2.1.1 色度学基础学习视频在线视频

同学们好

今天我们给大家介绍现代图像分析中的第二章图像处理基础

我们首先来看一下第二章的主要内容

第二章 我们给大家介绍色度学的基础

人的视觉特性、图像的数字化、图像的数字表示形式和特点

那么我们知道图像是由人的视觉系统

接受物体透射或者反射的光学信息

然后在大脑皮层中形成的印象和认识

它是客观存在的多维物体在人脑中的成像

因此 我们要对图像进行研究

首先要从色度学以及人的视觉特性两方面开始着手

在介绍色度学之前，我们先来看看色散现象

人类对色散的早期研究可以追溯到13世纪

德国传教士西奥多里克 ，他通过一个实验模仿了彩虹

他是用阳光照射一个装满水的大的玻璃球壳

他通过这样的处理观察到了和空中一样的彩虹

并且说明彩虹是由于空气中的水珠反射和折射阳光造成的

但是受到亚里士多德教义的影响

他说各种颜色的产生是由于光受到不同阻滞所引起的

后来笛卡尔在方法论的附录中介绍了棱镜实验

笛卡尔是用棱镜将阳光投射到屏幕上

发现不论光照射到棱镜的哪一部分

折射后屏上显示的图像都是一样的

从而否定了光是由于受到不同阻滞而产生了不同颜色的说法

但是，由于笛卡尔的屏离棱镜太近

只有几厘米远，所以他并没有看到色散后的整个光谱

他只注意到了光带的两侧分别呈现了蓝色和红色

到了1648年 法国的马尔西用这个三棱镜演示色散成功

但是他解释错了，他认为红色是浓缩了的光

而蓝色是稀释了的光

之所以呈现五颜六色是由于光受到物质的不同作用

直到1666年牛顿成功用棱镜做出了色散实验

并且揭开了白光的颜色之谜

牛顿从笛卡尔的棱镜实验以及胡克的分光实验中受到启发

他把室外的阳光经过一个小洞引入到室内

经过三棱镜后投射到对面的墙上，从三棱镜到墙的距离比较远

有六七米远 从而获得了展开的光谱

最终牛顿发现展开的光谱是由于

不同颜色的光具有不同折射性而造成的

我们在这个屏幕上

给出了白光通过棱镜看到的彩色光谱的一个模拟图

当然了，我们说色谱末端颜色其实并不是突变的

并不是这样子变化比较剧烈的

而是一种颜色连续平滑的过渡到下一种颜色

下面这个图显示了电磁波谱的波长组成

那么从左到右分别对应的是伽马射线、X射线、紫外线

可见光、红外线、微波、视频和无线电波

那我们可以看出来呢

我们能够看到的这种可见光谱呢

实际上只占了其中很窄的一段

大约覆盖的是400到700纳米这样一个范围

自从牛顿做出了单色光在性质上比白光更简单

这样的一个著名结论之后

1800年英国的物理学家赫胥尔

从热的观点来进行光的研究的时候他发现了红外线

那么赫胥尔发现红外线的过程是这样子的

赫胥尔在研究各种色光的热量的时候

把暗室的窗户用木板堵住，然后在木板上开了一个矩形的孔

孔里面装着分光镜

当太阳照射到这个分光镜的时候就分解成了彩色的光带

然后他用温度计去测量光带中不同色光所包含的能量

为了和周围环境温度做比较

他在彩色光带附近放了几支温度计用作这个比较

偶尔呢 他发现了一个很奇怪的现象

就是放在红光外的温度计

它的显示的温度比其他地方值都要高

经过多次实验

这个所谓含热量最多的高温区总是在可见红光的外面

所以赫胥尔就宣布，太阳发出的光线中除了可见光以外

还有一种人们看不见的热线，那么这种看不见的热线

由于位于红光的外侧，所以就叫做红外线了

那么德国的物理学家里特对这个发现很感兴趣

他相信物理学中事物都是具有两极对称性的

既然在可见红光的外侧有红外线

那么在紫光的外面会不会也有看不见的辐射呢

所以他也做了一个实验

在1801年的某一天，他采取的是氯化银溶液

我们知道氯化银溶液在加热或者受到光照时

会分解而析出银

那么析出的银粒子由于颗粒很小，所以会呈现黑色

赫胥尔就在这个蘸了氯化银的溶液的这个纸片

就放在了紫光的外面

过了一段时间之后，发现这种纸片呈现了黑色

因此他得出了结论就是紫光的外侧也有一种看不见的射线

所以给它起名就叫做紫外线

那么下面呢，我们来学习一下关于色度学的一些基本知识

根据人们对人眼的机理以及视觉的研究表明

人眼的视网膜上存在着大量的

能在适当亮度下分辨颜色的锥状细胞

他们分别对红、绿、蓝三种颜色比较敏感

因此红绿蓝这三种颜色就被称为光的三基色

所谓三基色原理，就是指在自然界中绝大部分色光都可以

用特殊选定的三种基本单色光复合而成，这就是三基色原理

那么三基色原理的发明人是英国的医生托马斯 杨

他被称作是生理光学的创始人

著名的杨氏干涉实验就是他提出来的

他提出色觉主要取决人眼睛的三种不同神经

这三种不同神经分别感觉红色、绿色和蓝色

所以提出了三基色原理

后来呢 这个赫尔姆霍兹他也是一个医生

对这个理论进行了深入的讨论并进行了改进

到了1854年德国的数学家格拉斯曼

他在总结以往颜色混合实验现象的基础之上

总结了格拉斯曼颜色混合定理

他是建立现代色度学的基础

不同于刚才我们提到的三基色原理

格拉斯曼认为颜色由三个维度去决定就是色调、饱和度和亮度

那么为了统一标准

国际照明委员会就选择了波长是700纳米的红色

波长是546.1纳米的绿色以及波长是435.8纳米的蓝色

这三种光作为表色系统里面的三基色

根据人眼的三基色吸收特性

那么人眼所感受到的颜色

实际上就是这三种基色按照不同比例的一个组合

这是我们说的三基色原理

那么三基色中 需要区分的就是光的三基色和颜色的三基色

光的三基色是指我们刚刚提到的红绿蓝三种色光

这三种色光按照不同比例混合就可以生成不同颜色的光

比如红光加蓝光生成的光颜色是品红

红光加绿光生成的就是黄光

绿光加蓝光生成的就是青色的光

这是我们的光的三基色

彩色电视接收机就是色光相加的一个例子

那当阳光照射到一个物体上的时候这个物体将吸收一部分光线

并且把剩下的光线进行反射

反射的光线就是我们所看见的物体的颜色

这是一种减色色彩模型

同时也是和我们刚刚提到的RGB模型根本不同之处

不但我们看物体的颜色时用到了这种减色模型

而且在纸上进行印刷时应用的也是这种减色模型

1879年 法国人路易迪克和夏尔克罗分别独立的

提出来了摄影成像的减色法理论

按照这种减色模型

演变出了适合印刷的CMYK这样的一种色彩模型

这种CMYK表示的是印刷界中所用的4种颜色

其中这个C表示的是青色，M表示的是品红

Y表示的是黄色，K表示的是黑色

因为在实际应用中青色品红和黄色叠加在一起

很难形成真正的黑色，最多只是褐色而已

所以才引入了一个黑色

黑色的作用就是强化这个暗调加深暗部色彩

我们现在在图上看到的这个图呢

就是1877年法国的摄影先驱制作的一幅彩色照片

从这个图中我们可以清楚的看到

用重叠方法来消减黄色青色和品红的这样的一些图像元素

这次课我们主要给大家介绍了色度学基础以及三基色原理

好 今天的内容就到这里结束了

谢谢大家 再见