對比色配色方案數字化生成技術的研究

劉正岐+郭濤

摘 要：以RGB顏色模式為例，以九宮格為生成對比色目標，利用全組合算法建立數字化配色方案模型，根據不同基值對結果進行設置，完成了無限組合配色方案的有限生成方案。為配色方案圖譜提供了一種便捷的生成算法，適合網頁設計、平面設計、服裝設計，甚至在服裝搭配、家居設計和家具搭配等方面都具有應用價值。

關鍵詞：數字化配色方案;圖像處理;全組合算法;對比色

中圖分類號：TP311 ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? 文章編號：2095-1302（2014）12-00-02

0 ?引 ?言

所謂配色，就是色彩按照形式美的法則搭配，達到一種和諧一體的效果。在實際應用中，色彩是通過人的印象或者聯想來產生心理上的影響，通過簡單的色譜很難實現這一點，這些藝術通感形成的多種多樣的法則如對稱、均衡、節奏、韻律、對比、比例、主從、尺度、明暗、虛實、多樣統一等。而配色的作用就這在這些法則的指導下，通過特定環境和方式的展示來滿足人們各方面的要求[1]。

配色主要有兩種方式，一是直接通過固定色彩的對比達到配色的效果;另一種是通過色彩的變換給人以心理層面感觀傳達，從而達到配色的效果。各種配色方案的組合是無窮的，不可能全部羅列[2]。

本文通過計算機光學原理進行分析，針對對比色的配色方案的生成技術進行研究，利用RGB色彩的數字化變換、全組合編碼算法等技術在九宮格中實現對比色無限組合的有限自動生成方案。

1 ?數字化配色方案原理

光學三原色是由紅、綠、藍組成，顏料三原色由紅、黃、藍組成，由于計算機對于色彩是基于色光處理，而其色彩模式有RGB、CMYK、LAB、HSB等。本文以RGB顏色模式為例，利用全組合編碼算法建立數字化配色方案模型，實現對比色配色方案的自動生成[3]。

2 ?色彩模型分析

2.1 ?對比色基本圖譜

對比色配色方案基本圖譜一般是“回”字形，用數字化定義可采用九宮格來實現。主色在九宮格中央，背景色分布在周圍，在視覺上形成“回”字形圖譜[4]。為研究方便，在圖譜的下面6個單元格分別標注主色和背景色的數值，如圖1所示：

圖1 ?對比色基本圖譜數字化模型

2.2 ?配色方案基值

如果按照等差數列的方式生成配色方案，則需要分析RGB的數值范圍：

R：[0，255] ? G：[0，255] ? ?B：[0，255]

24位RGB顏色發色數是1 677萬多色，其中R、G、B的數值都在0～255之間，通過R、G、B的等差增長來實現全組合配色方案。若選用128做為公差，那么R、G、B分別可以選擇0、128、255三種數值，其單色全組合需要27種。因為對比色是由主色和原色構成，那么配色方案需要27*27=729種。可以這樣定義：

設公差為c，分段數為int（255/c），必須包括首尾0和255，則增量n為int（255/c+2）;

主色（或原色）總數S為：S=3^int（255/c+2）;

對比色配色方案數N= S* S=3^（int（255/c+2）+int（255/c+2））;

根據全組合編碼算法，R/G/B的計算為：（ΔR/G/B Mod 3）*c

主色（或原色）的數值為：RGB（（ΔR Mod 3）*c，（ΔG Mod 3）*c，（ΔB Mod 3）*c）

但是公差不一定是255的約數，尤其是以二進制為基礎的計算機中，如32、64、128都是以2為底的n次方的數值，這些數值一般很容易做為公差，這樣增量的計算以及ΔR/G/B要均勻的分布時，存在誤差修正的問題。

2.3 ?公差為128時的誤差修正

當128做為公差時，按照上述要求在等差數列中必須包括0和255，根據公式計算ΔR/G/B =n*128。0為初值， n為0～2，ΔR/G/B 計算結果如下：

0*128=0;1*128=128;2*128=256。

計算結果0，128，256為等差數列，但是顯然256溢出。

如果對公式進行修正ΔR/G/B =n*128-1，ΔR/G/B 計算結果如下：

0*128-1=-1;1*128-1=127;2*128-1=255。

計算結果-1，127，255為等差數列，雖然255在數值范圍內，但是顯然-1溢出了。

所以需要引入誤差修正及特殊處理方能達到效果：公差c增加-0.5的誤差修正，利用Round函數進行四舍五入，則ΔR/G/B =Round（n*（128-0.5）+0），計算結果如下：

Round（0*（128-0.5）+0）=0;

Round（1*（128-0.5）+0）=128;

Round（2*（128-0.5）+0）=255

計算結果為0，128，255均在RGB數值范圍內。

2.4 ?公差為64時的誤差修正

同理，公差為64時，公差c增加-0.16的誤差修正，整體增加0.13，利用Round函數進行四舍五入，則ΔR/G/B =Round（n*（64-0.16）+0.13），計算結果如下：

Round（0*（64-0.16）+0.13）=0;

Round（1*（64-0.16）+0.13）=64;

Round（2*（64-0.16）+0.13）=128;

Round（3*（64-0.16）+0.13）=192;

Round（4*（64-0.16）+0.13）=255;

計算結果0，64，128，192，255均在RGB數值范圍內。

3 ?全組合編碼公式在配色方案中的應用

為研究方便，在圖譜的下面單元格中分別標注主色和背景色的RGB數值。主色和背景色都對應了RGB三個顏色，每個顏色都要按照公差進行擴展，當分段數增量為n時，6個數值都要擴展n次，也就是6個數值都有n個選擇，按照排列組合來說，配色方案共有n^6種情況[5]。配色方案的擴展算法如下：

ΔR=R增+Round（n*（c+誤差修正）+總修正）

ΔG=G增+Round（n* （c+誤差修正）+總修正）+Round （n*（c+誤差修正）+總修正）*255

ΔB=B增+Round（n* （c+誤差修正）+總修正）+Round （n*（c+誤差修正）+總修正）*255+Round（n*（c+誤差修正）+總修正）*255*255

計算色彩總偏移量按照上面的算法可以得到當前顏色YRGB：

YRGB=ΔR/G/B+ΔR*Rd+ΔG*Rd*Rr+ΔB*Rd*Rr*Rb

4 ?配色方案自動生成算法

4.1 ?數據定義

Dim A_T As Double

Dim S_Code1 As Double

Dim S_Code2 As Double

Dim A1_T As Double

Dim A2_T As Double

按照對比色基本圖譜數字化模型進行定義，根據公差64對RGB進行擴展，如圖2所示。

圖2 ?公差64的對比色配色方案

4.2 ?配色方案生成算法

A_T = （2 ^ （Int（Text6.Text） - 1）） * （8 ^ （Int（Text5.Text） - 1）） * （4096 ^ （Int（Text7.Text） - 1））

S_Code1 = S_Code - Int（S_Code / （2 ^ 27）） * （2 ^ 27）

S_Code2 = Int（S_Code / （2 ^ 27））

A1_T = A_T - Int（A_T / （2 ^ 27）） * （2 ^ 27）

A2_T = Int（A_T / （2 ^ 27））

c = （A1_T And S_Code1）

If （A1_T And S_Code1） = A1_T Then

Text8.Text = 1

Else

Text8.Text = 0

End If

If （A2_T And S_Code2） = A2_T Then

Text9.Text = 1

Else

Text9.Text = 0

End If

If （Int（Text8.Text） And Int（Text9.Text）） Then

Text4.Text = A_T & "0"

Else

Text4.Text = A_T & "255"

End If

5 ?計算結果

按照生成算法執行后，可自動得到對比色配色方案結果（共3 375個結果，中間結果省略）。

6 ?結 ?語

通過分析數字色光的特性，利用數字化技術和全組合編碼算法完成了以RGB顏色模式為基礎的對比色配色方案，配色方案以“回”字形為基本圖譜，按照九宮格形式完成了無限組合配色方案的有限生成方案。算法優化、高效，同時數值清晰，適合網頁設計、平面設計、服裝設計，甚至在服裝搭配、家居設計和家具搭配等方面都具有應用價值。

參考文獻

[1]郭濤，李芳芳.關于多媒體演示文稿色彩應用的研究[J].甘肅科技，2012，28（6）：16-19.

[2]張紅.多媒體教學中存在的問題及對策[J].安徽農業科學，2009，37（22）：10801，10811.

[3]劉正岐，郭濤.基于邏輯運算的多維數據全組合編碼算法研究[J]. 物聯網技術，2011，1（9）：41-44.

[4]藺世軍.多媒體課件制作的探索[J].中國科教創新導刊，2011（16）：159

[5]劉甘娜，朱文勝，付先平.多媒體應用基礎[M].2版.北京：高等教育出版社，2000.

Round（3*（64-0.16）+0.13）=192;

Round（4*（64-0.16）+0.13）=255;

計算結果0，64，128，192，255均在RGB數值范圍內。

3 ?全組合編碼公式在配色方案中的應用

為研究方便，在圖譜的下面單元格中分別標注主色和背景色的RGB數值。主色和背景色都對應了RGB三個顏色，每個顏色都要按照公差進行擴展，當分段數增量為n時，6個數值都要擴展n次，也就是6個數值都有n個選擇，按照排列組合來說，配色方案共有n^6種情況[5]。配色方案的擴展算法如下：

ΔR=R增+Round（n*（c+誤差修正）+總修正）

ΔG=G增+Round（n* （c+誤差修正）+總修正）+Round （n*（c+誤差修正）+總修正）*255

ΔB=B增+Round（n* （c+誤差修正）+總修正）+Round （n*（c+誤差修正）+總修正）*255+Round（n*（c+誤差修正）+總修正）*255*255

計算色彩總偏移量按照上面的算法可以得到當前顏色YRGB：

YRGB=ΔR/G/B+ΔR*Rd+ΔG*Rd*Rr+ΔB*Rd*Rr*Rb

4 ?配色方案自動生成算法

4.1 ?數據定義

Dim A_T As Double

Dim S_Code1 As Double

Dim S_Code2 As Double

Dim A1_T As Double

Dim A2_T As Double

按照對比色基本圖譜數字化模型進行定義，根據公差64對RGB進行擴展，如圖2所示。

圖2 ?公差64的對比色配色方案

4.2 ?配色方案生成算法

A_T = （2 ^ （Int（Text6.Text） - 1）） * （8 ^ （Int（Text5.Text） - 1）） * （4096 ^ （Int（Text7.Text） - 1））

S_Code1 = S_Code - Int（S_Code / （2 ^ 27）） * （2 ^ 27）

S_Code2 = Int（S_Code / （2 ^ 27））

A1_T = A_T - Int（A_T / （2 ^ 27）） * （2 ^ 27）

A2_T = Int（A_T / （2 ^ 27））

c = （A1_T And S_Code1）

If （A1_T And S_Code1） = A1_T Then

Text8.Text = 1

Else

Text8.Text = 0

End If

If （A2_T And S_Code2） = A2_T Then

Text9.Text = 1

Else

Text9.Text = 0

End If

If （Int（Text8.Text） And Int（Text9.Text）） Then

Text4.Text = A_T & "0"

Else

Text4.Text = A_T & "255"

End If

5 ?計算結果

按照生成算法執行后，可自動得到對比色配色方案結果（共3 375個結果，中間結果省略）。

6 ?結 ?語

通過分析數字色光的特性，利用數字化技術和全組合編碼算法完成了以RGB顏色模式為基礎的對比色配色方案，配色方案以“回”字形為基本圖譜，按照九宮格形式完成了無限組合配色方案的有限生成方案。算法優化、高效，同時數值清晰，適合網頁設計、平面設計、服裝設計，甚至在服裝搭配、家居設計和家具搭配等方面都具有應用價值。

參考文獻

[1]郭濤，李芳芳.關于多媒體演示文稿色彩應用的研究[J].甘肅科技，2012，28（6）：16-19.

[2]張紅.多媒體教學中存在的問題及對策[J].安徽農業科學，2009，37（22）：10801，10811.

[3]劉正岐，郭濤.基于邏輯運算的多維數據全組合編碼算法研究[J]. 物聯網技術，2011，1（9）：41-44.

[4]藺世軍.多媒體課件制作的探索[J].中國科教創新導刊，2011（16）：159

[5]劉甘娜，朱文勝，付先平.多媒體應用基礎[M].2版.北京：高等教育出版社，2000.

Round（3*（64-0.16）+0.13）=192;

Round（4*（64-0.16）+0.13）=255;

計算結果0，64，128，192，255均在RGB數值范圍內。

3 ?全組合編碼公式在配色方案中的應用

為研究方便，在圖譜的下面單元格中分別標注主色和背景色的RGB數值。主色和背景色都對應了RGB三個顏色，每個顏色都要按照公差進行擴展，當分段數增量為n時，6個數值都要擴展n次，也就是6個數值都有n個選擇，按照排列組合來說，配色方案共有n^6種情況[5]。配色方案的擴展算法如下：

ΔR=R增+Round（n*（c+誤差修正）+總修正）

ΔG=G增+Round（n* （c+誤差修正）+總修正）+Round （n*（c+誤差修正）+總修正）*255

ΔB=B增+Round（n* （c+誤差修正）+總修正）+Round （n*（c+誤差修正）+總修正）*255+Round（n*（c+誤差修正）+總修正）*255*255

計算色彩總偏移量按照上面的算法可以得到當前顏色YRGB：

YRGB=ΔR/G/B+ΔR*Rd+ΔG*Rd*Rr+ΔB*Rd*Rr*Rb

4 ?配色方案自動生成算法

4.1 ?數據定義

Dim A_T As Double

Dim S_Code1 As Double

Dim S_Code2 As Double

Dim A1_T As Double

Dim A2_T As Double

按照對比色基本圖譜數字化模型進行定義，根據公差64對RGB進行擴展，如圖2所示。

圖2 ?公差64的對比色配色方案

4.2 ?配色方案生成算法

A_T = （2 ^ （Int（Text6.Text） - 1）） * （8 ^ （Int（Text5.Text） - 1）） * （4096 ^ （Int（Text7.Text） - 1））

S_Code1 = S_Code - Int（S_Code / （2 ^ 27）） * （2 ^ 27）

S_Code2 = Int（S_Code / （2 ^ 27））

A1_T = A_T - Int（A_T / （2 ^ 27）） * （2 ^ 27）

A2_T = Int（A_T / （2 ^ 27））

c = （A1_T And S_Code1）

If （A1_T And S_Code1） = A1_T Then

Text8.Text = 1

Else

Text8.Text = 0

End If

If （A2_T And S_Code2） = A2_T Then

Text9.Text = 1

Else

Text9.Text = 0

End If

If （Int（Text8.Text） And Int（Text9.Text）） Then

Text4.Text = A_T & "0"

Else

Text4.Text = A_T & "255"

End If

5 ?計算結果

按照生成算法執行后，可自動得到對比色配色方案結果（共3 375個結果，中間結果省略）。

6 ?結 ?語

通過分析數字色光的特性，利用數字化技術和全組合編碼算法完成了以RGB顏色模式為基礎的對比色配色方案，配色方案以“回”字形為基本圖譜，按照九宮格形式完成了無限組合配色方案的有限生成方案。算法優化、高效，同時數值清晰，適合網頁設計、平面設計、服裝設計，甚至在服裝搭配、家居設計和家具搭配等方面都具有應用價值。

參考文獻

[1]郭濤，李芳芳.關于多媒體演示文稿色彩應用的研究[J].甘肅科技，2012，28（6）：16-19.

[2]張紅.多媒體教學中存在的問題及對策[J].安徽農業科學，2009，37（22）：10801，10811.

[3]劉正岐，郭濤.基于邏輯運算的多維數據全組合編碼算法研究[J]. 物聯網技術，2011，1（9）：41-44.

[4]藺世軍.多媒體課件制作的探索[J].中國科教創新導刊，2011（16）：159

[5]劉甘娜，朱文勝，付先平.多媒體應用基礎[M].2版.北京：高等教育出版社，2000.