遥感技术导论第三章彩色基本原理.ppt
3.1问题的提出,什么是颜色？颜色是一种感觉,因人而异,颜色感觉的形成？,第三章 遥感的理论基础彩色合成原理,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,颜色的本质,人眼感受色光，在大脑中形成的感觉,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,二.视网膜上的 成像过程,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：杆状细胞+锥状细胞 杆状细胞：感光灵敏度高（暗视觉），不能分辨细节，不能分辨色彩。锥状细胞：感光灵敏度低（明视觉），能分辨细节，能分辨色彩。锥状细胞可分感红、感绿、感蓝细胞,2、视网膜的色彩区,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3040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向外侧移动。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。,全色盲区,全色盲区,3.光谱光视效率函数,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。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。,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。,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。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。,4.视角、视力、视场与网屏线数的计算,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。,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。,例：在明视力距离下（d=250mm)观察使用网屏线数N=175线/英寸的加网图象，试分析其观察效果如何？,视力、视场、网屏线数与视角,明视距离的关系,B,C G,3.2 彩色合成原理 三基色：红、绿、蓝。其中任何一色都不能由三种基色中另外两种基色合成。加色法：以三基色中两种以上色光按一定比例混合，产生其它色彩。红（R）+绿（G）=黄（Y）红（R）+蓝（B）=品红（M）蓝（B）+绿（G）=青（C）红（R）+绿（G）+蓝（B）=白（W）减色法：从白光中减去其中一种或两种基色光而产生色彩。黄=白蓝，品红=白绿，青=白红，互补色：当两种色光相叠加成为消色（白色或黑色）时，这两种色光为互补色。,第三章 遥感的理论基础彩色合成原理,Y,M R,W,阳光被分解后的,七种主要颜色,原色,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）,间色,复色,原色间色复色,原色,间色,复色,12种色相的规律性排列：,色光,原色,间色,混合,色光与颜料的差别,颜色的对比可从常用的三个方面来体现，这三个对比是：1.色相对比2.明度对比3.纯度对比,颜色的对比,色相对比,色相对比：因色相的差别而形成的色彩对比关系被称为色相对比。,色相对比,色相对比：因色相的差别而形成的色彩对比关系被称为色相对比。,色相对比,1.同一色相对比,特点：颜色非常接近，色中的相同因素多，称弱对比。,色相对比,2.类似色相对比,特点：颜色之间色相差别不大，统一中有变化，称中弱对比。,色相对比,3.对比色对比,特点：颜色差别较大，视觉效果鲜明、强烈，被称为中强对比。,色相对比,4.互补色对比,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。,什么是补色？,色相对比,4.互补色对比,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。,色相对比,4.互补色对比,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。,色相对比,5.全色相对比,色相对比,例图,色相对比,例图,3.3颜色的表示与度量方法,第三章 遥感的理论基础彩色合成原理,色刺激（Colour stimulus）引起颜色知觉的光。表色系（Colour specification system）由于颜色刺激而产生的颜色知觉体系。混色系基于心理物理色而建立起来的表色系，如1931CIEXYZ系统。显色系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，如孟塞尔颜色系统。,第一节 CIE标准色度学系统,混色系与显色系之间的关系,标准照明体,“照明体”：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，也不一定能用特定光源来实现。“光源”：指真实存在的物理辐射体。CIE推荐使用过的标准照明体：标准照明体A、B、C和D。,一、光源,红,绿,蓝,试验光,白背景,观测角限制屏,EYE,黑色隔板,测试滤色片,2,二、标准色度观察者,三、物体的光学性质,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。它们所表现的颜色，就是被吸收光的补色。,（一）吸收,（二）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这种平面上，则以相同角度(与样品表面法线的夹角)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。,漫反射 一般发生在不平且粗糙的表面上，入射光以很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。,（三）透射,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；（2）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，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；（5）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；（7）部分吸收，部分反（散）射，无透过，有色不透明体。,CIE 1931 x,y 色度图,色度图上颜色的大致分布,CIE 1964补充标准色度学观察者三刺激值曲线,CIE 1964补充标准色度系统色度图,CIE 1931系统与CIE 1964系统观察者光谱三刺激值曲线比较,主波长与色纯度计算,CIE 1931标准色度系统、CIE 1964补充标准色度系统，完成了用数字表示颜色的目的，但很难将日常生活中见到的颜色与数字联系起来。Y30，x0.3927，y0.1892是什么颜色？,THE CIELAB 色空间,孟塞尔（AHMunsell 美国画家 18581918年）。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）。,（一）孟塞尔色卡,国际上应用最为广泛的系统,1.明度 中央轴代表无彩的黑白系列中性色的明度等级，称孟塞尔明度值（V），将亮度因数等于102的理想白定为10，将亮度因数等于0的理想黑定为0，将孟塞尔明度轴分为明度值由0到10，在视觉上等距离的11个等级，底部为0（V0），顶部为10（V10）。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。,10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0白 灰 黑,孟塞尔色立体,2.饱和度（彩度）用颜色离开中央轴的水平距离来表示该颜色的饱和度，称为孟塞尔彩度（C），C表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。在孟塞尔系统中，通常以两个彩度等级为间隔制作颜色样品。,0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 中性色 彩色 饱和色,3.色调 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，称为是孟塞尔色调（H），将孟塞尔色调圆周分成10个等距的部分，表示10种基本色。5种主色调：红（R）、黄（Y）、绿（G）、蓝（B）、紫（P）5种中间色调：黄红（YR）、黄绿（YG）、蓝绿（BG）、紫蓝（PB）、红紫（RP）每种色调又分成110的10个等级，并规定每种主色调和中间色调均定为5。孟塞尔色调共有100个,R YR Y YG G BG B PB P RP 红 黄红 黄 黄绿 绿 蓝绿 蓝 紫蓝 紫 红紫,标定方法,H V/C 含义：色调 明度值/彩度10Y 8/12 色调是黄（Y）与绿黄（GY）的中间色 明度为8，比较明亮 彩度12（具有比较高的饱和度）,无彩的中性色N V/含义：中性色 明度值/N5/明度为5的中性灰 对彩度低于0.3的中性色，如果要进行精确标定，则采用N V/(H，C)含义：中性色 明度值/（色调，彩度）N8/(Y，0.2)略为带一点黄色的浅灰色，明度值为8,孟塞尔空间,孟塞尔颜色立体,左侧是紫蓝（5PB），明度值为3时，紫蓝色彩度最高（5PB3/12），其他明度值的紫蓝颜色都达不到这样高的明度。右侧是黄（5Y），当明度值为9时，黄颜色的彩度最高（5Y9/14），其他明度值的黄颜色都达不到这样高的明度。,孟塞尔颜色立体5PB、5Y的垂直剖面,孟塞尔颜色立体的明度值为5的水平剖面,明度值为5的条件下：红（5R5/12）的彩度最高，黄颜色最高的彩度仅为6（5Y5/6）,在孟塞尔系统中，各种颜色的最大孟塞尔彩度并不相同，个别颜色的孟塞尔彩度值可达20。,孟塞尔明度,孟塞尔明度等级是由视觉实验得到的,孟塞尔第10级明度值的亮度因数：Y=100 Y/YMgO=100/97.5%=102.57,孟塞尔色调和彩度,CIE l931色度图上表面色的恒定色调轨迹图,具有相同色调和彩度，不同明度的颜色样品，在CIE 1931色度系统中会有不同的主波长和彩度。,CIE l931色度图上表面色的恒定饱和度轨迹,在视觉上相等的饱和度差别在CIE 1931色度图上并不等距。,1.RGB模型,用色光的三原色来描述物体色的特征。在计算机处理系统中，每种颜色用一个二进制的字节表示，每一颜色的变化级别为28（取值范围为0255），规定数值越大，所表示的颜色越明亮。三原色各自组合，得到22416777216种颜色。以黑色为原点，红（R）、绿（G）、蓝（B）三个方向为坐标轴，建立一个三维坐标体系，以R、G、B的最大值为边长，在坐标体系中就可得到一个RGB颜色立方体模型。,三、数字标样的使用,不同量的R、G、B混合，可产生不同的颜色。三原色以最大值等量混合，产生白色（255，255，255）由黑色原点（0，0，0）到白色点的连线，代表不同明暗程度的灰色。,2.CMYK模型,CMYK 模型以打印在纸张上的油墨的光线吸收特性为基础，当白光照射到半透明油墨上时，部分光谱被吸收，部分被反射回眼睛。因此CMYK模型的基础是减色，而不是加色。是印刷油墨形成的颜色空间，也是四色打印的基础。,三个坐标轴分别代表青色(C)、品红(M)和黄色(Y)在右侧，以一个纵向轴表示黑色分量(K)。C、M、Y、K的变化值均为0100。,3.HSB模型,HSB 模型基于人类对色彩的感觉，有三个描 述颜色的基本特征：色调H（Hue）:在 0到 360的标准色轮上，色调是沿着圆周方向变化的。0或360红色、60黄色、120绿色、180青色、240蓝色、300品红色。饱和度S（Saturation）: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0，圆周上为100。亮度B（Brightness）: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0（亮度为0的黑），最高处是100（最亮的白）。,4.Lab模型,Lab 颜色空间由明度因数 L 和两个色度因数 a、b 组成。L：从0100a:红(-120)绿(+120)b:黄(-120)蓝(+120)Lab 颜色是独立于设备之外的颜色，不受到任何硬件的性能和特性的影响。,Lab、RGB和CMYK模型的色域范围,
