2.1　色彩和數字圖像的基本概念

2.1.1　色彩的基本概念

1.三原色和混色

人們在對人眼進行混色實驗時發現，只要將三種不同顏色按一定比例混合就可以得到自然界中絕大多數的顏色，而且它們自身不能夠被其他顏色混合而成。對于彩色光的混合來說，三原色是紅（R）、綠（G）、藍（B）三色，將紅、綠、藍三束光投射在白色屏幕上的同一位置，不斷改變三束光的強度比，就可在白色屏幕上看到各種顏色，如圖2-1-1（a）所示。進行三基色混色（光線的相加混色）可得出如下結論：紅+綠→黃，藍+黃→白，綠+藍→青，紅+綠+藍→白，如圖2-1-1（b）所示。通常把黃、青、紫（或品紅）叫三補色。對于不發光物體來說，物體的顏色是反射照射光而產生的顏色，這種顏色（顏料的混合色）的三原色是黃、青、紫色，它們是相減混色。它們的混色特點如圖2-1-1（c）所示。

2.彩色的三要素

任何一種顏色都可以用亮度、色相和飽和度三個物理量來確定，它們叫彩色的三要素。

（1）亮度：也叫明度，它用字母Y表示，它是指顏色的相對明暗程度。通常使用從0％（黑色）至100％（白色）的百分比來度量。

（2）色相：也叫色調，它是從物體反射或透過物體傳播的顏色，表示彩色的顏色種類，即通常所說的紅、橙、黃、綠、青、藍、紫等。

（3）飽和度：也叫純度，它表示顏色的深淺程度。飽和度表示色相中灰色分量所占的比例，它使用從0％（灰色）至100％（完全飽和）的百分比來度量。對于同一色調的顏色，其色飽和度越高，顏色越深，彩色光中摻入的白光越多，色飽和度就越低。

2.1.2　圖像的主要參數和顏色模式

1.色域和色階

（1）色域：一種模式的圖像可以有的顏色數目叫做色域。例如：灰色模式的圖像，每個像素用一個字節表示，則灰色模式的圖像最多可以有28=256種顏色，它的色域為0～255。

對于RGB模式圖像，每個像素的顏色用R、G、B三種基色按不同比例混合得到，每一種基色用一個字節8位二進制數來描述，分別有256種。R、G、B的取值范圍在0～255，可以表示的彩色數目為256×256×256=16777216種顏色，色域為0～224－1。

對于CMYK模式圖像，每個像素的顏色由4種基色按不同比例混合得到，如果一種基色用一個字節表示，則CMYK模式的圖像最多可以有232種顏色，它的色域為0～232－1。

（2）色階：就是圖像像素每一種顏色的亮度值，它有28=256個等級，色階的范圍是0～255。其值越大，亮度越暗；其值越小，亮度越亮。如果一幅圖像的色階等級越多，則圖像的層次越豐富，圖像也越好看。

2.圖像分辨率和顯示分辨率

分辨率是度量點陣圖（位圖）圖像數據量多少的一個重要參數，它是指數字圖像中單位平方英寸內像素數量的多少。分辨率越高，像素個數就越多，圖像包含的數據也就越多，文件的體量（size）就越大，表現的細節越豐富。分辨率通常有以下幾種，簡介如下：

（1）圖像分辨率：它是指圖像中存儲的信息量，它有多種衡量的方法，通常以“像素/英寸”（pixel/inch，ppi）來表示。也可以用“點/厘米”（ppc）表示。它也可以描述為組成一幀圖像的像素數，例如，600×300圖像分辨率表示該幅圖像由600行，每行400個像素組成，既反映了該圖像的精細度，又給出了圖像的大小。圖像文件的大小與其圖像的分辨率的平方成正比。如果圖像的尺寸不變，將圖像分辨率提高一倍，則文件的大小增大為原來的4倍。因此，往往需要在圖像品質和文件大小之間折中選擇。

（2）打印分辨率：它也稱為輸出分辨率，是指打印圖像時，在橫、縱兩個方向每英寸最多能夠打印的點數，通常用DPI表示，DPI越大，打印圖像的色點就越小，打印的圖像就越精細。例如，一臺打印分辨率為360DPI，就是指打印圖像時，在每英寸打印紙上可以打印出360個圖像的色點。打印分辨率DPI數值的大小只與打印機硬件有關，與打印的圖像分辨率無關。

（3）顯示分辨率：也叫屏幕分辨率或顯示屏分辨率，它是指每個單位長度內顯示的像素或點數的個數，以“點/英寸”（dpi）來表示。也可以描述為，在屏幕的最大顯示區域內，水平與垂直方向的像素或點數的個數。例如：1680×1050的分辨率表示屏幕可以顯示1050行像素，每行有1680個像素，即1764000個像素。屏幕可以顯示的像素個數越多，圖像越清晰。如果顯示分辨率小于圖像分辨率，則圖像只顯示其中的一部分。在顯示分辨率一定的情況下，圖像分辨率越高，圖像越清晰，但文件越大。

顯示分辨率不但與顯示器和顯示卡的質量有關，還與顯示模式的設置有關。右擊Windows 7桌面，調出它的快捷菜單，單擊該菜單內的“屏幕分辨率”對話框，在其內“分辨率”下拉列表框中可以設置屏幕的分辨率。

（4）掃描分辨率：它是指在掃描一幅圖像之前所設定的分辨率，用DPI表示，其值越大掃描出的圖像效果越好。例如，一臺掃描儀的分辨率標識為600×1200DPI，就表示掃描儀可以將掃描對象每平方英寸的內容表示成水平方向為600點，垂直方向為1200點，1平方英寸內有600×1200=720000個點。

（5）網屏頻率：它是商業印刷領域的專用詞匯。在傳統的印刷制版過程中，制版時要在原始圖像前加一個網屏，網屏由透明和不透明的相等方格組成的網線構成，這些網線叫光柵。網線越多，可以表現圖像的層次也越多，印刷出來的圖像質量也越好。因此，在商業印刷行業中，分辨率以每英寸上等距離排列多少條網線來表示，即LPI。

3.顏色深度

點陣圖像中各像素的顏色信息是用若干二進制數據來描述的，二進制的位數就是點陣圖像的顏色深度。顏色深度決定了圖像中可以出現的顏色的最大個數。目前，顏色深度有1、4、8、16、24和32幾種。例如：顏色深度為1時，點陣圖像中各像素的顏色只有1位，可以表示黑和白兩種顏色；為8時，點陣圖像中各像素的顏色為8位，可以表示28=256種顏色；為24時，點陣圖像中各像素的顏色為24位，可以表示224=16777216種顏色，它是用三個8位來分別表示R、G、B顏色，這種圖像叫真彩色圖像；顏色深度為32時，也是用三個8位來分別表示R、G、B顏色，另一個8位表示圖像的其他屬性（透明度等）。

顏色深度不但與顯示器和顯卡的質量有關，還與顯示設置有關。單擊“屏幕分辨率”對話框內的“高級設置”鏈接，如圖2-1-2所示，調出監視器的“屬性”對話框，切換到“監視器”選項卡，如圖2-1-3所示。在“顏色”下拉列表框可以選擇不同的顏色深度。

4.顏色模式

顏色模式決定了用于顯示和打印圖像的顏色模型，它決定了如何描述和重現圖像的色彩。它不但影響圖像中顯示的顏色數量，還影響通道數和圖像文件的大小。另外，選用何種顏色模式還與圖像的文件格式有關。例如，不能夠將采用CMYK顏色模式的圖像保存為BMP和GIF等格式的圖像文件。

（1）灰度模式：該模式只有灰度色（圖像的亮度），沒有彩色。在灰度色圖像中，每個像素都以8位或16位表示，取值范圍在0（黑色）～255（白色）之間。

（2）RGB模式：該模式是用紅（R）、綠（G）、藍（B）三基色來描述顏色的模式，是相加混色模式。不同亮度的三基色混合后，可以產生256×256×256=1670萬種顏色。相加混色模式用于光照、視頻和顯示器。例如，顯示器通過紅色、綠色和藍色熒光粉發射光線產生顏色。這是計算機繪圖中經常使用的模式。R=255、G=0、B=0時，表示紅色；R=0、G=255、B=0時，表示綠色；R=0、G=0、B=255時，表示藍色。

在Photoshop中，RGB模式支持所有工具和命令，所以也把該模式稱為Photoshop工作模式。

（3）CMYK模式：是一種印刷模式，它是最佳的打印模式。該模式以打印在紙上的油墨的光線吸收特性為基礎。當白光照射到半透明油墨上時，某些可見光波長被吸收（減去），而其他波長則被反射回眼睛，因此這些顏色稱為減色。理論上，純青色（C）、品紅或洋紅色（M）和黃色（Y）在合成后可以吸收所有光線而產生黑色。由于所有的打印油墨都存在一些雜質，這三種油墨實際會產生土棕色。因此，在四色打印中除了使用純青色、洋紅和黃色油墨外，還會使用黑色（K）油墨，為了避免與藍色混淆，黑色用K而不用B表示。

雖然RGB模式可以表示的顏色較多，但打印機與顯示器不同，打印機不能夠創建色彩光源，只可以反射部分光線，不能打印這么多顏色。在CMYK模式下Photoshop的很多濾鏡功能都無法使用，所以，在設計時可以先選用RGB模式，定稿后再轉為CMYK模式。不過，由于RGB模式色彩比CMYK模式色彩鮮艷，轉換色彩模式之后會出現色差，所以在選擇顏色時直接選擇CMYK模式的顏色，這樣在轉換色彩模式之后就不會出現色差。

（4）HSB模式：該模式是利用顏色的三要素來表示顏色的，它與人眼觀察顏色的方式最接近，是一種定義顏色的直觀方式。其中，H表示色相（Hue），S表示色飽和度（Saturation），B表示亮度（Brightness）。這種方式與繪畫的習慣相一致，用來描述顏色比較自然，但實際使用中不太方便。

（5）Lab模式：該模式是由三個通道組成，即亮度，用L表示；a通道，包括的顏色是從深綠色（低亮度值）到灰色（中亮度值），再到亮粉紅色（高亮度值）；b通道，包括的顏色是從亮藍色（低亮度值）到灰色（中亮度值），再到焦黃色（高亮度值）。L的取值范圍是0～100，a和b的取值范圍是-120～120。Lab模式是Photoshop內部的顏色模式，可以表示的顏色最多，可以產生明亮的顏色。在使用Photoshop進行不同顏色模式之間的轉換時，常使用該顏色模式作為中間顏色模式。另外，Lab模式與光線和設備無關，而且處理的速度與RGB模式一樣快，是CMYK模式處理速度的數倍。

（6）其他色彩模式：除了上述模式外，Photoshop還支持處理位圖模式、灰度模式、雙色調模式、索引顏色模式、多通道模式和8位/16位/32位通道模式，簡介如下：

①位圖模式：它是用黑和白兩種顏色來表示圖像中的像素，它也叫黑白圖像，其深度值為1，也稱為一位圖像。

②灰度模式：它可以使用多達256級灰度來表現圖像，使圖像的過度更平滑細膩。灰度圖像的內一個像素都有0（黑色）到255（白色）之間的亮度數值。

③雙色調模式：它采用2到4種彩色油墨來創建雙色調、三色調和四色調混合其色階來組成圖像。

④索引顏色模式：它是網絡圖像和GIF格式中常用的圖像模式，索引顏色模式圖像包含一個顏色表。

⑤多通道模式：它對有特殊打印要求的圖像非常有用。例如，如果圖像中使用了一種或兩三種顏色時，使用該模式可以減少印刷成本并保證圖像顏色的正確輸出。

⑥8位/16位通道模式：8位通道模式圖像中包含28=256個色階，16位通道模式圖像中包含216=65536個色階。Photoshop可以識別和導入16位通道模式圖像，但是對這種圖像的限制很多，所有濾鏡都不能使用。另外，這種圖像也不能被打印。

在Photoshop中，可以進行各種色彩模式之間的相互轉換。只要選擇“圖像”→“模式”命令，調出“模式”菜單，選擇該菜單內的命令，就可以完成圖像模式的相應轉換。

在這種色彩模式的轉換中，會永久地改變圖像中的顏色值。例如，將彩色圖像轉換為灰度圖像時，Photoshop會將彩色圖像中的所有顏色信息的數據刪除，只保留像素的灰度等級信息數據；再例如，將RGB模式圖像轉換成CMYK模式圖像時，RGB顏色值被調整到CMYK顏色色域，圖像中的顏色會產生分色，顏色的色域會受到限制，減少了顏色范圍。