Гонсалес Р., Вудс Р. Цифровая обработка изображений (3-е изд., 2012) (1246138), страница 103
Текст из файла (страница 103)
6.2, видимый свет составляет относительно узкуючасть всего диапазона длин волн электромагнитного спектра. Тело, котороеравномерно отражает свет во всем видимом диапазоне длин волн, выглядит длянаблюдателя как белое. Однако тело, которое отражает свет преимущественнов некотором ограниченном диапазоне видимого спектра, приобретает некоторый цвет. Так например объект зеленого цвета отражает главным образом светс длиной волны в диапазоне от 500 до 570 нм и поглощает бóльшую часть энергии в диапазонах других длин волн.Важную роль в науке о цвете играет выбор параметров, характеризующихсвет. Когда свет является ахроматическим (неокрашенным), в роли единственной такой характеристики выступает интенсивность.
Ахроматический свет — этото, что видит зритель на экране черно-белого телевизора, и именно такой светбыл до сих пор неявной составной частью всех наших рассмотрений, связанныхс обработкой изображений. Определенный в главе 2 и многократно использованный впоследствии термин яркость (полутоновая яркость или уровень серого)обозначает количественную меру интенсивности, которая принимает значенияв диапазоне от черного до белого, с промежуточными серыми оттенками.Хроматический (окрашенный) свет охватывает диапазон электромагнитного спектра приблизительно от 400 нм до 700 нм. Хроматические источники света характеризуются тремя основными величинами: потоком лучистой энергии,1Деление спектра белого света на спектральные цвета достаточно условно.
Например, иногда говорят о пяти цветах, объединяя красно-оранжевый или сине-фиолетовыйучастки спектра, или же о семи цветах, когда между зеленым и синим выделяется голубой участок спектра. — Прим. перев.462Глава 6. Обработка цветных изображенийИнфракрасные лучиБелыйсветОптическаяпризмаУл ьтл у ч и рафиоле товыеРис. 6.1. Разложение белого света на спектральные составляющие при прохождении через оптическую призму. (Изображение предоставлено GeneralElectric Co., Lamp Business Division)световым потоком и светлотой. Поток лучистой энергии, обычно измеряемыйв ваттах (Вт), — это общее количество энергии, излучаемой источником светав единицу времени. Световой поток, измеряемый в люменах (лм), — это потоклучистой энергии, оцениваемой по зрительному ощущению.
Например, световой источник, работающий в дальнем инфракрасном диапазоне, может даватьзначительный поток энергии, но наблюдатель его практически не ощущает, такчто световой поток такого источника почти равен нулю. Наконец, как уже обсуждалось в разделе 2.1, светлота является субъективной характеристикой, которая практически не поддается измерению. Она отражает уровень зрительногоощущения, производимого интенсивностью (т. е. световым потоком), и является одним из ключевых параметров для описания цветового восприятия.Как указано в разделе 2.1.1, рецепторами глаза, отвечающими за восприятиецветов, являются колбочки.
В результате всесторонних экспериментов былоустановлено, что все 6—7 миллионов колбочек человеческого глаза могут бытьразделены по их восприимчивости к спектральному составу света на три основные группы, которые приблизительно соответствуют чувствительности к красному, зеленому и синему цветам. Примерно 65 % всех колбочек воспринимаюткрасный свет, 33 % колбочек воспринимают зеленый свет, и только 2 % воспринимают синий цвет (однако эти колбочки являются наиболее чувствительными). На рис.
6.3 представлены экспериментальные кривые спектральной чувствительности колбочек каждой из трех групп для среднего нормального глаза.Вследствие таких спектральных характеристик человеческий глаз воспринимает цвета как различные сочетания так называемых первичных основных цветов: красного (R), зеленого (G) и синего (B). В 1931 г. Международная комиссияГАММАЛУЧИ0,001 нмРЕНТГЕН1 нмУЛЬТРАФИОЛЕТОВЫЕ ЛУЧИ300УФ10 нмИК30 мкмМИКРОВОЛНЫ30 мкмТВ-ВОЛНЫ3 мм0,3 мВИДИМЫЙ СПЕКТР400500РАДИОВОЛНЫ30 мИНФРАКРАСНЫЕ ЛУЧИ60070010001500Длина волны (нанометры)Рис. 6.2.
Длины волн видимой части электромагнитного спектра. (Изображение предоставлено General Electric Co., Lamp Business Division)6.1. Основы теории цвета463по освещению (МКО) разработала стандартный набор монохроматических первичных основных цветов: синий с длиной волны 435,8 нм, зеленый — 546,1 нми красный — 700 нм. Этот стандарт был установлен до того, как в 1965 г. сталидоступны представленные на рис. 6.3 кривые спектральной чувствительности.Поэтому стандарт МКО лишь приблизительно соответствует экспериментальным данным.
Как показывают рис. 6.2 и 6.3, никакой монохроматическийцвет в отдельности не может быть назван красным, зеленым или синим. Крометого, важно понимать, что наличие стандартного набора монохроматическихпервичных основных цветов не означает, что все цвета спектра могут быть получены на основе этих фиксированных RGB-цветов.
Использование термина«основные» часто приводит к тому заблуждению, что все видимые цвета могутбыть воспроизведены при смешении основных первичных цветов в различныхпропорциях. Как вскоре будет видно, такое утверждение неверно, за исключением того случая, когда длина волны основных цветов также может изменяться.В этом последнем случае, однако, мы уже не будем иметь трех стандартных первичных основных цветов.Первичные основные цвета могут складываться, что дает вторичные основные цвета: пурпурный (красный плюс синий), голубой (зеленый плюс синий)и желтый (красный плюс зеленый). Смешение трех первичных основных цветовили вторичного основного цвета и противоположного ему первичного в правильных пропорциях дает белый цвет.
Результат такого смешения представленна рис. 6.4(а), где также показаны три первичных основных цвета и их сочетания, дающие вторичные основные цвета.535 нм575 нмКрасный650700 нмКрасный600Красно-оранжевый550ЖелтыйОранжевыйГолубой500Синий450Фиолетово-синийФиолетовый400ЗеленыйЖелто-зеленыйСинийЗеленыйОтносительныйкоэффициент поглощения445 нмРис. 6.3. Кривые спектральной чувствительности колбочек человеческого глаза (зависимость относительного коэффициента поглощения от длиныволны)464Глава 6. Обработка цветных изображенийСМЕШЕНИЕ СВЕТАИСТОЧНИКОВ(Аддитивные первичныеосновные цвета)ЗЕЛЕНЫЙабГОЛУБОЙЖЕЛТЫЙБЕЛЫЙКРАСНЫЙПУРПУРНЫЙСИНИЙСМЕШЕНИЕКРАСИТЕЛЕЙ(Субтрактивныепервичные основныецвета)ЖЕЛТЫЙКРАСНЫЙЗЕЛЕНЫЙЧЕРНЫЙПУРПУРНЫЙСИНИЙГОЛУБОЙПЕРВИЧНЫЕ И ВТОРИЧНЫЕ ОСНОВНЫЕЦВЕТА СВЕТОВЫХ ИСТОЧНИКОВ И КРАСИТЕЛЕЙРис.
6.4. Первичные и вторичные основные цвета световых источников и красителей. (Изображение предоставлено General Electric Co., Lamp BusinessDivision)Важно различать первичные основные цвета световых источников и первичные основные цвета красителей (светофильтров). В последнем случае первичный основной цвет определяется как цвет красителя, который поглощает,или вычитает, некоторый один первичный основной цвет светового источникаи отражает либо пропускает два оставшихся. Поэтому для красителей первичными основными цветами являются пурпурный, голубой и желтый, а вторичными — красный, зеленый и синий. Эти цвета показаны на рис. 6.4(б).
Правильная комбинация трех первичных основных цветов красителей или вторичногоосновного цвета и противоположного ему первичного дает черный цвет.Цветное телевидение дает пример аддитивного цветовоспроизведения (т. е.основанного на сложении первичных основных цветов световых источников).Внутренняя поверхность экрана электронно-лучевых трубок (ЭЛТ) цветныхтелевизоров составлена из большого числа триад — расположенных треугольником точек люминофоров.
При возбуждении электронным лучом каждая точкатриады способна излучать свет одного из первичных основных цветов. Интенсивность свечения красного люминофора модулируется с помощью расположенной внутри кинескопа электронной пушки, которая генерирует импульсы в соответствии с энергией, измеренной телекамерой в красном диапазоне.Управление излучением зеленого и синего люминофоров осуществляется аналогично с использованием своих электронных пушек.
Эффект, наблюдаемый6.1. Основы теории цвета465на экране телевизионного приемника, состоит в том, что три первичных основных цвета от каждого люминофора смешиваются и воспринимаются чувствительными к цветам колбочками глаза как полноценное цветное изображение.Смена изображений со скоростью тридцать кадров в секунду2 делает иллюзиюнепрерывного воспроизведения цветного изображения на экране полной.В последнее время ЭЛТ заменяются цифровыми технологиями «плоскихпанелей», такими как жидкокристаллические дисплеи (ЖКД) и плазменныеэкраны.
Хотя по конструктивному принципу они и отличаются кардинальноот ЭЛТ, эти и другие технологии используют тот же самый принцип восприятия — все они для формирования одного цветового пикселя требуют наличиятрех элементарных «подпикселей» (красного, зеленого и синего). ЖКД используют поляризационные фильтры, позволяющие задерживать или пропускатьполяризованный свет через экран. В дисплеях, использующих активные матрицы, для адресации и передачи сигнала каждому из пикселей экрана используются тонкопленочные транзисторы. Для формирования трех первичных цветовв триадах каждого из пикселей используются цветные фильтры. В плазменныхэкранах пиксели представляют собой крошечные капсулы с газом, покрытыефосфоресцирующим веществом, излучающим один из трех первичных цветов.Каждая из капсул адресуется способом, аналогичным используемому в ЖКД.Эта возможность индивидуальной адресации триады каждого из пикселей является основой цифровых дисплеев.Параметрами, обычно используемыми для различения цветов, являютсясветлота, цветовой тон и насыщенность.
Как указывалось ранее в этом параграфе, светлота отображает ахроматическое ощущение интенсивности. Цветовойтон характеризует доминирующий цвет, воспринимаемый наблюдателем, причем большинство цветовых тонов в своем восприятии эквивалентны тому илииному спектральному цвету (см. рис. 6.5). Таким образом, когда мы называемнекоторый объект красным, оранжевым или желтым, мы тем самым обозначаем его цветовой тон. Насыщенность цвета связана с его относительной белизной или с количеством белого цвета в нем. Спектрально чистые (монохроматические) цвета являются полностью насыщенными. Такие цвета, как розовый(смесь красного и белого) или бледно-лиловый (смесь фиолетового и белого),менее насыщены, причем величина насыщенности цвета обратно пропорциональна количеству белого цвета в смеси.Цветовой тон и насыщенность вместе называются цветностью, и поэтомуцвет может быть охарактеризован своей светлотой и цветностью.
Величиныкрасного, зеленого и синего, необходимые для получения некоторого конкретного цвета, называются координатами цвета и обозначаются соответственно X,Y и Z. Часто при описании цвета светлота не представляет интереса, и в такомслучае цветовой тон и насыщенность можно выразить в координатах цветности, которые определяются какx=X,X +Y + Z(6.1-1)2Такая частота кадров используется в стандарте NTSC; в стандарте SECAM, распространенном в России, используется кадровая развертка с частотой 25 кадров (или 50полукадров) в секунду. — Прим.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
