03_遙感技術(shù)導(dǎo)論_第三章 彩色基本原理.ppt

1、3.1問題的提出,什么是顏色？ 顏色是一種感覺,因人而異,顏色感覺的形成？,第三章 遙感的理論基礎(chǔ)彩色合成原理,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,顏色的本質(zhì),人眼感受色光，在大腦中形成的感覺,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,二.視網(wǎng)膜上的 成像過程,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,

2、第三節(jié) 視覺功能,視網(wǎng)膜 ：桿狀細(xì)胞 + 錐狀細(xì)胞 桿狀細(xì)胞：感光靈敏度高（暗視覺 ）， 不能分辨細(xì)節(jié)， 不能分辨色彩。 錐狀細(xì)胞：感光靈敏度低（明視覺 ）， 能分辨細(xì)節(jié)， 能分辨色彩。 錐狀細(xì)胞可分感紅、感綠、感藍(lán)細(xì)胞,2、視網(wǎng)膜的色彩區(qū),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3040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。,全色盲區(qū),全色盲區(qū),3.光譜光視效率函數(shù),光譜光視效率：眼睛 對(duì)不同波長的光波

3、的能 量產(chǎn)生感覺的效率與波 長之間的關(guān)系。 光譜光視效率函數(shù)： 人眼對(duì)各種可見光波長 的平均相對(duì)敏感的數(shù)量。,說明對(duì)于等明度光譜，光視效率與輻通量成反比。 說明對(duì)于等能量光譜，光視效率與光通量成正比，即感覺越亮的波長的顏色，其光視效率越大。,1.光譜光視效率：把峰值歸一化為l的人眼對(duì)不同波長的光能量產(chǎn)生光感覺的效率。 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)各波長上的光譜光視效率與波長之間的關(guān)系曲線。,4.視角、視力、視場(chǎng)與網(wǎng)屏線數(shù)的計(jì)算,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。,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。,例：在明視

4、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？,視力、視場(chǎng)、網(wǎng)屏線數(shù)與視角,明視距離的關(guān)系,B,C G,3.2 彩色合成原理 三基色：紅、綠、藍(lán)。其中任何一色都不能由三種基色中另外兩種基色合成。 加色法：以三基色中兩種以上色光按一定比例混合，產(chǎn)生其它色彩。 紅（R）+ 綠（G）= 黃（Y） 紅（R）+ 藍(lán)（B）= 品紅（M） 藍(lán)（B）+ 綠（G）= 青（C） 紅（R）+ 綠（G）+ 藍(lán)（B）= 白（W） 減色法：從白光中減去其中一種或兩種基色光而產(chǎn)生色彩。 黃=白藍(lán)，品紅=白綠，青=白紅， 互補(bǔ)色：當(dāng)兩種色光相疊加成為消色（白色或黑色）時(shí)，這兩種

5、色光為互補(bǔ)色。,第三章 遙感的理論基礎(chǔ)彩色合成原理,Y,M R,W,陽光被分解后的,七種主要顏色,原色,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)）,間色,復(fù)色,原色間色復(fù)色,原色,間色,復(fù)色,12種色相的規(guī)律性排列：,色光,原色,間色,混合,色光與顏料的差別,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： 1.色相對(duì)比 2.明度對(duì)比 3.純度對(duì)比,顏色的對(duì)比,色相對(duì)比,色相對(duì)比

6、：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。,色相對(duì)比,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。,色相對(duì)比,1.同一色相對(duì)比,特點(diǎn)：顏色非常接近，色中的相同因素多，稱弱對(duì)比。,色相對(duì)比,2.類似色相對(duì)比,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。,色相對(duì)比,3.對(duì)比色對(duì)比,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。,色相對(duì)比,4.互補(bǔ)色對(duì)比,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。,什么是補(bǔ)色？,色相對(duì)比,4.互補(bǔ)色對(duì)比,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。,色相對(duì)比,4.互補(bǔ)色對(duì)比,特點(diǎn)

7、：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。,色相對(duì)比,5.全色相對(duì)比,色相對(duì)比,例圖,色相對(duì)比,例圖,3.3顏色的表示與度量方法,第三章 遙感的理論基礎(chǔ)彩色合成原理,色刺激（Colour stimulus） 引起顏色知覺的光 。 表色系（Colour specification system） 由于顏色刺激而產(chǎn)生的顏色知覺體系 。 混色系基于心理物理色而建立起來的表色系，如1931CIEXYZ系統(tǒng)。 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)，如孟塞爾顏色系統(tǒng) 。,第一節(jié) CIE標(biāo)準(zhǔn)色度學(xué)系統(tǒng),混色系與顯色系之間的關(guān)系,標(biāo)準(zhǔn)照明體,“照明體”：指特定的光

8、譜能量分布，這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)。 “光源”：指真實(shí)存在的物理輻射體。 CIE推薦使用過的標(biāo)準(zhǔn)照明體：標(biāo)準(zhǔn)照明體A、B、C和D 。,一、光源,紅,綠,藍(lán),試驗(yàn)光,白背景,觀測(cè)角 限制屏,EYE,黑色隔板,測(cè)試濾色片,2,二、 標(biāo)準(zhǔn)色度觀察者,三、 物體的光學(xué)性質(zhì),物體受到光的照射后，能夠吸收全部或部分波長范圍光的能量，并將吸收的光能轉(zhuǎn)化為熱能，其余波長的光被反射或透射出去，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。,（一）吸收,（二）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這種平面上，則以相同角度 (與樣

9、品表面法線的夾角) 反射出一部分光，而且與入射光的波長無關(guān)。鏡面反射光的多少?zèng)Q定了物體的光澤度。,漫反射 一般發(fā)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。,（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。,（1）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； （3）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； （5）透過、吸收和散射作用都存在，有色的

10、半透明體； （6）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。,CIE 1931 x,y 色度圖,色度圖上顏色的大致分布,CIE 1964補(bǔ)充標(biāo)準(zhǔn)色度學(xué)觀察者三刺激值曲線,CIE 1964補(bǔ)充標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)色度圖,CIE 1931系統(tǒng)與CIE 1964系統(tǒng)觀察者光譜三刺激值曲線比較,主波長與色純度計(jì)算,CIE 1931標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)、CIE 1964補(bǔ)充標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)，完成了用數(shù)字表示顏色的目的，但很難將日常生活中見到的顏色與數(shù)字聯(lián)系起來。 Y30，x0.3927， y0.1892是什么顏色？,THE CIELAB 色空間,孟塞爾（AHMunse

11、ll 美國畫家 18581918年）。 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、色調(diào)、飽和度 （彩度）。,（一）孟塞爾色卡,國際上應(yīng)用最為廣泛的系統(tǒng),1.明度 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（V），將亮度因數(shù)等于102的理想白定為10，將亮度因數(shù)等于0的理想黑定為0，將孟塞爾明度軸分為明度值由0到10，在視覺上等距離的11個(gè)等級(jí)，底部為0（V0），頂部為10（V10）。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)。,10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 白 灰 黑,孟塞爾色立體,2.飽和度（彩度） 用顏色離開中央軸的水平距離來表示該顏色的

12、飽和度，稱為孟塞爾彩度（C），C表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若干等級(jí)，在中央軸上的中性灰，彩度為0（C0），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)為間隔制作顏色樣品 。,0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 中性色 彩色 飽和色,3 .色調(diào) 在孟塞爾色立體的水平剖面上，由中央軸所在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)（H），將孟塞爾色調(diào)圓周分成10個(gè)等距的部分，表示10種基本色。 5種主色調(diào)：紅（R）、黃（Y）、綠（G）、藍(lán)（B）、紫（P） 5種中間色調(diào)：黃紅（YR）、黃綠（YG）、

13、藍(lán)綠（BG）、紫藍(lán)（PB）、紅紫（RP） 每種色調(diào)又分成110的10個(gè)等級(jí)，并規(guī)定每種主色調(diào)和中間色調(diào)均定為5。 孟塞爾色調(diào)共有100個(gè),R YR Y YG G BG B PB P RP 紅 黃紅 黃 黃綠 綠 藍(lán)綠 藍(lán) 紫藍(lán) 紫 紅紫,標(biāo)定方法,H V/C 含義：色調(diào) 明度值/彩度 10Y 8/12 色調(diào)是黃（Y）與綠黃（GY）的中間色 明度為8，比較明亮 彩度12（具有比較高的飽和度）,無彩的中性色 N V/ 含義：中性色 明度值/ N5/ 明度為5的中性灰 對(duì)彩度低于0.3的中性色，如果要進(jìn)行精確標(biāo)定 ， 則采用N V/(H，C) 含義：中性色 明度值/（色調(diào)，彩度） N8/(Y，0.2

14、) 略為帶一點(diǎn)黃色的淺灰色，明度值為8,孟塞爾空間,孟塞爾顏色立體,左側(cè)是紫藍(lán)（5PB），明度值為3時(shí)，紫藍(lán)色彩度最高（5PB3/12），其他明度值的紫藍(lán)顏色都達(dá)不到這樣高的明度。 右側(cè)是黃（5Y），當(dāng)明度值為9時(shí)，黃顏色的彩度最高（5Y9/14），其他明度值的黃顏色都達(dá)不到這樣高的明度。,孟塞爾顏色立體5PB 、5Y的垂直剖面,孟塞爾顏色立體的明度值為5的水平剖面,明度值為5的條件下： 紅（5R5/12）的彩度最高，黃顏色最高的彩度僅為6（5Y5/6）,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)20 。,孟塞爾明度,孟塞爾明度等級(jí)是由視覺實(shí)驗(yàn)得到的,孟塞爾第

15、10級(jí)明度值的亮度因數(shù)： Y =100 Y/YMgO =100 / 97.5 % = 102.57,孟塞爾色調(diào)和彩度,CIE l931色度圖上表面色的恒定色調(diào)軌跡圖,具有相同色調(diào)和彩度，不同明度的顏色樣品，在CIE 1931色度系統(tǒng)中會(huì)有不同的主波長和彩度 。,CIE l931色度圖上表面色的恒定飽和度軌跡,在視覺上相等的飽和度差別在CIE 1931色度圖上并不等距。,1. RGB模型,用色光的三原色來描述物體色的特征。 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28（取值范圍為0255），規(guī)定數(shù)值越大，所表示的顏色越明亮。 三原色各自組合，得到224167772

16、16種顏色。 以黑色為原點(diǎn)，紅（R）、綠（G）、藍(lán)（B）三個(gè)方向?yàn)樽鴺?biāo)軸，建立一個(gè)三維坐標(biāo)體系，以R、G、B的最大值為邊長，在坐標(biāo)體系中就可得到一個(gè)RGB顏色立方體模型 。,三、 數(shù)字標(biāo)樣的使用,不同量的R、G、B混合，可產(chǎn)生不同的顏色。 三原色以最大值等量混合，產(chǎn)生白色（255，255，255） 由黑色原點(diǎn)（0，0，0）到白色點(diǎn)的連線，代表不同明暗程度的灰色 。,2. CMYK模型,CMYK 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)白光照射到半透明油墨上時(shí)，部分光譜被吸收，部分被反射回眼睛。 因此CMYK模型的基礎(chǔ)是減色，而不是加色。 是印刷油墨形成的顏色空間，也是四色打印的基礎(chǔ)。,三個(gè)坐標(biāo)軸分別代表青色 (C)、品紅 (M) 和黃色 (Y) 在右側(cè)，以一個(gè)縱向軸表示黑色分量(K)。 C、M、Y、K的變化值均為0100 。,3. HSB模型,HSB 模型基于人類對(duì)色彩的感覺，有三個(gè)描 述顏色的基本特征： 色調(diào)H（Hue）:在 0到 360的標(biāo)準(zhǔn)色輪上，色調(diào)是沿著圓周方向變化的。0或360紅色、60黃色、120綠色、180青色、240藍(lán)色、300品紅色 。 飽和度S（Saturation）: