摘要：本文在介紹顯示器像素發(fā)光原理的基礎(chǔ)上，從數(shù)字化的角度討論RGB色彩模式的定義及其子集(位圖、灰度、索引模式) ，并給出數(shù)字化的CMYK和HSB色彩模式1，為在軟件中理解和應(yīng)用色彩模式，自覺運用相關(guān)概念設(shè)定一個基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：色彩模式；RGB；CMYK；HSB

色彩是人對光波的視覺反應(yīng)。數(shù)字化處理圖像圖形中，對色彩的認識需要有一個基本標準，即所謂的色彩模式。視覺反應(yīng)的色彩光波來自于發(fā)光體和反光體兩種形式，典型的例子：前者是顯示器屏幕上的熒光成像點（像素），后者是印刷品。在應(yīng)用技術(shù)上對色彩模式，為發(fā)光(體)形式定義出RGB模式，為反光(體)形式定義出CMYK模式，為人的視覺形式定義出HSB模式。每種模式對應(yīng)著獨自的色彩概念，我們來討論RGB模式的數(shù)值化定義形式，為理解軟件中圖像圖形處理的眾多概念奠定一個色彩認識的基礎(chǔ)。

一、熒光像素顏色

顯示器屏幕由稱之為“像素”的可發(fā)光單位按行按列組成，像素的直徑約0.35毫米或0.26毫米。其原理是一個像素由三個發(fā)光點構(gòu)成，每個發(fā)光點（分別由經(jīng)電子轟擊可發(fā)出紅綠藍三種顏色之一的三種熒光粉制成）獨立發(fā)出紅綠藍三種顏色之一，發(fā)光點可發(fā)出從低到高的多種強度等級(不妨設(shè)為256級，理論上每個發(fā)光點可發(fā)出更多等級的光，但制造技術(shù)難)的光，三個發(fā)光點各自發(fā)出不同等級的光組合后就是這個像素的發(fā)光顏色。三個發(fā)光點都發(fā)最低等級的光時像素顯為黑色，三個發(fā)光點都發(fā)最高等級的光時像素顯為白色，發(fā)光等級的從低到高產(chǎn)生了像素光色的從無到有。綠和藍發(fā)光點發(fā)最低等級的光，紅發(fā)光點發(fā)不同等級的光時，像素顯示為不同等級的紅色，同樣道理像素可顯示為不同等級的綠色和藍色。屏幕上所有像素的顏色宏觀上顯示出“一幅圖像”——屏幕上的視覺內(nèi)容，像素顏色迅速地變化， 屏幕上的內(nèi)容就動起來了。

每個像素能發(fā)出近1700萬種顏色中的任意一種，雖然不及人的視覺色彩范圍，但已經(jīng)足以讓人覺得色彩的豐富了。屏幕像素的發(fā)光原理定義出像素顏色的有限性，這樣的發(fā)光特性決定了軟件處理色彩的基本準則，即色彩模式。

二、RGB模式

定義稱之為紅（Red）綠(Green) 藍(Blue)的三種基本顏色(三基色)，每種基本顏色定義成0至255的256個所謂強度等級，令r、g、b各自在紅、綠、藍的0至255的范圍中取值，稱有序三元數(shù)(r，g，b)的集合為色彩的RGB模式，即:

RGB模式={(r，g，b) |0≤r≤255， 0≤g≤255， 0≤b≤255}

這個模式共定義出256×256×256=16777216種顏色，每種顏色用形式(r，g，b)表示，談及色彩的RGB模式就是談及這16777216種顏色(人對自然界的色彩感覺遠遠多于這些種)，在數(shù)字化圖像圖形處理中談到RGB模式下的一種顏色，就是在具體談?wù)撘粋€三元數(shù)組(r，g，b)，反之亦然。

RGB模式中僅幾種顏色能準確對應(yīng)上日常言語中的名字，它們是：

紅 (255， 0， 0)，綠 (0，255，0)，藍 (0， 0，255)；

黑 (0， 0， 0)，白 (255，255，255)；

灰 (n， n， n)1≤n≤254;

黃 (255，255，0)，青 (0，255，255)，紫 (255， 0，255)。

對RGB模式應(yīng)注意：

1. 灰色的特點是三元數(shù)組(r，g，b)中的值相等，值由小到大的254種灰色可簡單分別稱為暗灰色、中灰色、亮灰色。自然的可以認為灰色的極限是黑和白，或白和黑之間的過度是灰色。

2. 在RGB模式下沒有顏色的飽和度、亮度的概念；紅綠藍是基本的色，黑灰白黃青紫是由基本色產(chǎn)生的顏色。

3. 取RGB模式的子集構(gòu)成簡單的色彩模式，如取黑白兩種構(gòu)成“位圖”模式，取所有灰色及黑白構(gòu)成“灰度”模式，任意取256種構(gòu)成所謂的“索引”模式。

位圖模式 = { (0，0，0)，(255，255，255) }

灰度模式 = { (n，n，n) |0≤n≤255 }

索引模式 = { ci |0≤i≤255， ci屬于RGB }

三、CMYK和HSB模式

限于篇幅，我們不討論原理和相關(guān)概念，僅給出CMYK模式和HSB模式的定義。

1.定義稱之為青C（Cyan）紫M (Magenta) 黃Y (Yellow) 黑K(Back)的四種基本顏色，將每種基本顏色定義成0%至100%的101個“濃度”等級，令c、m、y、k各自在青、紫、黃、黑的0%至100%的范圍中取值，稱有序四元數(shù)(c、m、y、k)的集合為色彩的CMYK模式，即:

CMYK模式={( c，m，y，k) | 0%≤c≤100%， 0%≤m≤100%，0%≤y≤100%，0%≤k≤100% }

稱( 0%，0%，0%，0%)為白色，稱( 0%，0%，0%，100%)為黑色。

2.定義名為“白”和“黑”的兩種所謂影響色，分色相H(Hue)成360種基本顏色，一種基本顏色中混有白影響色的程度稱為飽和度S(Saturation)，混有黑影響色的程度稱為亮度B(Bright)，令h在0至359間取值，s和b在0%至100%取值，稱有序三元數(shù)(h、s、b)的集合為色彩的HSB模式，即:

HSB模式={( h，s，b) | 0≤h≤359， 0%≤s≤100%，0%≤b≤100% }

s接近100%，意味著基本顏色中混有白影響色少，稱色相飽和度高；b接近100%，意味著基本顏色中混有黑影響色少，稱色相亮度高。

四、色彩模式的運用

數(shù)字化的RGB模式，是根據(jù)熒光屏（人造設(shè)備）發(fā)光原理定義的，稱之為“加色模式”，即RGB模式中的顏色是從無到有將基本色（電子轟擊熒光粉發(fā)光）適量相加(混合)而得到的。RGB模式恰當?shù)孛枋隽孙@示器熒光屏像素的光色原理，為軟件處理圖像提供了顏色標準。有觀點認為RGB模式適于描述發(fā)光物體的光線顏色，筆者認為應(yīng)當說，RGB模式“僅適于在顯示屏幕上”用“像素的發(fā)光原理”模擬描述物體的光線顏色。CMYK模式適于描述物體的反光顏色，特別是印刷品；HSB模式適于描述人的視覺對光的顏色反應(yīng)。

三種模式中的顏色有同名的，但在各自模式中定義的同名顏色的本質(zhì)（電磁波長及相混程度）是不同的，不能把一種模式下的顏色當成另一種模式下的同名顏色。CMYK和RGB模式中沒有明確的補色、飽和度、亮度的概念。補色的概念產(chǎn)生于HSB模式中，意義在于調(diào)整它的相對顏色，而應(yīng)用卻是在CMYK模式中和RGB模式中。

數(shù)字化處理使用的顯示器像素顏色“根深蒂固”地由RGB模式定義，在顯示器上觀看圖像圖形在CMYK模式下的效果，本質(zhì)上是在觀看圖像圖形在RGB模式下的顏色效果（或看到的是圖像圖形在CMYK模式下的近似效果）——能在RGB模式中對應(yīng)的CMYK模式顏色表現(xiàn)出CMYK（也是RGB）顏色，不能在RGB模式中對應(yīng)的CMYK模式顏色，用RGB模式中最近似的顏色代替。

色彩模式相關(guān)概念比較：

應(yīng)用色彩模式時要準確對應(yīng)適當?shù)膶ο?，一般地，人們談?wù)撋蕰r使用著HSB模式，而不管色彩(光線)是來自于發(fā)光體還是反光體，比如人用明、暗、鮮艷（都是HSB模式中的概念）與否，從感覺上談?wù)撈聊粓D像或紙上的印刷品。

色彩模式是出于技術(shù)和藝術(shù)的需要，為模擬描述和理解顏色而設(shè)置的一種方法標準，每種模式有對應(yīng)的描述對象（發(fā)光，反光，視覺），描述都有局限性。RGB模式用于描述基于屏幕像素發(fā)光的光線色彩，CMYK模式用于描述基于顏料、染料的反光色彩，HSB模式用于描述基于人的視覺的光線色彩。

1 限于篇幅，這兩種模式在另文中詳細討論。