颜色
颜色物理学
可见光是波长在 380nm 到 740nm 之间的电磁波
光的波长指定了它的颜色图像
– 光可以包含许多波长’ → 光谱
– 光谱取决于光源和滤光片
– 要完整描述光源的物理特性，我们必须知道它的全光谱
人类感知中的颜色
人眼有四种感光细胞：
- 视杆细胞（对颜色不敏感） rods
- L-、M-、S-视锥细胞（对颜色敏感）
Young-Helmholtz 理论：
- 人类对颜色的印象可以完全通过 S、M 和 L 锥的反应来解释
- 这不适用于色盲人士
- 这不适用于其他物种
假设单色光的波长可以从视锥细胞的反应中重建
– 不同的光谱导致视锥细胞的相同响应
→ 彩色相机模仿视锥细胞的响应
→ 彩色监视器混合来自三个波长的颜色”
色彩心理学 Color Psychology
颜色的心理印象不能用视锥细胞的反应来解释
Hering 的拮抗色学说：
人类对色彩的印象可以用三个尺度来描述： • 亮与暗 • 红色与绿色 • 蓝色与黄色
（Hering，1834—1918)提出了色觉拮抗色学说（opponent Color Theory），它撇开了先入为主的成见，认为人类的色觉是由三组正反相对的基本色感——拮抗色在大脑中融合而成，它们分别是亮暗、红绿、蓝黄…
观察结果：存在一些“混合颜色”，其他不存在：
-
存在：蓝红色（紫色）、黄红色（橙色）、蓝绿色（青色）、黄绿色（柠檬色）
bluish red (violet), yellowish red (orange), bluish green (cyan), yellowish green (citron color)
-
不存在：蓝黄色、红绿色
bluish yellow, reddish green
颜色名称
颜色的分类取决于文化背景
例如， 哪些颜色被命名为“绿色”、“蓝色”等。
讲师对颜色术语的个人印象（德国文化背景，使用液晶显示器进行的分类）
亮度，强度luminance, intensity ：与光谱无关的入射光总量
色度chrominance: ：与亮度无关的光谱
色调hue ：光谱中最主要的波长
饱和saturation: 主波长的能量百分比
颜色处理的作用
视觉皮层中色度和亮度的处理遵循不同的途径
- 亮度用于识别图像中的形状和纹理
- 色度是控制视觉注意力的重要线索
许多不同的颜色模型，但都使用 3 个通道
– 模仿三个锥体的模型：RGB、CMY/CMYK
– 基于色彩心理学的模型：XYZ、Lab、Luv、HSV、HSL、 …
– 其他模型：YUV，…
rgb彩色空间
RGB 模仿 S 、M 和 L 视锥细胞的响应
– R：红色值 (0–1)
– G：绿色值 (0–1)
– B：蓝色值 (0–1)
显示器上显示的颜色取决于设备
应用领域：数码相机、显示器、图像表示
HSV彩色空间
颜色分解为亮度、色调和饱和度
– H：hue 色相 (0–360°)
用角度度量，取值范围为0°～360°，从红色开始按逆时针方向计算，红色为0°，绿色为120°,蓝色为240°。它们的补色是：黄色为60°，青色为180°,紫色为300°；
色相（英语：hue）指的是色彩的外相，是在不同波长的光照射下，人眼所感觉不同的颜色，有红色、橙色、黄色、绿色、蓝色、紫色、粉红色、黑色、褐色、灰色、白色、金色和银色。 在HSL和HSV色彩空间中，H指的就是色相，是以红色为0度（360度）；黄色为60度；绿色为120度；青色为180度；蓝色为240度；品红色为300度。
– S：饱和度 (0–1)
饱和度是指色彩的纯度，一种颜色的饱和度越高，它就越鲜艳；反之，一种颜色的饱和度越低，它就越接近于灰色。
– V：值、亮度 (0–1)
明度表示颜色明亮的程度，对于光源色，明度值与发光体的光亮度有关；对于物体色，此值和物体的透射比或反射比有关。通常取值范围为0%（黑）到100%（白）。
– 由 RGB 立方体沿其对角线投影创建
– 通道具有语义
应用领域：绘画、机器视觉
Luv 颜色空间和 Lab 颜色空间
基于人类色彩解释的色彩空间
– 色彩空间中的距离是指人类色彩解释的差异
– L* 轴：亮度
– u、v 轴：色度
– a、b 轴：色度
应用领域：机器视觉
色彩恒常性；色感一致性
颜色感知取决于照明条件，即用于照亮物体的光谱
人造光导致颜色偏移
用于颜色校正的白平衡
白平衡 white balance
白平衡，字面上的理解是白色的平衡。白平衡是描述显示器中红、绿、蓝三基色混合生成后白色精确度的一项指标。
其基本概念是“不管在任何光源下，都能将白色物体还原为白色”，对在特定光源下拍摄时出现的偏色现象，通过加强对应的补色来进行补偿。相机的白平衡设定可以校准色温的偏差，在拍摄时我们可以大胆地调整白平衡来达到想要的画面效果
白平衡：
– 改变 RGB 的 R 和 B 通道
– 需要一个灰色或白色参考区域
– 计算参考区域的平均 RGB 值
– 计算 R 和 B 的校正因子
– 将图像像素的 R 和 B 值乘以校正因子
白平衡：
– 许多数码相机的内置功能
– 确定参考颜色的替代策略：
- 最亮像素的颜色
- 图像中的平均颜色
– 例如：机器人足球
- 将白纸放入相机视野
- 使用该区域作为参考进行白平衡
