c两边(lingbin),1862年，Helmhotz 三色学说(xu shu)，也称为三刺激理论。,HSV颜色(yns)模型,细胞，分别对红、绿、兰,对视网膜锥状细胞刺激最强,6.5.3 常用(chn yn)的颜色模型,颜色模型,三维颜色空间的子集,面向硬件的颜色模型,RGB模型,CMY模型（Cyan青、Magenta品红、Yellow黄）,YIQ模型（Y：亮度(lingd)，I、Q：色差）,面向用户的颜色模型,HSV模型（H(Hue)色彩，S(Saturation)饱和度，V(Value)明度）,第二十页，共28页。,2024/11/14,RGB颜色(yns)模型,三刺激理论(lln),630m(红)530 m(绿)450 m（兰）,对视网膜锥状细胞刺激最强,C入=rR+gG+bB,RGB立方体,应用：彩色CRT,加色模型,R,G,B,品红,(1,0,1),黄,红,绿,(0,1,0),黑,(0,0,0),青,(0,1,1),白,(1,1,1),蓝,(0,0,1),(1,0,0),(1,1,0),第二十一页，共28页。,2024/11/14,显示彩色图象用RGB相加混色模型,颜色(yns)R(红色的百分比)G(绿色的百分比)B(蓝色的百分比),第二十二页，共28页。,2024/11/14,CMY颜色(yns)模型,三基色：Cyan（青）、Magenta（品红）、Yellow（黄）,应用：硬拷贝设备(shbi),减色系统,转换,C,M,绿,(1,0,1),蓝,品红,(0,1,0),白,(0,0,0),红,(0,1,1),黑,(1,1,1),黄,(0,0,1),青,(1,0,0),(1,1,0),Y,C,M,Y,1,1,1,R,G,B,=,-,白色,第二十三页，共28页。,2024/11/14,打印彩色(cis)图象用CMY相减混色模型,第二十四页，共28页。,2024/11/14,YIQ颜色(yns)模型（NTSC）,Y：亮度(lingd)，I、Q：色差,应用：电视传播系统,为什么采用YIQ模型？,向后兼容黑白电视,节约带宽,电,视,台,RGB,信号,Encoder,YIQ,信号,家,庭,RGB,信号,Decoder,YIQ,信号,第二十五页，共28页。,2024/11/14,YIQ模型(mxng)与RGB模型(mxng)的关系？,Y,I,Q,=,0.299 0.587 0.144,0.596 -0.275 -0.321,0.212 -0.528 0.311,R,G,B,R,G,B,=,1.000 0.956 0.620,1.000 -0.272 -0.647,1.000 -1.108 1.705,Y,I,Q,第二十六页，共28页。,2024/11/14,HSV颜色(yns)模型,光谱色+白(黑色)=所需颜色,H(Hue)：色彩，S(Saturation)：饱和度，V(Value)：明度,应用：用户调色板,与RGB立方关系：RGB和CMY颜色模型都是面向硬件的，相比较而言，HSV(Hue,Saturation,Value)颜色模型是面向用户的，该模型对应(duyng)于圆柱坐标系的一个圆锥形子集,第二十七页，共28页。,2024/1