1.1 图像的基本概念
1.1.1 色彩的基本知识
1．色彩的三要素
颜色有亮度、色相和色饱和度三个要素，任何一种颜色都可以用它们来确定。
（1）亮度：它是指颜色的明暗程度，通常使用从0%（黑色）至100%（白色）的百分比来度量。亮度又称明度，它用字母Y表示。
（2）色相：它是从物体反射或透过物体传播的颜色，表示彩色的颜色种类，即通常所说的红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等。色相又称色调。
（3）色饱和度：它表示颜色的深浅程度，即表示色相中灰色成份所占的比例，通常使用从0%（灰色）至100%（完全饱和）的百分比来度量。对于相同色调的颜色，其色饱和度越高，颜色越深，在彩色光中掺入的白光越多，彩色的色饱和度就越低。
2．三原色和混色
人们在对人眼进行混色实验时发现，只要将三种不同的颜色按一定比例混合就可以得到自然界中绝大多数的颜色，而且它们自身不能够被其他颜色混合而成。对于彩色光的混合来说，三原色（又称三基色）是红（R）、绿（G）、蓝（B）三色，将红、绿、蓝3束光投射在白色屏幕上的同一位置，不断改变三束光的强度比，就可在白色屏幕上看到各种颜色，如图1-1-1（a）所示。进行三基色混色实验可得出如下结论：红+绿→黄，绿+蓝→青，蓝+黄→白，红+绿+蓝→白，黄+青+紫→白，如图1-1-1（b）所示。
对于不发光的物体来说，物体的颜色是由反射照射光产生的颜色，这种颜色（颜料的混合色）的三原色是黄、青、紫色，它们的混色特点如图1-1-1（c）所示。
图1-1-1 三基色混色
1.1.2 位图和矢量图
数字图像的种类有两种，一种是位图（又称点阵图），另一种是矢量图。
1．位图
位图由许多颜色不同、深浅不同的小像素点组成的。像素是组成图像的最小单位，许许多多像素构成一幅完整的图像。在一幅（或帧）图像中，像素越小，数目越多，则图像越清晰。例如，每帧普通电视画面约有40万像素。
当人眼观察由像素组成的画面时，为什么看不到像素的存在呢？这是因为人眼对细小物体的分辨能力有限，当相邻两个像素对人眼所张的视角小于1′～1.5′时，人眼就无法分清两个像素点了。图1-1-2（a）是一幅在Photoshop软件中打开的点阵图像。用放大镜工具放大后如图1-1-2（b）所示。可以看出，位图图像明显是由像素组成的。
图1-1-2 点阵图像
位图的图像文件记录的是组成位图的各像素点的色度和亮度的信息，颜色的种类越多，图像文件越大。通常，位图可以表现的更自然和更逼真，更接近于实际场景。但文件一般较大，在将它放大、缩小和旋转时，会造成图像失真。
2．矢量图
矢量图由一些基本的图元组成，这些图元是一些几何图形，例如点、线、矩形、多边形、圆和弧线等。这些几何图形均可以由数学公式计算后得出。矢量图的图形文件是绘制图形中各图元的命令。显示矢量图时，需要相应的软件读取这些命令，并将命令转换为组成图形的各个图元。由于矢量图是采用数学描述方式的图形，所以由它生成的图形文件相对较小，而且图形颜色的多少与文件的大小基本无关。另外，在将它放大、缩小和旋转时，不会像位图那样产生失真。它的缺点是色彩比较单调。
1.1.3 图像的主要参数和文件格式
1．分辨率
通常，分辨率可分为显示分辨率和图像分辨率。
（1）显示分辨率：显示分辨率（又称屏幕分辨率）是指每个单位长度内显示的像素或点数的个数，以“点/英寸”（dpi）来表示。也可以描述为，在屏幕的最大显示区域内，水平与垂直方向的像素或点数的个数。例如1360×768的分辨率表示屏幕可以显示768行像素，每行有1360个像素，即1044480个像素。屏幕可以显示的像素个数越多，图像越清晰，越逼真。
显示分辨率不但与显示器和显示卡的质量有关，还与显示模式的设置有关。右击Windows桌面，调出它的快捷菜单，单击该菜单内的“属性”菜单命令，调出“显示属性”对话框，单击“设置”选项卡，此时“显示属性”对话框如图1-1-3所示。拖曳调整该对话框内“屏幕分辨率”栏的滑块，可以调整显示分辨率。
图1-1-3 “显示属性”对话框
（2）图像分辨率：它是指打印图像时，每个单位长度上打印的像素个数，通常以“像素/英寸”（pixel/inch，ppi）来表示。它也可以描述为组成一帧图像的像素数。例如：400×300图像分辨率表示该幅图像由300行，每行由400像素组成。它既反映了该图像的精细度，又给出了图像大小。如果图像分辨率大于显示分辨率，则图像只显示其中的一部分。在显示分辨率一定的情况下，图像分辨率越高，图像越清晰，同时文件也越大。
2．颜色深度
位图中各像素的颜色信息是用二进制数据来描述的，二进制的位数就是位图的颜色深度，它决定了图像中颜色的最大个数。目前，颜色深度有1、4、8、16、24和32几种。
颜色深度为1时，表示位图中的颜色只有1位，可以表示黑色和白色两种颜色；颜色深度为8时，表示位图中的颜色为8位，可以表示28=256种颜色；颜色深度为24时，表示位图中的颜色为24位，可以表示224=16777216种颜色，它是用三个8位来分别表示R、G、B颜色，这种图像称为真彩色图像；颜色深度为32时，也是用三个8位来分别表示R、G、B颜色，另一个8位用来表示图像的其他属性（透明度等）。颜色深度不但与显示器和显示卡的质量有关，还与显示设置有关。利用“显示属性”“设置”对话框中的“颜色质量”下拉列表框可以选择不同的颜色深度，如图1-1-3所示。
3．颜色模式
颜色模式决定了用于显示和打印图像的颜色模型，它决定了如何描述和重现图像的色彩。颜色模式不但影响图像中显示的颜色数量，还影响通道数和图像文件的大小。另外，选用何种颜色模式还与图像的文件格式有关。例如，不能够将采用CMYK颜色模式的图像保存为BMP和GIF等格式的图像文件。
（1）灰度模式：该模式只有灰度色（图像的亮度），没有彩色。在灰度色图像中，每个像素都以8位或16位表示，取值范围在0（黑色）～255（白色）之间。
（2）RGB模式：用红、绿、蓝三基色来描述颜色的方式称为RGB模式，是相加混色模式。相加混色模式用于光照、视频和显示器。对于真彩色，R、G、B三基色分别用8位二进制数来描述，共有256种。R、G、B的取值范围在0～255之间，可以表示256×256×256=16777216种颜色。这是计算机绘图中经常使用的模式。R=255、G=0、B=0时，表示红色；R=0、G=255、B=0时，表示绿色；R=0、G=0、B=255时，表示蓝色。
（3）HSB模式：该模式是利用颜色的三要素来表示颜色的，它与人眼观察颜色的方式最接近。其中，H表示色相（Hue），S表示色饱和度（Saturation），B表示亮度（Brightness）。这种方式与绘画的习惯相一致，用来描述颜色比较自然，但实际使用中不太方便。
（4）CMYK模式：该模式是以打印在纸上的油墨的光线吸收特性为基础。当白光照射到半透明油墨上时，某些可见光波长被吸收（减去），而其他波长则被反射回眼睛。这些颜色因此称为减色。理论上，纯青色（C）、品红（M）和黄色（Y）色素在合成后可以吸收所有光线并产生黑色。由于所有的打印油墨都存在一些杂质，这三种油墨实际会产生土棕色。因此，在四色打印中除了使用纯青色、洋红和黄色油墨外，还会使用黑色（K）油墨，为了避免与蓝色混淆，黑色用K而没用B表示。
因此，该模式是一种基于四色印刷的印刷模式，是相减混色模式，是一种最佳的打印模式。虽然RGB模式可以表示的颜色较多，但打印机与显示器不同，打印纸不能够创建色彩光源，只可以吸收和反射一部分光线，它不能够打印出这么多的颜色。
（5）Lab模式：该模式是由三个通道组成，即亮度，用L表示；a通道，包括的颜色是从深绿色（低亮度值）到灰色（中亮度值），再到亮粉红色（高亮度值）；b通道，包括的颜色是从亮蓝色（低亮度值）到灰色（中亮度值），再到焦黄色（高亮度值）。L的取值范围是0～100，a和b的取值范围是 −120～120。
Lab模式是Photoshop内部的颜色模式，可以表示的颜色最多，是目前所有颜色模式中色彩范围（称为色域）最广的颜色模式，可产生明亮的颜色。在使用Photoshop进行不同颜色模式之间的转换时，常使用该颜色模式作为中间颜色模式。另外，Lab模式与光线和设备无关，处理的速度与RGB模式一样快，是CMYK模式处理速度的数倍。