2.1　色彩和数字图像的基本概念

2.1.1　色彩的基本概念

1.三原色和混色

人们在对人眼进行混色实验时发现，只要将三种不同颜色按一定比例混合就可以得到自然界中绝大多数的颜色，而且它们自身不能够被其他颜色混合而成。对于彩色光的混合来说，三原色是红（R）、绿（G）、蓝（B）三色，将红、绿、蓝三束光投射在白色屏幕上的同一位置，不断改变三束光的强度比，就可在白色屏幕上看到各种颜色，如图2-1-1（a）所示。进行三基色混色（光线的相加混色）可得出如下结论：红+绿→黄，蓝+黄→白，绿+蓝→青，红+绿+蓝→白，如图2-1-1（b）所示。通常把黄、青、紫（或品红）叫三补色。对于不发光物体来说，物体的颜色是反射照射光而产生的颜色，这种颜色（颜料的混合色）的三原色是黄、青、紫色，它们是相减混色。它们的混色特点如图2-1-1（c）所示。

2.彩色的三要素

任何一种颜色都可以用亮度、色相和饱和度三个物理量来确定，它们叫彩色的三要素。

（1）亮度：也叫明度，它用字母Y表示，它是指颜色的相对明暗程度。通常使用从0％（黑色）至100％（白色）的百分比来度量。

（2）色相：也叫色调，它是从物体反射或透过物体传播的颜色，表示彩色的颜色种类，即通常所说的红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等。

（3）饱和度：也叫纯度，它表示颜色的深浅程度。饱和度表示色相中灰色分量所占的比例，它使用从0％（灰色）至100％（完全饱和）的百分比来度量。对于同一色调的颜色，其色饱和度越高，颜色越深，彩色光中掺入的白光越多，色饱和度就越低。

2.1.2　图像的主要参数和颜色模式

1.色域和色阶

（1）色域：一种模式的图像可以有的颜色数目叫做色域。例如：灰色模式的图像，每个像素用一个字节表示，则灰色模式的图像最多可以有28=256种颜色，它的色域为0～255。

对于RGB模式图像，每个像素的颜色用R、G、B三种基色按不同比例混合得到，每一种基色用一个字节8位二进制数来描述，分别有256种。R、G、B的取值范围在0～255，可以表示的彩色数目为256×256×256=16777216种颜色，色域为0～224－1。

对于CMYK模式图像，每个像素的颜色由4种基色按不同比例混合得到，如果一种基色用一个字节表示，则CMYK模式的图像最多可以有232种颜色，它的色域为0～232－1。

（2）色阶：就是图像像素每一种颜色的亮度值，它有28=256个等级，色阶的范围是0～255。其值越大，亮度越暗；其值越小，亮度越亮。如果一幅图像的色阶等级越多，则图像的层次越丰富，图像也越好看。

2.图像分辨率和显示分辨率

分辨率是度量点阵图（位图）图像数据量多少的一个重要参数，它是指数字图像中单位平方英寸内像素数量的多少。分辨率越高，像素个数就越多，图像包含的数据也就越多，文件的体量（size）就越大，表现的细节越丰富。分辨率通常有以下几种，简介如下：

（1）图像分辨率：它是指图像中存储的信息量，它有多种衡量的方法，通常以“像素/英寸”（pixel/inch，ppi）来表示。也可以用“点/厘米”（ppc）表示。它也可以描述为组成一帧图像的像素数，例如，600×300图像分辨率表示该幅图像由600行，每行400个像素组成，既反映了该图像的精细度，又给出了图像的大小。图像文件的大小与其图像的分辨率的平方成正比。如果图像的尺寸不变，将图像分辨率提高一倍，则文件的大小增大为原来的4倍。因此，往往需要在图像品质和文件大小之间折中选择。

（2）打印分辨率：它也称为输出分辨率，是指打印图像时，在横、纵两个方向每英寸最多能够打印的点数，通常用DPI表示，DPI越大，打印图像的色点就越小，打印的图像就越精细。例如，一台打印分辨率为360DPI，就是指打印图像时，在每英寸打印纸上可以打印出360个图像的色点。打印分辨率DPI数值的大小只与打印机硬件有关，与打印的图像分辨率无关。

（3）显示分辨率：也叫屏幕分辨率或显示屏分辨率，它是指每个单位长度内显示的像素或点数的个数，以“点/英寸”（dpi）来表示。也可以描述为，在屏幕的最大显示区域内，水平与垂直方向的像素或点数的个数。例如：1680×1050的分辨率表示屏幕可以显示1050行像素，每行有1680个像素，即1764000个像素。屏幕可以显示的像素个数越多，图像越清晰。如果显示分辨率小于图像分辨率，则图像只显示其中的一部分。在显示分辨率一定的情况下，图像分辨率越高，图像越清晰，但文件越大。

显示分辨率不但与显示器和显示卡的质量有关，还与显示模式的设置有关。右击Windows 7桌面，调出它的快捷菜单，单击该菜单内的“屏幕分辨率”对话框，在其内“分辨率”下拉列表框中可以设置屏幕的分辨率。

（4）扫描分辨率：它是指在扫描一幅图像之前所设定的分辨率，用DPI表示，其值越大扫描出的图像效果越好。例如，一台扫描仪的分辨率标识为600×1200DPI，就表示扫描仪可以将扫描对象每平方英寸的内容表示成水平方向为600点，垂直方向为1200点，1平方英寸内有600×1200=720000个点。

（5）网屏频率：它是商业印刷领域的专用词汇。在传统的印刷制版过程中，制版时要在原始图像前加一个网屏，网屏由透明和不透明的相等方格组成的网线构成，这些网线叫光栅。网线越多，可以表现图像的层次也越多，印刷出来的图像质量也越好。因此，在商业印刷行业中，分辨率以每英寸上等距离排列多少条网线来表示，即LPI。

3.颜色深度

点阵图像中各像素的颜色信息是用若干二进制数据来描述的，二进制的位数就是点阵图像的颜色深度。颜色深度决定了图像中可以出现的颜色的最大个数。目前，颜色深度有1、4、8、16、24和32几种。例如：颜色深度为1时，点阵图像中各像素的颜色只有1位，可以表示黑和白两种颜色；为8时，点阵图像中各像素的颜色为8位，可以表示28=256种颜色；为24时，点阵图像中各像素的颜色为24位，可以表示224=16777216种颜色，它是用三个8位来分别表示R、G、B颜色，这种图像叫真彩色图像；颜色深度为32时，也是用三个8位来分别表示R、G、B颜色，另一个8位表示图像的其他属性（透明度等）。

颜色深度不但与显示器和显卡的质量有关，还与显示设置有关。单击“屏幕分辨率”对话框内的“高级设置”链接，如图2-1-2所示，调出监视器的“属性”对话框，切换到“监视器”选项卡，如图2-1-3所示。在“颜色”下拉列表框可以选择不同的颜色深度。

4.颜色模式

颜色模式决定了用于显示和打印图像的颜色模型，它决定了如何描述和重现图像的色彩。它不但影响图像中显示的颜色数量，还影响通道数和图像文件的大小。另外，选用何种颜色模式还与图像的文件格式有关。例如，不能够将采用CMYK颜色模式的图像保存为BMP和GIF等格式的图像文件。

（1）灰度模式：该模式只有灰度色（图像的亮度），没有彩色。在灰度色图像中，每个像素都以8位或16位表示，取值范围在0（黑色）～255（白色）之间。

（2）RGB模式：该模式是用红（R）、绿（G）、蓝（B）三基色来描述颜色的模式，是相加混色模式。不同亮度的三基色混合后，可以产生256×256×256=1670万种颜色。相加混色模式用于光照、视频和显示器。例如，显示器通过红色、绿色和蓝色荧光粉发射光线产生颜色。这是计算机绘图中经常使用的模式。R=255、G=0、B=0时，表示红色；R=0、G=255、B=0时，表示绿色；R=0、G=0、B=255时，表示蓝色。

在Photoshop中，RGB模式支持所有工具和命令，所以也把该模式称为Photoshop工作模式。

（3）CMYK模式：是一种印刷模式，它是最佳的打印模式。该模式以打印在纸上的油墨的光线吸收特性为基础。当白光照射到半透明油墨上时，某些可见光波长被吸收（减去），而其他波长则被反射回眼睛，因此这些颜色称为减色。理论上，纯青色（C）、品红或洋红色（M）和黄色（Y）在合成后可以吸收所有光线而产生黑色。由于所有的打印油墨都存在一些杂质，这三种油墨实际会产生土棕色。因此，在四色打印中除了使用纯青色、洋红和黄色油墨外，还会使用黑色（K）油墨，为了避免与蓝色混淆，黑色用K而不用B表示。

虽然RGB模式可以表示的颜色较多，但打印机与显示器不同，打印机不能够创建色彩光源，只可以反射部分光线，不能打印这么多颜色。在CMYK模式下Photoshop的很多滤镜功能都无法使用，所以，在设计时可以先选用RGB模式，定稿后再转为CMYK模式。不过，由于RGB模式色彩比CMYK模式色彩鲜艳，转换色彩模式之后会出现色差，所以在选择颜色时直接选择CMYK模式的颜色，这样在转换色彩模式之后就不会出现色差。

（4）HSB模式：该模式是利用颜色的三要素来表示颜色的，它与人眼观察颜色的方式最接近，是一种定义颜色的直观方式。其中，H表示色相（Hue），S表示色饱和度（Saturation），B表示亮度（Brightness）。这种方式与绘画的习惯相一致，用来描述颜色比较自然，但实际使用中不太方便。

（5）Lab模式：该模式是由三个通道组成，即亮度，用L表示；a通道，包括的颜色是从深绿色（低亮度值）到灰色（中亮度值），再到亮粉红色（高亮度值）；b通道，包括的颜色是从亮蓝色（低亮度值）到灰色（中亮度值），再到焦黄色（高亮度值）。L的取值范围是0～100，a和b的取值范围是-120～120。Lab模式是Photoshop内部的颜色模式，可以表示的颜色最多，可以产生明亮的颜色。在使用Photoshop进行不同颜色模式之间的转换时，常使用该颜色模式作为中间颜色模式。另外，Lab模式与光线和设备无关，而且处理的速度与RGB模式一样快，是CMYK模式处理速度的数倍。

（6）其他色彩模式：除了上述模式外，Photoshop还支持处理位图模式、灰度模式、双色调模式、索引颜色模式、多通道模式和8位/16位/32位通道模式，简介如下：

①位图模式：它是用黑和白两种颜色来表示图像中的像素，它也叫黑白图像，其深度值为1，也称为一位图像。

②灰度模式：它可以使用多达256级灰度来表现图像，使图像的过度更平滑细腻。灰度图像的内一个像素都有0（黑色）到255（白色）之间的亮度数值。

③双色调模式：它采用2到4种彩色油墨来创建双色调、三色调和四色调混合其色阶来组成图像。

④索引颜色模式：它是网络图像和GIF格式中常用的图像模式，索引颜色模式图像包含一个颜色表。

⑤多通道模式：它对有特殊打印要求的图像非常有用。例如，如果图像中使用了一种或两三种颜色时，使用该模式可以减少印刷成本并保证图像颜色的正确输出。

⑥8位/16位通道模式：8位通道模式图像中包含28=256个色阶，16位通道模式图像中包含216=65536个色阶。Photoshop可以识别和导入16位通道模式图像，但是对这种图像的限制很多，所有滤镜都不能使用。另外，这种图像也不能被打印。

在Photoshop中，可以进行各种色彩模式之间的相互转换。只要选择“图像”→“模式”命令，调出“模式”菜单，选择该菜单内的命令，就可以完成图像模式的相应转换。

在这种色彩模式的转换中，会永久地改变图像中的颜色值。例如，将彩色图像转换为灰度图像时，Photoshop会将彩色图像中的所有颜色信息的数据删除，只保留像素的灰度等级信息数据；再例如，将RGB模式图像转换成CMYK模式图像时，RGB颜色值被调整到CMYK颜色色域，图像中的颜色会产生分色，颜色的色域会受到限制，减少了颜色范围。