颜色和视觉

    所谓就是指某个三维颜色空间中的一个可见光子集，它包含某个颜色域的所有颜色。例如，RGB颜色模型就是三维直角坐标颜色系统的一个单位正方体。颜色模型的用途是在某个颜色域内方便地指定颜色，由于每一个颜色域都是可见光的子集，所以任何一个颜色模型都无法包含所有的可见光。大多数的彩色图形显示设备一般都是使用红、绿、蓝三原色，我们也主要使用RGB颜色模型，但是红、绿、蓝颜色模型用起来不太方便，它与直观的颜色概念如色调、饱和度和亮度等没有直接的联系。在本小节中，我们除了讨论RGB颜色模型，还要介绍常见的CMY，HSV等颜色模型。

    RGB颜色模型通常用于彩色阴极射线管等彩色光栅图形显示设备中，它是我们使用最多、最熟悉的颜色模型。它采用三维直角坐标系，红、绿、蓝为原色，各个原色混合在一起可以产生复合色，如图4.1.8所示。RGB颜色模型通常采用图4.1.9所示的单位立方体来表示，在正方体的主对角线上，各原色的强度相等，产生由暗到明的白色，也就是不同的灰度值。(0，0，0)为黑色，(1，1，1)为白色。正方体的其它六个角点分别为红、黄、绿、青、蓝和品红，需要注意的一点是，RGB颜色模型所覆盖的颜色域取决于显示设备荧光点的颜色特性，是与硬件相关的。

图4.1.8 RGB三原色混合效果      图4.1.9 RGB立方体

    以红、绿、蓝的补色青(Cyan)、品红(Magenta)、黄(Yellow)为原色构成的CMY颜色模型，常用于从白光中滤去某种颜色，又被称为减性原色系统。CMY颜色模型对应的直角坐标系的子空间与RGB颜色模型所对应的子空间几乎完全相同。差别仅仅在于前者的原点为白，而后者的原点为黑。前者是定义在白色中减去某种颜色来定义一种颜色，而后者是通过从黑色中加入颜色来定义一种颜色。

    了解CMY颜色模型对于我们认识某些印刷硬拷贝设备的颜色处理很有帮助，因为在印刷行业中，基本上都是使用这种颜色模型。下面我们简单地介绍一下颜色是如何画到纸张上的。当我们在纸面上涂青色颜料时，该纸面就不反射红光，青色颜料从白光中滤去红光。也就是说，青色是白色减去红色。品红颜色吸收绿色，黄色颜色吸收蓝色。现在假如我们在纸面上涂了黄色和品红色，那么纸面上将呈现红色，因为白光被吸收了蓝光和绿光，只能反射红光了。如果在纸面上涂了黄色，品红和青色，那么所有的红、绿、蓝光都被吸收，表面将呈黑色。有关的结果如图4.1.10所示。

图4.1.10 CMY原色的减色效果

    RGB和CMY颜色模型都是面向硬件的，相比较而言，HSV(Hue,Saturation, Value)颜色模型是面向用户的，该模型对应于圆柱坐标系的一个圆锥形子集(图4.1.11)。圆锥的顶面对应于V=1，代表的颜色较亮。色彩H由绕V轴的旋转角给定，红色对应于角度0度，绿色对应于角度120度，蓝色对应于角度240度。在HSV颜色模型中，每一种颜色和它的补色相差180度。饱和度S取值从0到1，由圆心向圆周过渡。由于HSV颜色模型所代表的颜色域是CIE色度图的一个子集，它的最大饱和度的颜色的纯度值并不是100％。在圆锥的顶点处，V=0，H和S无定义，代表黑色，圆锥顶面中心处S=0，V=1，H无定义，代表白色，从该点到原点代表亮度渐暗的白色，即不同灰度的白色。任何V=1，S=1的颜色都是纯色。

图4.1.11 HSV颜色模型 图4.1.12 颜色三角形   图4.1.13 RGB正六边形

    HSV颜色模型对应于画家的配色的方法。画家用改变色浓和色深的方法来从某种纯色获得不同色调的颜色。其做法是：在一种纯色中加入白色以改变色浓，加入黑色以改变色深，同时加入不同比例的白色，黑色即可得到不同色调的颜色。如图4.1.12所示，为具有某个固定色彩的颜色三角形表示。

    从RGB立方体的白色顶点出发，沿着主对角线向原点方向投影，可以得到一个正六边形，如图4.1.13所示，容易发现，该六边形是HSV圆锥顶面的一个真子集。RGB立方体中所有的顶点在原点，侧面平行于坐标平面的子立方体往上述方向投影，必定为HSV圆锥中某个与V轴垂直的截面的真子集。因此，可以认为RGB空间的主对角线，对应于HSV空间的V轴，这是两个颜色模型之间的一个联系关系。