颜色在计算机中的存储和显示详解

颜色是通过眼、脑和我们生活经验所产生的对光和视觉感受，我们肉眼所见到的光线，是由波长范围很窄的电磁波产生的，不同的波长的电磁波表现为为不同的颜色，对色彩的辨认是肉眼受到电磁波辐射能刺激后所引起的视觉神经感觉。

颜色具有三个特性，即色相，明度和饱和度。颜色的三个特性及其相互关系可以用三度空空间的颜色立体说明

在平时生活中我们会经常接触到颜色，可以分为12中颜色： 红、橙、黄、绿、青、蓝、紫、灰、粉、黑、白、棕 。

颜色模式，是将某种颜色表现为数字形式的模型，或者说是一种记录图像颜色的方式。分为：RGB模式、CMYK模式、HSB模式、Lab模式、位图模式、灰度模式、索引颜色模式、双色调模式和多通道模式。

RGB是最常用的彩色模式，RGB分别代表红、绿、蓝三原色，RGB采用此模式每个像素占用3个字节（一个字节8位），分别用于表示颜色的R、G、B分量（255、255、255）属加色模式0-255（黑色-白色)。

特点文件小。色彩丰富且饱满。RGB模式是一种发光的彩色模式 屏幕上显示的图像，就一般都是以RGB模式，因为显示器的物理结构就是遵循RGB的

当3种基色的亮度值相等时，产生灰色；当3种亮度值都是255时，产生纯白色；而当所有亮度值都是0时，产生纯黑色。当3种色光混合生成的颜色一般比原来的颜色亮度值高，所以RGB模式产生颜色的方法又被称为色光加色法。

扩展

RGBA是代表Red（红色）、Green（绿色）、Blue（蓝色）和Alpha的色彩空间。

lpha通道一般用作不透明度参数。如果一个像素的alpha通道数值为0%，那它就是完全透明的（也就是看不见的），而数值为100%则意味着一个完全不透明的像素（传统的数字图像）。在0%和100%之间的值则使得像素可以透过背景显示出来，就像透过玻璃（半透明性），这种效果是简单的二元透明性（透明或不透明）做不到的。它使数码合成变得容易。alpha通道值可以用百分比、整数或者像RGB参数那样用0到1的实数表示。

有时它也被写成ARGB（像RGBA一样，但是第一个数据是alpha）。例如：0x80FFFF00是50%透明的**，因为所有的参数都在0到255的范围内表示。0x80是128，大约是255的一半。

CMYK：主要用于印刷（青色、洋红、黄、黑）0-100属于减色模式。CMY是3种印刷油墨名称的首字母：青色Cyan、洋红色Magenta、**Yellow。而K取的是Black最后一个字母，避免与Blue混淆。

特点：文件大，占用磁盘空间大（可以通过控制4中颜色的油墨在在纸张上的叠加印刷来产生各种色彩：四色印刷），CMYK是一种依靠反光的色彩模式

CMYK模式在本质上与RGB模式没有什么区别，只是产生色彩的原理不同，在RGB模式中由光源发出的色光混合生成颜色，而在CMYK模式中由光线照到有不同比例C、M、Y、K油墨的纸上，部分光谱被吸收后，反射到人眼的光产生颜色。

由于C、M、Y、K在混合成色时，随着C、M、Y、K四种成分的增多，反射到人眼的光会越来越少，光线的亮度会越来越低，所有CMYK模式产生颜色的方法又被称为色光减色法。

Lab模式的原型是由CIE协会在1931年制定的一个衡量颜色的标准，在1976年被重新定义并命名为CIELab。此模式解决了由于不同的显示器和打印设备所造成的颜色扶植的差异，也就是它不依赖于设备。

Lab颜色是以一个亮度分量L及两个颜色分量a和b来表示颜色的。其中L的取值范围是0-100，a分量代表由绿色到红色的光谱变化，而b分量代表由蓝色到**的光谱变化，a和b的取值范围均为-120-120。

Lab模式所包含的颜色范围最广，能够包含所有的RGB和CMYK模式中的颜色。CMYK模式所包含的颜色最少，有些在屏幕上砍刀的颜色在印刷品上却无法实现。

每个像素都以8bit（占一个或两个位)。每一个像素都是介于黑色和白色之间的（256):2 8 =256, 2 16 = 65536种灰度的一种。

灰度模式可以使用多达256级灰度来表现图像，使图像的过渡更平滑细腻。灰度图像的每个像素有一个0（黑色）到255（白色）之间的亮度值。灰度值也可以用黑色油墨覆盖的百分比来表示（0%等于白色，100%等于黑色）。使用黑折或灰度扫描仪产生的图像常以灰度显示。

用于表示最简单的黑白图，即每个像素占用1bit，非黑即白。即使图像中只包含黑色和白色，但是透过像素的疏密排列，仍可以将图像组合成近似视觉上的灰度图，彩色、灰度、位图。由于位图模式只用黑白色来表示图像的像素，在将图像转换为位图模式时会丢失大量细节，因此Photoshop提供了几种算法来模拟图像中丢失的细节。

在宽度、高度和分辨率相同的情况下，位图模式的图像尺寸最小，约为灰度模式的1/7和RGB模式的1/22以下。

256种典型的颜色作为颜色表，转换过程存在失真很可能会在原本平滑的边缘出现边缘效应。

索引颜色模式是网上和动画中常用的图像模式，当彩色图像转换为索引颜色的图像后包含近256种颜色。索引颜色图像包含一个颜色表。

如果原图像中颜色不能用256色表现，则Photoshop会从可使用的颜色中选出最相近颜色来模拟这些颜色，这样可以减小图像文件的尺寸。用来存放图像中的颜色并为这些颜色建立颜色索引，颜色表可在转换的过程中定义或在声称索引图像后修改。

该模式下的每个通道都为256级灰度通道。如果删除了RGB、CMYK、Lab模式中的某一个通道图像将自动转化为多通道模式。

多通道模式对有特殊打印要求的图像非常有用。例如，如果图像中只使用了一两种或两三种颜色时，使用多通道模式可以减少印刷成本并保证图像颜色的正确输出。

HSB模式是利用相色、饱和度以及亮度3种基本向量来标识颜色的。其中，色相（Hue）用于表示红、橙、黄、绿、蓝和紫。HSB模型以人类对颜色的感觉胃基础，描述了颜色的3种基本特征：

色相是从物体反射或透过物体传播的颜色。在0到360度的标准色轮上，按照位置色相，在通常的使用中，色相由标识，如红色、橙色和绿色。

饱和度（有时称为彩度）是指颜色的强度和纯度。饱和度表示色相中灰度分量所占的比例，它使用从0%（灰度）至100%（完全饱和）的百分比来度量。在标准色轮上，饱和度从中心到边缘递增。

亮度是颜色的相对明亮程度，通常用从0%（黑色）至100%（白色）的百分比来度量。

色彩模式是数字世界中表示颜色的一种算法，在数学世界中，为了表示各种颜色，人们通常将颜色划分为若干分量。由于成色原理的不同，决定了显示器、投影仪、扫描仪这类靠色光直接合成颜色的颜色设备和打印机、印刷机这类靠颜料的印刷设备在生成颜色方式上的区别。

RGB模式：使用于显示器、投影仪、扫描仪、数码相机等。

当3种基色的亮度值相等时，产生灰色；当3种亮度值都是255时，产生纯白色；而当所有亮度值都是0时，产生纯黑色。当3种色光混合生成的颜色一般比原来的颜色亮度值高，所以RGB模式产生颜色的方法又被称为色光加色法。

CMYK模式：适用于打印机、印刷机等

CMYK模式在本质上与RGB模式没有什么区别，只是产生色彩的原理不同，在RGB模式中由光源发出的色光混合生成颜色，而在CMYK模式中由光线照到有不同比例C、M、Y、K油墨的纸上，部分光谱被吸收后，反射到人眼的光产生颜色。

由于C、M、Y、K在混合成色时，随着C、M、Y、K四种成分的增多，反射到人眼的光会越来越少，光线的亮度会越来越低，所有CMYK模式产生颜色的方法又被称为色光减色法。

Lab模式所包含的颜色范围最广，能够包含所有的RGB和CMYK模式中的颜色。CMYK模式所包含的颜色最少，有些在屏幕上砍刀的颜色在印刷品上却无法实现。

灰度模式可以使用多达256级灰度来表现图像，使图像的过渡更平滑细腻。灰度图像的每个像素有一个0（黑色）到255（白色）之间的亮度值。灰度值也可以用黑色油墨覆盖的百分比来表示（0%等于白色，100%等于黑色）。使用黑折或灰度扫描仪产生的图像常以灰度显示。

用于表示最简单的黑白图，即每个像素占用1bit，非黑即白。即使图像中只包含黑色和白色，但是透过像素的疏密排列，仍可以将图像组合成近似视觉上的灰度图，彩色、灰度、位图。由于位图模式只用黑白色来表示图像的像素，在将图像转换为位图模式时会丢失大量细节，因此Photoshop提供了几种算法来模拟图像中丢失的细节。

在宽度、高度和分辨率相同的情况下，位图模式的图像尺寸最小，约为灰度模式的1/7和RGB模式的1/22以下。

索引颜色模式是网上和动画中常用的图像模式，当彩色图像转换为索引颜色的图像后包含近256种颜色。索引颜色图像包含一个颜色表。

如果原图像中颜色不能用256色表现，则Photoshop会从可使用的颜色中选出最相近颜色来模拟这些颜色，这样可以减小图像文件的尺寸。用来存放图像中的颜色并为这些颜色建立颜色索引，颜色表可在转换的过程中定义或在声称索引图像后修改。

该模式下的每个通道都为256级灰度通道。如果删除了RGB、CMYK、Lab模式中的某一个通道图像将自动转化为多通道模式。

多通道模式对有特殊打印要求的图像非常有用。例如，如果图像中只使用了一两种或两三种颜色时，使用多通道模式可以减少印刷成本并保证图像颜色的正确输出。

HSB模式是利用相色、饱和度以及亮度3种基本向量来标识颜色的。其中，色相（Hue）用于表示红、橙、黄、绿、蓝和紫。HSB模型以人类对颜色的感觉胃基础，描述了颜色的3种基本特征：

色相是从物体反射或透过物体传播的颜色。在0到360度的标准色轮上，按照位置色相，在通常的使用中，色相由标识，如红色、橙色和绿色。

饱和度（有时称为彩度）是指颜色的强度和纯度。饱和度表示色相中灰度分量所占的比例，它使用从0%（灰度）至100%（完全饱和）的百分比来度量。在标准色轮上，饱和度从中心到边缘递增。

亮度是颜色的相对明亮程度，通常用从0%（黑色）至100%（白色）的百分比来度量。

在计算机中，需要抓住色彩的两点：

1.颜色存储方式。

2.颜色的显示方式。

根据这两方面可以处理遇到的颜色问题。

由于每个颜色输入或输出设备色彩表现能力各不同，所以，同一组的RGB或CMYK颜色数据，在不同的设备上输出，可能出现不同的颜色效果。特征化的目的是确立每一种设备的色彩特性，这些色彩特性可以通过一些软件及硬件的配合产生一个“特征文件”来记录。

色彩转换（Conversion）。不同设备的色域都不一样，我们进行色彩的复制过程中，需要在不同设备之间进行色彩空间的数据转换。色彩转换不是提供百分之百相同的色彩，而是发挥设备所能提供最理想的色彩，同时让使用者预知结果。

色彩管理系统的基本结构是以CIE色度空间为参考色彩空间，特征文件记录设备输入或输出色彩特征，并利用应用软件及第三方色彩管理软件作为使用者的色彩控制工具。

(1) 通用的参考标准。1993年以前，各家色彩管理系统的厂商没有统一的标准格式，各个厂商独自发展自己的色彩特征文件，令使用者无法利用色彩特征文件做色彩管理与沟通，导致色彩管理的理想无法实现。因此，ICC国际色彩联盟（International Color Consortium）于1993年成立，建立了色彩特征文件的标准格式，称为ICC标准格式。

ICC的目标在于建立一个可以以一种标准化的方式交流和处理图像的色彩管理模块，并允许色彩管理过程跨平台和操作系统进行。ICC标准是建立在PCS（Profile Connection Space——中转空间）参考空间的基础上。所谓彩色连结空间PCS是用来连结各种设备的ICC色彩特征文件所用的，在ICC中是指定采用CIE标准为色彩特征文件转换的依据，而且建立设备色彩特征文件时，其使用的设备独立色彩是以CIE XYZ或CIELab等方式来表示色彩。ICC特征文件包含从输入设备颜色空间向PSC空间转化的数据，还包括从PSC空间到输出设备颜色空间转换的数据。

(2)设备的色彩特性文件(DCPS)。设备特征化，是用以界定输入设备可辨识的色域范围与输出设备可复制的色域范围的工作，并将不同设备间RGB或CMYK的色彩与CIE所制定的设备独立色彩，如CIE XYZ或CIELab色彩空间，建立设备色彩（device-dependent color）与设备独立色彩（device-independent color）间的色彩转换对映文件，此一文件称为设备特征文件。

设备特征文件为色彩管理系统提供将某一设备的色彩数据（即一个设备能够产生或获得的色彩范围、色域）转换到设备独立的色彩空间中所要的必要信息。DCPS是基于颜色的光谱数据而得到的设备颜色特性数据，它作为一种标准，可通过不同的设备所附带的特征文件来描述和翻译不同厂商生产的设备再现色彩的能力。所有经过校正的设备通过色彩测量仪器读取设备色彩信息，并将结果存在DCPS中，所以DCPS是用以描述设备色彩特性的数字信息文件，其建立了设备间RGB或CMYK与CIELab颜色之间的对应关系。

(3)色彩管理模块CMM（Color Management Module）。色彩管理模块用于解释设备特征文件，依据特征文件所描述的设备特征进行不同设备的颜色数据转换。无论是操作系统还是专门的色彩管理软件都提供对应的CMM。CMM使用色彩管理软件用设备颜色数据表示图像颜色，从而完成色彩的转换。