1.1 圖像的基本概念

1.1.1 色彩的基本知識

1．色彩的三要素

顏色有亮度、色相和色飽和度三個要素，任何一種顏色都可以用它們來確定。

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

（2）色相：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。色相又稱色調。

（3）色飽和度：它表示顏色的深淺程度，即表示色相中灰色成份所占的比例，通常使用從0%（灰色）至100%（完全飽和）的百分比來度量。對于相同色調的顏色，其色飽和度越高，顏色越深，在彩色光中摻入的白光越多，彩色的色飽和度就越低。

2．三原色和混色

人們在對人眼進行混色實驗時發(fā)現(xiàn)，只要將三種不同的顏色按一定比例混合就可以得到自然界中絕大多數(shù)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（又稱三基色）是紅（R）、綠（G）、藍（B）三色，將紅、綠、藍3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1-1-1（a）所示。進行三基色混色實驗可得出如下結論：紅+綠→黃，綠+藍→青，藍+黃→白，紅+綠+藍→白，黃+青+紫→白，如圖1-1-1（b）所示。

對于不發(fā)光的物體來說，物體的顏色是由反射照射光產生的顏色，這種顏色（顏料的混合色）的三原色是黃、青、紫色，它們的混色特點如圖1-1-1（c）所示。

1.1.2 位圖和矢量圖

數(shù)字圖像的種類有兩種，一種是位圖（又稱點陣圖），另一種是矢量圖。

1．位圖

位圖由許多顏色不同、深淺不同的小像素點組成的。像素是組成圖像的最小單位，許許多多像素構成一幅完整的圖像。在一幅（或幀）圖像中，像素越小，數(shù)目越多，則圖像越清晰。例如，每幀普通電視畫面約有40萬像素。

當人眼觀察由像素組成的畫面時，為什么看不到像素的存在呢？這是因為人眼對細小物體的分辨能力有限，當相鄰兩個像素對人眼所張的視角小于1′～1.5′時，人眼就無法分清兩個像素點了。圖1-1-2（a）是一幅在Photoshop軟件中打開的點陣圖像。用放大鏡工具放大后如圖1-1-2（b）所示。可以看出，位圖圖像明顯是由像素組成的。

位圖的圖像文件記錄的是組成位圖的各像素點的色度和亮度的信息，顏色的種類越多，圖像文件越大。通常，位圖可以表現(xiàn)的更自然和更逼真，更接近于實際場景。但文件一般較大，在將它放大、縮小和旋轉時，會造成圖像失真。

2．矢量圖

矢量圖由一些基本的圖元組成，這些圖元是一些幾何圖形，例如點、線、矩形、多邊形、圓和弧線等。這些幾何圖形均可以由數(shù)學公式計算后得出。矢量圖的圖形文件是繪制圖形中各圖元的命令。顯示矢量圖時，需要相應的軟件讀取這些命令，并將命令轉換為組成圖形的各個圖元。由于矢量圖是采用數(shù)學描述方式的圖形，所以由它生成的圖形文件相對較小，而且圖形顏色的多少與文件的大小基本無關。另外，在將它放大、縮小和旋轉時，不會像位圖那樣產生失真。它的缺點是色彩比較單調。

1.1.3 圖像的主要參數(shù)和文件格式

1．分辨率

通常，分辨率可分為顯示分辨率和圖像分辨率。

（1）顯示分辨率：顯示分辨率（又稱屏幕分辨率）是指每個單位長度內顯示的像素或點數(shù)的個數(shù)，以“點/英寸”（dpi）來表示。也可以描述為，在屏幕的最大顯示區(qū)域內，水平與垂直方向的像素或點數(shù)的個數(shù)。例如1360×768的分辨率表示屏幕可以顯示768行像素，每行有1360個像素，即1044480個像素。屏幕可以顯示的像素個數(shù)越多，圖像越清晰，越逼真。

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桌面，調出它的快捷菜單，單擊該菜單內的“屬性”菜單命令，調出“顯示屬性”對話框，單擊“設置”選項卡，此時“顯示屬性”對話框如圖1-1-3所示。拖曳調整該對話框內“屏幕分辨率”欄的滑塊，可以調整顯示分辨率。

（2）圖像分辨率：它是指打印圖像時，每個單位長度上打印的像素個數(shù)，通常以“像素/英寸”（pixel/inch，ppi）來表示。它也可以描述為組成一幀圖像的像素數(shù)。例如：400×300圖像分辨率表示該幅圖像由300行，每行由400像素組成。它既反映了該圖像的精細度，又給出了圖像大小。如果圖像分辨率大于顯示分辨率，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，同時文件也越大。

2．顏色深度

位圖中各像素的顏色信息是用二進制數(shù)據(jù)來描述的，二進制的位數(shù)就是位圖的顏色深度，它決定了圖像中顏色的最大個數(shù)。目前，顏色深度有1、4、8、16、24和32幾種。

顏色深度為1時，表示位圖中的顏色只有1位，可以表示黑色和白色兩種顏色；顏色深度為8時，表示位圖中的顏色為8位，可以表示28=256種顏色；顏色深度為24時，表示位圖中的顏色為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，這種圖像稱為真彩色圖像；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位用來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示卡的質量有關，還與顯示設置有關。利用“顯示屬性”“設置”對話框中的“顏色質量”下拉列表框可以選擇不同的顏色深度，如圖1-1-3所示。

3．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(xiàn)圖像的色彩。顏色模式不但影響圖像中顯示的顏色數(shù)量，還影響通道數(shù)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：用紅、綠、藍三基色來描述顏色的方式稱為RGB模式，是相加混色模式。相加混色模式用于光照、視頻和顯示器。對于真彩色，R、G、B三基色分別用8位二進制數(shù)來描述，共有256種。R、G、B的取值范圍在0～255之間，可以表示256×256×256=16777216種顏色。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。

（3）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。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。

（4）CMYK模式：該模式是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。這些顏色因此稱為減色。理論上，純青色（C）、品紅（M）和黃色（Y）色素在合成后可以吸收所有光線并產生黑色。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而沒用B表示。

因此，該模式是一種基于四色印刷的印刷模式，是相減混色模式，是一種最佳的打印模式。雖然RGB模式可以表示的顏色較多，但打印機與顯示器不同，打印紙不能夠創(chuàng)建色彩光源，只可以吸收和反射一部分光線，它不能夠打印出這么多的顏色。

（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，是目前所有顏色模式中色彩范圍（稱為色域）最廣的顏色模式，可產生明亮的顏色。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，處理的速度與RGB模式一樣快，是CMYK模式處理速度的數(shù)倍。