基于圖像處理教學過程中色彩定量的分析與實踐

摘要：數碼相片在屏幕顯示與實際輸出是不同的色彩體系。使得人們在實際操作中產生錯覺；RGB、CMY、HSB色彩表示方法與傳統的色彩理論：Ostwald、Munsell和CIE怎樣在現代圖形圖像軟件中能有機的結合?使得數碼影像的調校更加科學、合理。

關鍵詞：數碼相片色彩體系色彩數字化數字窗口處理方法

數碼相機成像原理就是光電效應，目前市場上常見數碼相機的成像器件有CCD(電荷偶合器件)和CMOS(互補金屬氧化物半導體)兩種，CCD或CMOS負責把鏡頭照到它上影像按三基色分別轉換為電荷，再通過模／數轉換器(A／D)芯片轉換成RGB(紅、綠、藍)數字信號，然后將信號送到處理器(DSP)處理，最后存儲到存儲卡上的是一幅由RGB數字(0-255)描述的點陣(像素)二維圖。

在處理數碼影像時我們大多數是以電腦的顯示屏所顯示的效果為參照：筆者認為屏顯是一種感性的帶有不確定性，屏幕所顯示色彩效果既不是數碼相片的本身效果，也不是打印或沖印出來的實際效果。現在我們來分析一下原因：

1、色彩體系定義不同：RGB是色光加色體系。也是電腦屏幕的顯色體系；而打印或沖印是CMY(品、青、黃)染料減色體系，RGB體系的色域是2563=16，777，216種顏色而CMY體系的色域是1013=1，010，301種顏色，所以在電腦屏幕上所能顯示的色彩從理論上講只有近1／16能顏色染料打印或沖印出來。

2、電腦屏幕顯色調校不同：不同顯卡和不同的品牌的顯示器再加不同的用戶偏好，可以說相同的數碼影像在不同的電腦顯示器上顯示效果都不一樣。

色彩表示體系有Ostwald、Munsell和CIE、日本色彩研究所等四種，皆是以三個數字(RGB、CMY、HSB、lab)來表示某一色彩。適用于染色物、涂裝物、陶瓷物等類均一表面色的物品，不能表現透明、半透明的顏色。

數碼影像在相機或電腦顯示屏上顯示屬于RGB方式涂裝(主動發光)，打印或沖印出來的相片屬于CMY方式的染色(被動反光)。

下面就以常用的Adobe Photosho為例來一一舉例分析說明。

在拍攝過程中，由于種種原因使得所拍攝的影像存在或多或少的不足，特別是在曝光上存在誤差會使得影像在明度、色彩及反差等方面都沒有正確還原景物的本來面目。

1、修正曝光誤差：即調整影像色階：Adobe Photoshop中的Ctrl+L

色階是表示圖像亮度強弱的指數標準，也就是我們說的色彩指數。圖像的色彩豐滿度和精細度是由色階決定的。色階指亮度，和顏色無關。但最亮的只有白色，最不亮的只有黑色。色階表現了一副圖的明暗關系。如：24位色的RBG空間數字圖像，其每個單色為8位，數字分布用28(即256)個梯階表示紅藍綠，每個顏色的取值都是0－255，理論上共有256～256x256種顏色。色階圖只是一個直方圖。用橫坐標標注質量特性值，縱坐標標注頻數或頻率值。各組的頻數或頻率的大小用直方柱的高度表示的圖形：可將各種類型的數據

繪制成此圖表。在數字圖像中，色階圖是說明照片中像素色

調分布的圖表，是可以在后期重新構建影像的明暗關系。

2、修正偏色(色彩平衡)：也就是調校：AdobePhotoshop中的Ctrl+B色溫平衡指的是組成影像的三基色與三原色對應平衡比例關系。導致影像偏色的原因很多：曝光誤差、白平衡誤差、環境色等。問題的關鍵是你怎樣確定是否偏色?偏了多少?是怎樣偏的?由于前面所講原因。單從屏幕顯示上是無法進行定量調校的。

所以找到畫面中的絕對黑、白點來對比調校才是校色的關鍵。如頭發、明顯的白色物體等，另外在調校影像時一定要打開Adobe Photoshop中的“信息”窗口。

3、調整影像的亮度與對比度

對比度就是指反差：影像的明暗對比及影調關系。在前面的調校中，調整色階好像也調整了亮度，但意義不同：

色階修正的是曝光：分別調整的是：暗部／亮部／中間調(18％標準反光率)的亮度是否標準。而亮度，對比度中調整“亮度”是整體(全畫面)的亮度值B(HSB中的B)，“對比度”調整的是亮部與暗部的對比關系。

在這項調整中，同樣以奧氏色彩理論為依據：最高的“白”RGB值是不大于227，最低的“黑”RGB值是不小于9。

如果影像的反差過大或亮部與暗部比例太大；可通過適當的調整“高光與暗調”來解決(8.0版本以上)。

4、調整色彩的飽和度：也就是調校：Adobe Photoshop中的Ctrl+U。

在調整色相和飽和度中，可調整整體也可單獨調整某一個單色：紅、黃、綠、青、藍、品(洋紅)。

在這項調整中，也要打開Photoshop中的信息窗口，把信息右方顯示方式從RGB切換成HSB。

在前面的調校中，影像的整體H色相、B明度均已做好調校。在該項調校中主要針對三原色(RGB)和三基色(CMY)中的任意一個單獨的強調(夸張)或改相(色彩傾向)；而不會影響其它5個色彩。

在CIE顯色體系中，所有的色彩純度S都可達到100％，但是，染料的最大純度是按孟塞爾色彩體系中色樹排列的：紅HOS91％B93％、橙H33S95％B97％、黃H57S100％B100％、綠H120S57％B75％、藍H2A0S63％B60％、紫H285S74％B50％。也就是說各種色彩能輸出的最高純度是各不相同的，也沒有一定的規律性。

所以在調校色彩純度時，要看是否超越了染料的色域，當用吸管工具吸取已調好的某一色彩時，點擊拾色器：如出現警告提示則說明超越了輸出色域。

現代數字化色彩正是以此為基礎，但由于屏幕顯示與實際輸出是不同的色彩體系，使得人們在實際操作中產生錯覺：怎樣把傳統的經典色彩理論與現代的數字色彩表示方法相結合，是影像工程、圖形圖像等專業的色彩工作者需要進一步探討的新領域。