计算机色彩基础

计算机色彩基础

第2章计算机色彩基础2.1颜色的形成2.2印前色彩2.3色彩三属性2.4计算机色彩模式2.5位深度与色域2.6数字图像色彩应用\n教学目标:了解颜色的形成。掌握印前色彩的有关知识。了解计算机的各种色彩模式。掌握数字图像色彩的应用。\n颜色是一种奇异的现象，颜色是光照射物体后被观察者感受的结果。颜色的形成与光是分不开的，光由亿万个不同波长的电磁波组成。当光照射物体时，物体表面吸收部分光波并反射，当反射光被观察者接收，观察者的大脑将形成一定的光波感受，这种感受显现为特定的颜色。光源、物体和观察者是颜色显现的三要素，三者缺一不可，如图所示。2.1颜色的形成\n2.1.1光2.1.2物体2.1.3观察者\n2.1.1光颜色是光的一部分，光由亿万个电磁波组成，电磁波在空气中移动就像池塘中的水波一样。每一波段有不同的大小，以波长来表示。波长是两个相邻波峰之间的距离，以纳米（nm）或百万分之一毫米作为单位。当这些波段刺激人的视觉，就使人眼睛中的感光细胞兴奋，在脑中产生颜色的感觉。不同的波长（或不同波长的组合）刺激产生不同颜色的感觉。因为自然光是由这些光构成的，它们合在一起是无色的，但经过折射，由于波长和衍射角、折射角不同，发生色散，于是几种光就显现出来了。\n2.1.2物体物体刺激人眼产生颜色的感觉有3种方式，发射光、反射光和透射光物体。（1）发射光物体。例如太阳和人造光源，直接发射可见光。（2）反射光物体。其表面能吸收光波的某些波长能量并反射其他波长。（3）可被透射光物体。例如大气、水、玻璃等，这些物体允许光穿过它们，但其中一些波长的能量被分子或微粒吸收。光所穿过物体的整个厚度或深度也影响穿过光波能量的百分比。光波穿过物体的百分比被称为透射率。\n2.1.3观察者在介绍光源和物体属性时，已经涉及了一些观察者的因素。首先，光波进入眼睛的瞳孔，瞳孔扩大或缩小以调整允许进入的光的数量，然后光波刺激视网膜，视网膜上密布着感光细胞和神经元，这些感光细胞对可见光刺激作出响应，通过神经元传送信号给大脑中颜色感受区域。感光细胞中的一些对红色较敏感，另一些对绿色较敏感，还有一些则对蓝色较敏感。这3类细胞称为锥状细胞，其他细胞称为柱状细胞，它们只对黑色和白色敏感。观察者对颜色的感觉也会受年龄、眼睛疲劳或其他生理因素的影响，对不同颜色描述为不同名称。\n2.2印前色彩2.2.1光源色2.2.2计算机显示器屏幕颜色本节来介绍印前色彩的理论及实际的应用方式。2.2.3印刷色\n2.2.1光源色自然界中的白色光是由红（Red）、绿（Green）、蓝（Blue）3种波长不同的颜色组成的，即RGB三原色。人们看到的红花，是因为绿色和蓝色波长的光线被物体吸收，而把红色的光线反射到人们的眼睛里。同样的道理，绿色和红色波长的光线被物体吸收而反射蓝色，蓝色和红色波长的光线被物体吸收而反射绿色。3种原色中的任意两种颜色相互重叠都会产生间色，即红和绿混合成黄色、红和蓝混合成洋红色、蓝和绿混合成青色。这3种原色相互混合会形成为白色，因此又称为“加色法三原色”。我们平常所说的7色或6色光谱也是通过三原色而得到的。\n2.2.2计算机显示器屏幕颜色计算机显示器屏幕颜色属于光源色，是经由二进制数位——位元（Bit）的计算和组合而来。在屏幕上图像的呈现有黑白和全彩两种形式，黑白图像是最简单的色彩结构，在屏幕上用１位元来表示，虽说只有黑色和白色，但在计算机的屏幕上仍能透过疏密的光点矩阵排列，将黑与白组合成视觉上的灰色阶调。灰阶（Grayscale）的影像共有256个阶调，看起来类似传统的黑白照片，除黑、白二色之外，还有254种不同深浅的灰色，计算机必须以8位元来显示这256种阶调。\n全彩（Fullcolor）是指RGB三色光所能显示的所有颜色，每一色光以8位元表示，各有256种阶调，三色光交互增减，就能显示24（Bit）的1677万色，这个数值就是计算机屏幕所能表示的最高色彩。每一位元色包含的颜色数目如下所示。1位包含2种颜色。2位包含4种颜色。4位包含16种颜色。8位包含256种颜色。\n16位包含65536种颜色。24位包含1677万种颜色。32位包含1677万种颜色和256级灰度值。36位包含687亿种颜色和4096级灰度值。显示器屏幕中所显示的颜色都是通过红色（RED）、绿色（GREEN）、蓝色（BLUE）这三原色的混合来显示的，将显示器的这种颜色显示方式统称为RGB色系或颜色空间。\n2.2.3印刷色印刷品上的颜色是通过油墨显现的，不同颜色的油墨混合产生不同的颜色效果。油墨本身并不发光，它是通过吸收（减去）一些色光，而把其他色光反射到人们的眼睛里产生颜色效果。洋红、青色、黄色又称为“减色法三原色”。印刷制版是通过4种颜色进行的，即洋红（Magenta）、青色（Cyan）、黄色（Yellow）和黑色（Black）。其中黑色并不是由100%的洋红、青色和黄色混合产生的，这3种颜色相互混合只能产生一种深褐色。\n2.3色彩三属性色彩具有3种属性，即色相、明度、彩度。三者之间既相互独立，又相互关联、相互制约，共同形成一种颜色或一组色彩关系。色彩的属性变化可以产生色彩调和感觉，也能产生不同的心理效应。1、色相色相（Hue）是颜色的面貌，决定于反射光或透射光的波长。根据波长的不同，产生不同的色彩面貌，如红、蓝、黄、绿等。\n2、明度明度（Value）是指色彩的亮度，由于物体反射同一波长的光亮有所不同，使色彩的深浅（明暗）有了差别。3、彩度彩度（Chroma）是指色彩的鲜艳度或色彩呈现的完整程度，可以用数值来表示。在色彩中加白、加黑或加与色相明度相同的灰，都可使彩度降低。各种色彩不仅明度不同，彩度值也不相同，红或黄的彩度最高，而蓝、青、绿的彩度较低。\n2.4计算机色彩模式计算机色彩模式是由色彩的3个属性和其中可见光子集的描述共同组合而成的一种虚拟的三维空间。色彩的3个参数在对应的三维空间用色量的均匀变化互相交织在一起，也就构成了一个理想的色域空间，在色域空间中的任何一个点位置都表示某一种色彩。计算机色彩模式能够方便用户对色彩进行分类、命名、比较、测量和计算等。\n自然界中的色彩千变万化，利用计算机准确地表示某一种颜色就要使用色彩模式，而作品设计的最终应用目的又有不同的色彩模式可供选择，最常用的色彩模式有HSB、RGB、CMYK以及CIELab色彩模式，在具体的计算机软件中也有一些称为色彩模式的选项，如黑白位图、灰度、索引颜色等，其中RGB、CMYK是两种专门面向计算机数字艺术设计和出版印刷的色彩模式，认识一这些色彩模式会有助于用户在设计中准确把握色彩。\n2.4.1HSB模式2.4.2RGB模式2.4.3CMYK模式2.4.4Lab模式2.4.5其他色彩表述方式2.4.6色彩模式的转换\n2.4.1HSB模式HSB是H（Hue，色相）、S（Saturation，饱和度）、B（Brightness，亮度）3个英文的缩写，也就是色彩三属性，HSB色彩模式是用色彩的三属性来描述颜色。由于HSB模式能直接体现色彩之间的关系，所以非常适合于色彩设计，绝大部分的设计软件都提供了这种色彩模式，如图所示Windows的系统调色板也是采用这种色彩模式。\n上面这种调色板属于“基于明度的HSB色彩模式”，另外还有两种HSB色彩模式，分别是基于色相的HSB模式和HSB色轮，如图所示。\n2.4.2RGB模式RGB色彩模式是用色光的三原色来描述物体色彩特征的，在计算机数字艺术的图像色彩处理中，RGB色彩模式是数码相机、扫描仪、投影仪、显示器等数字外接设备常用的色彩模式。RGB色彩模式就是红（Red）、绿（Green）、蓝（Blue）3种色光原色，RGB色彩模式的混色属于加法混色。每种原色的数值越高，色彩越明亮，R、G、B都为“0”时是黑色，数值都为“255”时是白色。\n2.4.3CMYK模式CMYK色彩模式和RGB色彩模式在性质上是不同的，RGB是加色混合的色彩模式，而CMYK是减色混合的色彩模式，CMYK色彩模式是在印刷行业中使用的一种数字输出色彩的色域空间，它是用数字信号引导油墨颜料在承印物上形成的以反射光为媒介的色彩。CMYK分别是青色（Cyan）、品红（Magenta）、黄色（Yellow）和黑色（blacK）4种油墨色，每一种颜色都用百分比来表示，而不是RGB那样的256级度。\n2.4.4Lab模式Lab色彩模式并不为很多人所认识，Lab的色彩理论是建立在人对色彩感觉的基础上的，在一个物体中，红色和绿色两种原色不能同时并存，黄色和蓝色两种原色也不能同时并存。Lab中的数值描述正常视力的人能够看到的所有颜色，因为Lab描述颜色的显示方式，而不是设备（如显示器、桌面打印机或数码相机）生成颜色所需的特定色料的数量，所以Lab被视为与设备无关的颜色模式。色彩管理系统使用Lab作为色标，将颜色从一个色彩空间转换到另一个色彩空间。\n2.4.4Lab模式Lab从亮度或其明度成分（L）及以下两个色度成分的角度描述颜色：a成分（绿色和红色）和b成分（蓝色和黄色）。在很多专业的设计软件中，都提供有Lab色彩模式。另外还有一种24位真彩色格式的图像是采用Lab模式的，这种24位真彩色和RGB的24位真彩色有很大的差别。在目前通用的点阵图文件格式中，只有TIFF格式支持Lab24位真彩。\n2.4.5其他色彩表述方式除了以上4种色彩模式之外，在计算机软件中常用的还有其他几种色彩表述方式，分别介绍如下。1、灰度模式（Grayscale）灰度模式的数字图像是由黑、白以及各种不同深浅的256级灰度构成的，也就是类似与常见的黑白照片。可以将彩色照片转换成灰度模式，以便来表现和查看数字图像丰富的灰度层次，但转换后数字图像色彩消失，且不可再转换成原图那样具有丰富色彩的模样。但是一幅灰度数字图像在转变成RGB或CMYK模式后可以给图像增加色彩。\n2、黑白位图模式（Bitmap）该模式的图像由黑白两色构成，类似于常见的黑白木刻版画，位图模式的图像不能使用编辑工具对其进行编辑，只有灰度模式的图像才能够转变成Bitmap模式。由于黑白位图模式的图像只记录了黑白两个颜色，所以文件的数据量很小。3、索引模式（Index）索引颜色模式是网页以及动画文件常用的数字色彩图像模式，所以又叫图像映射色彩模式，这种模式的图像只有256种颜色。\n4、双色调模式（Duotone）双色调模式是一种由两色、三色或更多色彩的色点来描述灰色模式图像的一种色彩表述方式，该模式图像的效果类似于用彩色铅笔绘制的素描效果，它所呈现出的图像的明暗层次和清晰度比灰度模式的图像要好很多。由于双色调模式是由两色、三色或更多颜色的色点来描述灰色模式图像的色彩表现方式，所以并不是所有的图像都可以直接转换成双色模式，对于RGB、CMYK或其他模式的图像，只有先将图像转换成灰度模式之后才能够再转换成双色调模式。\n2.4.6色彩模式的转换不同的色彩模式适合于不同情况下的数字色彩和图像的处理，在实际应用中根据不用的应用目的，经常需要将这些色彩模式进行转换。当把RGB图像的色彩转换成CMYK之后，图像会损失一部分色彩，是因为RGB是光色加色模式，比CMYK有更加广阔的色彩表现空间，在色彩模式转换的过程中，色彩的表现空间变小了，所以需要抛弃掉RGB的一些色彩来适合狭小的色彩表现空间。在实际的图像处理过程中，为了避免过多的色彩丢失，最好是把所有的图像全部处理完成后再把RGB色彩模式转换成CMYK色彩模式。\n因为RGB色彩模式的图像要比CMYK色彩模式的图像文件小的多，所以处理图像时的计算速度也会快很多。在处理Lab色彩模式的图像时，图像不会受设备的干扰，其处理速度也非常快，所以有经验的图像处理工作者，一般都是先把图像转换成Lab色彩模式进行处理，这样可以节省很多时间，等所有图像处理工作全部完成后，再把图像转换成需要的色彩模式，这样在保证处理速度的前提下，还减少了由于色彩模式的频繁转换而造成的色彩损失。当把RGB或CMYK色彩模式转换成灰度模式时，实际上是把彩色图像的相关信息整合到在了一\n个灰度体系中，形成的灰度图像同样还保留着RGB和CMYK色彩模式中所有色彩的明度值，因此在图像的明度层次和清晰度上不会发生变化，而图像文件却小的多。对于索引颜色模式是计算机筛选基本色彩的一种方法，它根据用户对所要保留的图像色彩设定而去除其他色彩，使色彩更加精练化。索引色彩只能以RGB色彩模式来进行转换，而对于灰度、Lab和CMYK色彩模式的图像是无法直接进行索引转换的，所以在转换之前，需要把这些模式的图像先转换成RGB色彩模式之后，再进行索引色彩转换。\n2.5位深度与色域2.5.1位深度2.5.2色域计算机之所以能够表示图形，是采用了一种称作“位”（bit）的记数单位来记录所表示图形的数据。当这些数据按照一定的编排方式被记录在计算机中，就构成了一个数字图形的计算机文件。数字图形在未显示之前是储存于计算机中的一组不可见的电子信号，用来描述它的记数单位“位”（bit），也是一种看不见的量，它不具有视觉上的长宽和大小。\n2.5.1位深度位深度即颜色深度（ColorDepth），是用来度量图像中有多少颜色信息可用于显示或打印像素，其单位是“位（bit）”，所以颜色深度有时也称为位深度。常用的颜色深度是1位、8位、24位和32位。1位有两个可能的数值，即0或1。较大的颜色深度（每像素信息的位数更多）意味着数字图像具有较多的可用颜色和较精确的颜色表示。因为一个1位的图像包含2的一次方种颜色，所以1位的图像最多可由两种颜色组成。\n在1位图像中，每个像素的颜色只能是黑或白；一个8位的图像包含2的8次方种颜色，或256级灰阶，每个像素可能是256种颜色中的任意一种；一个24位的图像包含1670万（2的24次方）种颜色；一个32位的图像包含2的32次方种颜色，这种图像可能是一个具有Alpha通道的24位图像，也可能是CMYK色彩模式的图像，这两种情况下的图像都包含有4个8位的通道，图像色彩模式和色彩深度是相关联的。\n事实上，目前的计算机或其他显示设备只能显示RGB色彩，即2的24次方真彩色，大于这个数值的色彩位深度是“不真实”的，也不能完全表现出来。如Phtoshop中有一幅（16bit）的图片，它的每个颜色通道是16bit，也就是2的32次方，色彩位深度是32，Phtoshop的很多工具和命令都不能对它起作用。\n2.5.2色域色彩空间包含的颜色范围称为色域。整个数字图像处理工作流程中用到的各种不同设备（计算机显示器、扫描仪、桌面打印机、印刷机、数码相机）都在不同的色彩空间内运行，它们的色域各不相同。某些颜色位于计算机显示器的色域内，但不在喷墨打印机的色域内；某些颜色位于喷墨打印机的色域内，但不在计算机显示器的色域内。无法在设备上生成的颜色被视为超出该设备的色彩空间，换句话说，该颜色超出色域。在特定工作空间内编辑图像时，如果遇到超出色域的颜色，Photoshop会显示警告信息。\n2.6数字图像色彩应用2.6.1数字图像配色的方法2.6.2色彩对人的心理影响理解计算机色彩形成的基本理论知识是学习数字图像处理工作的重点，但同时还要掌握一定的色彩搭配方法和色彩对人的视觉及心理影响。本节来学习数字图像的配色方法和数字图像色彩对人的心理影响。\n2.6.1数字图像配色的方法数字图像处理和设计的色彩搭配在色彩设计艺术中占有非常重要的地位，一幅精彩的平面设计作品与其色调的运用有着密不可分的关系。下面介绍平面设计的色彩基本配色方法。1、暖色调配色以红、黄、橙等暖色色彩组合成的色调称为暖色调。暖色调常用的颜色有红色、黄色、褐色和紫色等。\n图所示为以暖色调为主色调设计的作品。\n2、冷色调配色以蓝、绿等冷色色彩组合成的色调称为冷色调。冷色调常用的颜色有蓝色、绿色等，图所示为以冷色调为主色调设计的作品。\n3、对比色调配色以对比比较鲜明的色彩（如红与绿、黄与紫、蓝与橙等）组合而成的色调称为对比色调。对比色调的作品画面视觉效果强烈，具有愉快、热烈的气氛，但在使用过程中要注意对比色面积大小的区分，要有主次轻重，不可面积相等运用，而且要有疏密安排。几个色的明度也不能过于接近，应该有强弱之分，不然画面会显得杂乱，不能获得明朗的效果，万绿丛中一点红即为此道理。\n图所示为以对比色调设计的作品。\n4、调和色配色色彩调和是指将两种或两种以上的色彩组合在一起时产生的既协调又统一的视觉效果。调和可以使有明显差别的色彩变得协调统一。日常生活中，有的物品色彩搭配得非常协调、雅致，令人陶醉，而有的却低俗、乏味。单一的颜色无所谓协调，只有在几种颜色具有基本的共同性或融合性时，才会变得协调。以纯度较高的红色与绿色为例，红与绿是两种对立的色彩，也就是我们常说的对比色，假如将面积相同的红色和绿色放置在一起，视觉会感到太刺眼，很不舒服；如果在这两种纯度都很高的对比色中加入相同量的其他颜色，如白色或黑色，或者将红色面积减小，这时我们的视觉会变得很舒服，这就是调和色配色的结果。\n图所示为以调和色配色设计的作品。\n5、亮色调配色画面背景留有大面积空白或在主体色中调和进白色来增加画面的亮度，使画面较为明亮的色调称为亮色调。亮色调分为暖色亮调、冷色亮调、对比色亮调等。在具体运用时，要注意背景白色面积的大小以及白色调和进其他颜色的数量，以免造成画面苍白无力的感觉。\n图所示为以亮色调配色设计的作品。\n6、暗色调配色画面背景以黑色为主或在主体色中调和进黑色来增加画面的沉稳性和神秘感，使画面较为灰暗的色调称为暗色调。暗色调也可以分为暖色暗调、冷色暗调、对比色暗调等。在具体运用时，要注意背景黑色面积的大小以及黑色调和进其他颜色的数量，以免造成画面太黑暗的感觉。\n图所示为以暗色调配色设计的作品。\n2.6.2色彩对人的心理影响每一种颜色都有其自身的颜色性质，不同的色彩给人的心理感受也是不同的。在平面设计中合理地运用色彩，能给人带来良好的心理感受，从而达到捕捉人们注意力的目的。1、冷、暖色对人的心理影响色彩的冷暖是通过人们的知觉和心理感受产生的，这是人们在生活中慢慢积累的一种心理经验。例如人们看到红色、橙色时都有一种温暖的感觉，因为红色和橙色都是一种刺激性很强、引人兴奋并能留下深刻印象的色彩。而看到蓝色、紫色时就会产生寒冷的感觉，因为蓝色、紫色往往和夜空、海水、冰、雪等联想在一起。\n2、色彩的平衡明度较浅的颜色与明度较深的颜色搭配在一起时，浅色感觉很轻，而深色感觉很重，这是因为色彩在视觉上有轻重的感觉。色彩的轻重感是根据色彩的明度高低而产生的，例如相同明度的两种色彩搭配时，彩度较高的颜色在视觉上感觉较轻。平面设计中的颜色平衡就是把这种轻重悬殊很大的颜色合理搭配，使之在设计中让人感觉舒服、稳定。在设计时还要注意平衡轻色与重色的关系、膨胀色与收缩色的色性。\n3、色彩的华丽与朴素在色彩体系中，彩度较高的颜色会显得华丽，彩度较低的颜色则显得朴素。在无彩色体系中，黑、白、灰显得朴素，金、银显得华丽。4、色彩的象征和联想根据人们的生活经验和对色彩的心理感受，每种颜色都有一定的象征性。红色：红色代表爱情、活力、通俗、豪华、行动，把它运用在商品广告设计中，会使商品显得新鲜，充满活力，给人一种光明愉快的感觉。在广告中成功的例子很多，如可口可乐、肯德基、麦当劳等。\n橙色：橙色也是使人激奋的色彩。橙色代表活泼、热闹、温馨，一般用在食品类的广告中。黄色：黄色是一种欢快的色彩，带有少许的兴奋性质，在广告中以食品类用得最多。绿色：绿色是介于冷暖两色的中间色彩，象征宁静、青春、和平、自然、安全、纯情。绿色在广告中的成功例子有富士胶卷包装设计等。蓝色：蓝色代表宁静、清爽、理智、保守等，在药品及冷冻食品广告中用得较多。紫色：紫色代表神秘、高贵、威严，是很难运用的色彩，在女性化妆品广告中用得较多。\n白色：白色是纯洁的颜色，代表和平、清洁、无污染，运用时要注意其易玷污性。黑色：黑色表现高级、雄壮、高雅、朴素、有深度等强烈的个性特点。银色：银色是带金属光泽的色彩，代表冷静、优雅、高贵等，印刷成本较高，因此多在高级物品及礼品的包装上使用。金色：金色是带金属光泽的色彩，属于暖色系，代表富贵、华丽、丰富、气派等，也是印刷成本较高的色彩，一些高级物品如酒、烟及各式礼盒等使用最多。