3遙感技術(shù)導(dǎo)論第三章彩色基本原理ppt課件

1、3.1問題的提出紅什么是顏色？顏色是一種感覺,因人而異顏色感覺的形成？形象感覺顏色感覺光是作用于人眼引起除形象以外的視覺特性。一、顏色的定義l人眼感受色光，在大腦中形成的感覺觀察者觀察者光源光源物體物體二、產(chǎn)生顏色感覺的四大要素光源、物體、眼睛和大腦。第二節(jié) 眼球的構(gòu)造及各部分的主要功能 一、眼睛照相機(jī) -人眼暗想-鞏膜和脈絡(luò)膜鏡頭-角膜和晶狀體快門-眼皮光圈-虹膜膠片-網(wǎng)膜1.明視覺、暗視覺與間視明視覺：在明亮條件下由錐體細(xì)胞作用所產(chǎn)生的視覺。暗視覺：在較暗的環(huán)境下由桿體細(xì)胞作用所形成的視覺。間視：同時(shí)工作第三節(jié) 視覺功能視網(wǎng)膜視網(wǎng)膜 ：桿狀細(xì)胞：桿狀細(xì)胞 + 錐狀細(xì)胞錐狀細(xì)胞 桿狀細(xì)胞：感

2、光靈敏度高暗視覺桿狀細(xì)胞：感光靈敏度高暗視覺 ），）， 不能分辨細(xì)節(jié)，不能分辨細(xì)節(jié)， 不能分辨色彩。不能分辨色彩。 錐狀細(xì)胞：感光靈敏度低明視覺錐狀細(xì)胞：感光靈敏度低明視覺 ），）， 能分辨細(xì)節(jié)，能分辨細(xì)節(jié)， 能分辨色彩。能分辨色彩。錐狀細(xì)胞可分感紅、感綠、感藍(lán)細(xì)胞錐狀細(xì)胞可分感紅、感綠、感藍(lán)細(xì)胞2 2、視網(wǎng)、視網(wǎng)膜的色彩膜的色彩區(qū)區(qū)實(shí)驗(yàn)：在桌子上放一張白紙，白紙中央劃一個(gè)實(shí)驗(yàn)：在桌子上放一張白紙，白紙中央劃一個(gè)十字符號(hào)，用一只眼睛在十字符號(hào)，用一只眼睛在3040公分處注視十公分處注視十字，同時(shí)將一小塊紅或綠色彩紙片由白紙中心字，同時(shí)將一小塊紅或綠色彩紙片由白紙中心向外側(cè)移動(dòng)。這時(shí)色彩紙片先刺

3、激視網(wǎng)膜的中向外側(cè)移動(dòng)。這時(shí)色彩紙片先刺激視網(wǎng)膜的中央?yún)^(qū)，看到紅色或綠色，當(dāng)紙片移到紅、綠盲央?yún)^(qū)，看到紅色或綠色，當(dāng)紙片移到紅、綠盲區(qū)就變成灰色。如果用黃色或藍(lán)色紙片，當(dāng)紙區(qū)就變成灰色。如果用黃色或藍(lán)色紙片，當(dāng)紙片移到更外圍的全色盲區(qū)時(shí)也變成灰色。片移到更外圍的全色盲區(qū)時(shí)也變成灰色。全色盲區(qū)全色盲區(qū)全色盲區(qū)全色盲區(qū)l光譜光視效率：眼睛l對(duì)不同波長(zhǎng)的光波的能l量產(chǎn)生感覺的效率與波l長(zhǎng)之間的關(guān)系。l光譜光視效率函數(shù)：l人眼對(duì)各種可見光波長(zhǎng)l的平均相對(duì)敏感的數(shù)量。)()()( eVVK 表示人眼對(duì)不同波長(zhǎng)光的靈敏度輻射能光當(dāng)量輻通量隨波長(zhǎng)變化的函數(shù)，稱為光譜視效率說明對(duì)于等明度光譜，光視效率與輻通量

4、成反比。說明對(duì)于等能量光譜，光視效率與光通量成正比，即感覺越亮的波長(zhǎng)的顏色，其光視效率越大。)()()()()()(. 1122121eeVVVV時(shí)當(dāng))()()()()()(. 2212121VVVVee時(shí)當(dāng)兩束光和考察21l 1.光譜光視效率：把峰值歸一化為l的人眼對(duì)不同波長(zhǎng)的光能量產(chǎn)生光感覺的效率。l 2.光譜光視效率曲線：把光譜光視效率最大值作為1，相應(yīng)各波長(zhǎng)上的光譜光視效率與波長(zhǎng)之間的關(guān)系曲線。l 視角：人眼觀察物體時(shí)，物體的大小對(duì)眼睛形成的張角2叫做視角。度）弧度）(3.57180(drdrdrdrtg視力：人眼辨別外界物體的敏銳程度。視場(chǎng)：眼睛視角2所對(duì)應(yīng)的圓面積。N1r2例：在明

5、視力距離下d=250mm)觀察使用網(wǎng)屏線數(shù)N=175線/英寸的加網(wǎng)圖象，試分析其觀察效果如何？21V B C GY M R W七七種種主主要要顏顏色色1、三原色 ：不能用其他顏色混合而成的色彩叫原色 原色可以混合出其他色彩，在多種顏料中紅、黃、藍(lán)三色尤為重要，由這三種顏色可以派生出無數(shù)種色彩，三原色是色彩的原始色，是所有基本顏色的形成的基礎(chǔ)，因此紅、黃、藍(lán)三色稱為三原色。紅品紅黃檸檬黃藍(lán)湖藍(lán)）原原色色間間色色復(fù)復(fù)色色原色原色間色間色復(fù)色復(fù)色原色原色間色間色混合混合色光與顏料的差別色光與顏料的差別l顏色的對(duì)比可從常用的三個(gè)方面來顏色的對(duì)比可從常用的三個(gè)方面來體現(xiàn)，這三個(gè)對(duì)比是：體現(xiàn)，這三個(gè)對(duì)比是

6、：l1.色相對(duì)比色相對(duì)比l2.明度對(duì)比明度對(duì)比l3.純度對(duì)比純度對(duì)比顏顏色色的的對(duì)對(duì)比比l色相對(duì)比：因色相的差別而形成的色相對(duì)比：因色相的差別而形成的色彩對(duì)比關(guān)系被稱為色相對(duì)比。色彩對(duì)比關(guān)系被稱為色相對(duì)比。l色相對(duì)比：因色相的差別而形成的色彩色相對(duì)比：因色相的差別而形成的色彩對(duì)比關(guān)系被稱為色相對(duì)比。對(duì)比關(guān)系被稱為色相對(duì)比。1.同一色相對(duì)比同一色相對(duì)比特點(diǎn)：顏色非常接近，色中特點(diǎn)：顏色非常接近，色中的相同因素多，稱弱對(duì)比。的相同因素多，稱弱對(duì)比。2.類似色相對(duì)比類似色相對(duì)比特點(diǎn)：顏色之間色相差別不大，特點(diǎn)：顏色之間色相差別不大，統(tǒng)一中有變化，稱中弱對(duì)比。統(tǒng)一中有變化，稱中弱對(duì)比。3.對(duì)比色對(duì)比對(duì)

7、比色對(duì)比 特點(diǎn)：顏色差別較大，視覺效果特點(diǎn)：顏色差別較大，視覺效果鮮明、強(qiáng)烈，被稱為中強(qiáng)對(duì)比。鮮明、強(qiáng)烈，被稱為中強(qiáng)對(duì)比。 4.互補(bǔ)色對(duì)比互補(bǔ)色對(duì)比特點(diǎn)：顏色間差別非常大，視覺效果特點(diǎn)：顏色間差別非常大，視覺效果最強(qiáng)烈、最富刺激性，被稱為強(qiáng)對(duì)比。最強(qiáng)烈、最富刺激性，被稱為強(qiáng)對(duì)比。什么是補(bǔ)色？ 4.互補(bǔ)色對(duì)比互補(bǔ)色對(duì)比特點(diǎn)：顏色間差別非常大，視覺效果特點(diǎn)：顏色間差別非常大，視覺效果最強(qiáng)烈、最富刺激性，被稱為強(qiáng)對(duì)比。最強(qiáng)烈、最富刺激性，被稱為強(qiáng)對(duì)比。 4.互補(bǔ)色對(duì)比互補(bǔ)色對(duì)比特點(diǎn)：顏色間差別非常大，視覺效果特點(diǎn)：顏色間差別非常大，視覺效果最強(qiáng)烈、最富刺激性，被稱為強(qiáng)對(duì)比。最強(qiáng)烈、最富刺激性，被稱為

8、強(qiáng)對(duì)比。5.全色相對(duì)比全色相對(duì)比例圖例圖例圖例圖l色刺激色刺激Colour stimulus）l 引起顏色知覺的光引起顏色知覺的光 。l表色系表色系Colour specification system） l 由于顏色刺激而產(chǎn)生的顏色知覺體系由于顏色刺激而產(chǎn)生的顏色知覺體系 。l混色系基于心理物理色而建立起來的表色混色系基于心理物理色而建立起來的表色系，如系，如1931CIEXYZ系統(tǒng)。系統(tǒng)。 l顯色系將顏色按照感知色的特征在顏色空顯色系將顏色按照感知色的特征在顏色空間進(jìn)行有序排列所構(gòu)成的系統(tǒng)，如孟塞爾間進(jìn)行有序排列所構(gòu)成的系統(tǒng)，如孟塞爾顏色系統(tǒng)顏色系統(tǒng) 。第一節(jié)第一節(jié) CIE標(biāo)準(zhǔn)色度學(xué)系統(tǒng)標(biāo)

9、準(zhǔn)色度學(xué)系統(tǒng)混色系混色系顯色系顯色系 顏色的辨別顏色的辨別 心理物理色心理物理色 知覺色知覺色 辨別的基準(zhǔn)辨別的基準(zhǔn)心理物理學(xué)概念心理物理學(xué)概念 心理概念心理概念辨別的依據(jù)辨別的依據(jù)以色感覺建立的以色感覺建立的表色系表色系以知感覺建立的以知感覺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標(biāo)準(zhǔn)物體色（如標(biāo)準(zhǔn)物體色（如色卡）色卡）表色對(duì)象表色對(duì)象色光（包括物體色光（包括物體反射光）反射光）物體表面色物體表面色表色方法表色方法CIE光譜三刺激值光譜三刺激值色調(diào)、明度、飽和度色調(diào)、明度、飽和度l“照明體照明體”：指特定的光譜能量分布，這：指特定的光譜能量分布，這一光譜能量分布不一定由一個(gè)光源直接

10、一光譜能量分布不一定由一個(gè)光源直接提供，也不一定能用特定光源來實(shí)現(xiàn)。提供，也不一定能用特定光源來實(shí)現(xiàn)。l“光源光源”：指真實(shí)存在的物理輻射體。：指真實(shí)存在的物理輻射體。 lCIE推薦使用過的標(biāo)準(zhǔn)照明體：標(biāo)準(zhǔn)照推薦使用過的標(biāo)準(zhǔn)照明體：標(biāo)準(zhǔn)照明體明體A、B、C和和D 。紅紅綠綠藍(lán)藍(lán)試驗(yàn)光試驗(yàn)光白背景白背景觀測(cè)角觀測(cè)角限制屏限制屏EYE黑色隔板黑色隔板測(cè)試濾色片測(cè)試濾色片2物體受到光的照射后，能夠吸收全部或部物體受到光的照射后，能夠吸收全部或部分波長(zhǎng)范圍光的能量，并將吸收的光能轉(zhuǎn)分波長(zhǎng)范圍光的能量，并將吸收的光能轉(zhuǎn)化為熱能，其余波長(zhǎng)的光被反射或透射出化為熱能，其余波長(zhǎng)的光被反射或透射出去，作用于人眼

11、后產(chǎn)生顏色的感覺。它們?nèi)?，作用于人眼后產(chǎn)生顏色的感覺。它們所表現(xiàn)的顏色，就是被吸收光的補(bǔ)色。所表現(xiàn)的顏色，就是被吸收光的補(bǔ)色。（一吸收（一吸收（二反射（二反射鏡面反射鏡面反射 發(fā)生于平而光滑的表面，當(dāng)光以某種角度照射在發(fā)生于平而光滑的表面，當(dāng)光以某種角度照射在這種平面上，則以相同角度這種平面上，則以相同角度 (與樣品表面法線的與樣品表面法線的夾角夾角) 反射出一部分光，而且與入射光的波長(zhǎng)無反射出一部分光，而且與入射光的波長(zhǎng)無關(guān)。鏡面反射光的多少?zèng)Q定了物體的光澤度。關(guān)。鏡面反射光的多少?zèng)Q定了物體的光澤度。漫反射漫反射 一般發(fā)生在不平且粗糙的表面上，入射光以很一般發(fā)生在不平且粗糙的表面上，入射光以

12、很多不同的角度被反射出來。漫反射也可由光滑表多不同的角度被反射出來。漫反射也可由光滑表面下面的散射引起。大部分半透明體及不透明體面下面的散射引起。大部分半透明體及不透明體的平滑表面，同時(shí)具有鏡面反射和來自表面下散的平滑表面，同時(shí)具有鏡面反射和來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體上后穿過物體的現(xiàn)象。透射是指入射光照射在物體上后穿過物體的現(xiàn)象。（1沒有吸收和散射，全部透過，無色透明體；沒有吸收和散射，全部透過，無色透明體；（2沒有吸收，部分光被散射，部分被透過，白色半透明體；沒有吸收，部分光被散射，部分被透過，白色半透明體；（3全部被反散射，沒有吸收

13、透過，白色不透明體；全部被反散射，沒有吸收透過，白色不透明體；（4全部吸收，無反散射，無透過，黑色不透明體；全部吸收，無反散射，無透過，黑色不透明體；（5透過、吸收和散射作用都存在，有色的半透明體；透過、吸收和散射作用都存在，有色的半透明體；（6部分吸收，部分透過，沒有散射，透明有色體；部分吸收，部分透過，沒有散射，透明有色體；（7部分吸收，部分反散射，無透過，有色不透明體。部分吸收，部分反散射，無透過，有色不透明體。色度圖上顏色的大致分布色度圖上顏色的大致分布CIE 1931系統(tǒng)與系統(tǒng)與CIE 1964系統(tǒng)觀察者光譜三系統(tǒng)觀察者光譜三刺激值曲線比較刺激值曲線比較lCIE 1931標(biāo)準(zhǔn)色度系標(biāo)

14、準(zhǔn)色度系統(tǒng)、統(tǒng)、CIE 1964補(bǔ)充標(biāo)補(bǔ)充標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)，完成了準(zhǔn)色度系統(tǒng)，完成了用數(shù)字表示顏色的目用數(shù)字表示顏色的目的，但很難將日常生的，但很難將日常生活中見到的顏色與數(shù)活中見到的顏色與數(shù)字聯(lián)系起來。字聯(lián)系起來。 lY30，x0.3927，l y0.1892是什么顏是什么顏色？色？ THE CIELAB 色空間色空間l孟塞爾AHMunsell 美國(guó)畫家 18581918年）。l顏色系統(tǒng)用顏色立體模型來表示表面色的三種基本特征：明度、色彩、飽和度 （彩度）。1.明度明度 中央軸代表無彩的黑白系列中性色的明度等級(jí)，中央軸代表無彩的黑白系列中性色的明度等級(jí)，稱孟塞爾明度值稱孟塞爾明度值V），將亮度因

15、數(shù)等于），將亮度因數(shù)等于102的的理想白定為理想白定為10，將亮度因數(shù)等于，將亮度因數(shù)等于0的理想黑定為的理想黑定為0，將孟塞爾明度軸分為明度值由，將孟塞爾明度軸分為明度值由0到到10，在視，在視覺上等距離的覺上等距離的11個(gè)等級(jí)，底部為個(gè)等級(jí)，底部為0V0），），頂部為頂部為10V10）。每一明度值代表了某一）。每一明度值代表了某一種顏色在標(biāo)準(zhǔn)照明體下的亮度因數(shù)。種顏色在標(biāo)準(zhǔn)照明體下的亮度因數(shù)。10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0白白 灰灰 黑黑2.飽和度彩度）飽和度彩度） 用顏色離開中央軸的水平距離來表示該顏用顏色離開中央軸的水平距離來表示該顏色的飽和度，稱為孟塞爾彩度色的飽和度，

16、稱為孟塞爾彩度C），），C表表示顏色離開相同孟塞爾明度值的中性灰的示顏色離開相同孟塞爾明度值的中性灰的程度。孟塞爾彩度也被分成視覺上相等的程度。孟塞爾彩度也被分成視覺上相等的若干等級(jí)，在中央軸上的中性灰，彩度為若干等級(jí)，在中央軸上的中性灰，彩度為0C0），離中央軸越遠(yuǎn)，彩度越大。在），離中央軸越遠(yuǎn)，彩度越大。在孟塞爾系統(tǒng)中，通常以兩個(gè)彩度等級(jí)為間孟塞爾系統(tǒng)中，通常以兩個(gè)彩度等級(jí)為間隔制作顏色樣品隔制作顏色樣品 。 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 中性色中性色 彩色彩色 飽和色飽和色3 .色彩色彩 在孟塞爾色立體的水平剖面上，由中央軸所在在孟塞爾色立體的水平剖面上，由中央軸所在

17、的中心指向其圓周的各個(gè)方向，代表了各種表的中心指向其圓周的各個(gè)方向，代表了各種表示原色的色調(diào)，稱為是孟塞爾色調(diào)示原色的色調(diào)，稱為是孟塞爾色調(diào)H），將），將孟塞爾色調(diào)圓周分成孟塞爾色調(diào)圓周分成10個(gè)等距的部分，表示個(gè)等距的部分，表示10種基本色。種基本色。 5種主色調(diào)：紅種主色調(diào)：紅R）、黃）、黃Y）、綠）、綠G）、）、藍(lán)藍(lán)B）、紫）、紫P） 5種中間色調(diào)：黃紅種中間色調(diào)：黃紅YR）、黃綠）、黃綠YG）、藍(lán)）、藍(lán)綠綠BG）、紫藍(lán)）、紫藍(lán)PB）、紅紫）、紅紫RP） 每種色調(diào)又分成每種色調(diào)又分成110的的10個(gè)等級(jí)，并規(guī)定每種個(gè)等級(jí)，并規(guī)定每種主色調(diào)和中間色調(diào)均定為主色調(diào)和中間色調(diào)均定為5。 孟塞爾

18、色調(diào)共有孟塞爾色調(diào)共有100個(gè)個(gè) R YR Y YG G BG B PB P RP 紅紅 黃紅黃紅 黃黃 黃綠黃綠 綠綠 藍(lán)綠藍(lán)綠 藍(lán)藍(lán) 紫藍(lán)紫藍(lán) 紫紫 紅紫紅紫lH V/C l含義：色彩含義：色彩 明度值明度值/彩彩度度l10Y 8/12l 色調(diào)是黃色調(diào)是黃Y與綠與綠黃黃GY的中間色的中間色l 明度為明度為8，比較明亮，比較明亮l 彩度彩度12具有比較高具有比較高的飽和度）的飽和度） l無彩的中性色無彩的中性色lN V/ 含義：中性色含義：中性色 明度值明度值/lN5/ l明度為明度為5的中性灰的中性灰 l對(duì)彩度低于對(duì)彩度低于0.3的中性色，如果要進(jìn)行精確標(biāo)的中性色，如果要進(jìn)行精確標(biāo)定定 ，

19、l則采用則采用N V/(H，C) l含義：中性色含義：中性色 明度值明度值/（色彩，彩度）（色彩，彩度）lN8/(Y，0.2)l略為帶一點(diǎn)黃色的淺灰色，明度值為略為帶一點(diǎn)黃色的淺灰色，明度值為8 左側(cè)是紫藍(lán)左側(cè)是紫藍(lán)5PB），明），明度值為度值為3時(shí)，紫藍(lán)色彩度時(shí)，紫藍(lán)色彩度最高最高5PB3/12），其他），其他明度值的紫藍(lán)顏色都達(dá)不明度值的紫藍(lán)顏色都達(dá)不到這樣高的明度。到這樣高的明度。右側(cè)是黃右側(cè)是黃5Y），當(dāng)明），當(dāng)明度值為度值為9時(shí)，黃顏色的彩時(shí)，黃顏色的彩度最高度最高5Y9/14），其），其他明度值的黃顏色都達(dá)不他明度值的黃顏色都達(dá)不到這樣高的明度。到這樣高的明度。孟塞爾顏色立體孟塞爾

20、顏色立體5PB 、5Y的垂直剖面的垂直剖面 孟塞爾顏色立體的明度值為孟塞爾顏色立體的明度值為5的水平剖面的水平剖面明度值為明度值為5的條件下：的條件下：紅紅5R5/12的彩的彩度最高，黃顏色最度最高，黃顏色最高的彩度僅為高的彩度僅為65Y5/6） 在孟塞爾系統(tǒng)中，各種顏色的最大孟塞爾彩度在孟塞爾系統(tǒng)中，各種顏色的最大孟塞爾彩度并不相同，個(gè)別顏色的孟塞爾彩度值可達(dá)并不相同，個(gè)別顏色的孟塞爾彩度值可達(dá)20 。l孟塞爾明度等級(jí)是由視覺實(shí)驗(yàn)得到的孟塞爾明度等級(jí)是由視覺實(shí)驗(yàn)得到的 孟塞爾第孟塞爾第10級(jí)明度值的亮度因數(shù)：級(jí)明度值的亮度因數(shù)： Y =100 Y/YMgO =100 / 97.5 % = 1

21、02.57CIE l931色度圖上表面色的恒定色調(diào)軌跡圖色度圖上表面色的恒定色調(diào)軌跡圖具有相同色調(diào)具有相同色調(diào)和彩度，不同和彩度，不同明度的顏色樣明度的顏色樣品，在品，在CIE 1931色度系色度系統(tǒng)中會(huì)有不同統(tǒng)中會(huì)有不同的主波長(zhǎng)和彩的主波長(zhǎng)和彩度度 。在視覺上相等的在視覺上相等的飽和度差別在飽和度差別在CIE 1931色度圖色度圖上并不等距。上并不等距。l用色光的三原色來描述物體色的特征。用色光的三原色來描述物體色的特征。l在計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)中，每種顏色用一個(gè)二進(jìn)在計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)中，每種顏色用一個(gè)二進(jìn)制的字節(jié)表示，每一顏色的變化級(jí)別為制的字節(jié)表示，每一顏色的變化級(jí)別為28取值范圍為取值范圍為0

22、255），規(guī)定數(shù)值越大，所表示），規(guī)定數(shù)值越大，所表示的顏色越明亮。的顏色越明亮。l三原色各自組合，得到三原色各自組合，得到22416777216種顏色種顏色。l以黑色為原點(diǎn)，紅以黑色為原點(diǎn)，紅R）、綠）、綠G）、藍(lán)）、藍(lán)B三個(gè)方向?yàn)樽鴺?biāo)軸，建立一個(gè)三維坐標(biāo)體三個(gè)方向?yàn)樽鴺?biāo)軸，建立一個(gè)三維坐標(biāo)體系，以系，以R、G、B的最大值為邊長(zhǎng)，在坐標(biāo)體的最大值為邊長(zhǎng)，在坐標(biāo)體系中就可得到一個(gè)系中就可得到一個(gè)RGB顏色立方體模型顏色立方體模型 。不同量的不同量的R、G、B混合，可產(chǎn)生不同混合，可產(chǎn)生不同的顏色。的顏色。三原色以最大值等三原色以最大值等量混合，產(chǎn)生白色量混合，產(chǎn)生白色255，255，255）由黑色原點(diǎn)由黑色原點(diǎn)0，0，0到白色點(diǎn)的連線，到白色點(diǎn)的連線，代表不同明暗程度代表不同明暗程度的灰色的灰色 。lCMYK 模型以打印在紙張上的油墨的光模型以打印在紙張上的油墨的光線吸收特性為基礎(chǔ)，當(dāng)白光照射到半透線吸收特性為基礎(chǔ)，當(dāng)白光照射到半透明油墨上時(shí)，部分光譜被吸收，部分被明油墨上時(shí)，部分光譜被吸收，部分被反射回眼睛。反射回眼睛。l因此因此CMYK模型的基礎(chǔ)是減色，而不是模型的基礎(chǔ)是減色，而不是加色。加色。l是印刷油墨