RGB加减运算原理

色度学原理

作者：中教育星多媒体

色度学确切的讲它是研究人眼对颜色感觉规律的一门科学。

每个人的视觉并不是完全一样的。在正常视觉的群体中间，也有一定的差别。目前在色度学上为国际所引用的数据，是由在许多正常视党人群中观测得来的数据而得出的平均结果。就技术应用理论上来说，已具备足够的代表性和可靠的准确性。

一、颜色的确切含意

在日常生活中，人们习惯把颜色归属于某一物体的本身，把它作为某一物体所具有的属于自身的基本性质。比如人们所常讲的那是一块红布，那是一张白纸等等。但在实际上，人们在眼中所看到的颜色，除了物体本身的光谱反射特性之外，主要和照明条件所造成的现象有关。如果一个物体对于不同波长的可视光波具有相同的反射特性，我们则称这个物体是白色的。而这物体是白色的结论是在全部可见光同时照射下得出的。同样是这个物体，如果只用单色光照射，那这个物体的颜色就不再是白色的了。同样的道理，一块红布如果是我们在白天日光下得出的结论，那同样是这块布在红光的照射下，在人们眼中反映出的颜色就不再是红色的而是白色的。

这些现象说明，在人们眼中所反映出的颜色，不单取决于物体本身的特性，而且还与照明光源的光谱成分有着直接的关系。所以说在人们眼中反映出的颜色是物体本身的自然属性与照明条件的综合效果。我们用色度学来评价的结论就是这种综合效果。

二、色彩三要素

任何色彩的显示，实际上都是色光刺激人们的视觉神经而产生感觉，我们把这种感觉称之为色觉。

色别、明度和饱合度是色彩的三个特征，也是色觉的三个属性，通常将色别、色彩明度和色饱合度称为“色彩三要素”。

1.色别

色彩所具有的最显著特征就是色别，也称色相。它是指各种颜色之间的差别。从表面现象来讲，例如一束平行的白光透过一个三棱镜时，这束白光因折射而被分散成一条彩色的光带，形成这条光带的红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等颜色，就是不同的色别。从物理光学的角度上来讲，各种色别是由射入人眼中光线的光谱成分所决定的，色别即色相的形成取决于该光谱成分的波长。

我们所讲的光是电磁波谱中的一小部分，波长范围大约为400～700毫微米，在这个范围内各种波长的光呈现出各种不同的色彩。在自然界中所呈现出的各种色彩大都是由不同波长和强度的光波混合在一起而显示出来的，有的则是某个单一波长的固有特性色彩。

总之，色别就是指不同颜色之间质的差别，它们是可见光谱中不同波长的电磁波在视觉上的特有标志。

2.明度

明度是指色彩的明暗程度。每一种颜色在不同强弱的照明光线下都会产生明暗差别，我们知道，物体的各种颜色，必须在光线的照射下，才能显示出来。这是因为物体所呈现的颜色，取决于物体表面对光线中各种色光的吸收和反射性能。前面提到的红布之所以呈现红色，是由于它只反射红光，吸收了红光之外的其余色光。白色的纸之所以呈现白光，是由于它将照射在它表面上的光的全部成分完全反射出来。如果物体表面将光线中各色光等量的吸收或全部吸收，物体的表现将呈现出灰色或黑色。同一物体由于照射在它表面的光的能量不同，反射出的能量也不相同，因此就产生了同一颜色的物体在不同能量光线的照射下呈现出明暗的差别。

白颜料属于高反射率物质，无什么颜色掺入白颜料，可以提高自身的明度。黑颜料属于反射率极低的物质，因此在各种颜色的同一颜色中（黑除外）掺黑越多明度越低。

在摄影中，正确处理色彩的明度很重要，如果只有色别而没有明度的变化，就没有纵深感和节奏感，也就是我们常说的没层次。

3.饱和度

饱和度是指构成颜色的纯度，它表示颜色中所含彩色成分的比例。彩色比例越大，该色彩的饱和度越高，反之则饱和度越低。从实质上讲，饱和度的程度就是颜色与相同明度有消色的相差程度，所包含消色成分越多，颜色越不饱和。色彩饱和度与被摄物体的表面结构和光线照射情况有着直接的关系。同一颜色的物体，表面光滑的物体比表面粗糙的物体饱和度大；强光下比阴暗的光线下饱和度高。

不同的色别在视觉上也有不同的饱和度，红色的饱和度最高，绿色的饱和度最低，其余的颜色饱和度适中。在照片中，高饱和度的色彩能使人产生强烈、艳丽亲切的感觉；饱和度低的色彩则易使人感到淡雅中包含着丰富。

三、三原色和三补色之间的关系

自然界中各种物体所表现出的不同色彩，都是由蓝色、绿色和红色光线按适当比例混合起来即作用不同的吸收或反射而呈现在人们眼中的。所以，蓝色、绿色和红色就是组成各种色彩的基本成分。因此我们把这三个感色单元称为三原色。

三原色的光谱波长如下：

435.8Nm波长约400～500毫微米的范围属蓝光范围；

546.1Nm波长约500～600毫微米的范围属绿光范围；

700Nm波长约600～700毫微米的范围属红光范围。

这三个原色的光波在可见光光谱中各占三分之一。三个原色中的一个与另外两个原色或其中一个原色等量相加，就可得到其它的色彩，其规律可用下式表示：

由此可见，三原色的构成和叠加可以概括为以下四点：

1.自然界的色彩是由三原色为基本色构成的，三原色按不同的比例相混合可以合成出自然界中的任何颜色。

2.蓝、绿、红这三种原色是互相独立的，它们中的任何一种颜都不能用另外两种颜色混合得到。

3.三种原色的混合比例决定色别。

4.混合色光的亮度等于各原色光的亮度和。

根据上述色光叠加的规律，我们分别将（1）（2）（3）式代入到（4）式中。可得

由R+G=Y

得 R=Y-G（5）

（5）代入（4）得

Y-G+G+B=W

Y+B=W　黄光+蓝光=白光

由R+B=M

得 R=M-B（6）

（6）代入（4）得

M-B+G=B=W

M+G=W　品红光+绿光=白光

由 G+B=C得

G=C-B（7）

（7）代入（4）得

R+C-B+B=W

R+C=W　红光+青光=白光

两种色光相加后如果得到白光，则该两色光互为补色。与蓝光、绿光和红光互为补色的三色光分别为黄色、品红光和青光。我们通常称这三色光为“三补色”。这三个补色，在可见光谱中，各约占三分之二。