第十章 光照物体的显示
人眼感觉到的物体真实感图形是一个既
有轮廓形状，在其表面上又有明暗与色彩的
统一体，这个印象与感觉是物体反射或发射
光线到达人眼所产生的结果。本章从众多因
素中找出影响亮度与色彩计算的主要因素，
并建立相应的数学模型，以解决光照物体的
真实感显示问题。
§ 10.1 光色模型
? 一、光源
? 二、颜色
? 三、颜色模型
? 四、颜色映射
本
节
纲
要
一、光源
1.1,发射光源
能主动发射光线的物体，是光线的最原始来源，
如：照射灯、太阳等。
1.2,被动的反射光源
它是发射光源的照射下，物体表面反射光线所产生的
光照。如：背景光照、月亮等。
1,照射在物体表面上光源有如下两种基本来源：
太
阳
月
亮
2、描述一个光源通常应指出光源各光谱组成、光源
的几何性质和光强分布三要素。对三要素的简述如以
下：
2.1,光源的光谱组成 — 决定了发射光源发射光线的色彩（彩色光线）。
人所能看到可见光是一种电磁波信号，波长为 400nm~700nm
之间，在改善观察的条件下，可达 380nm~780nm。 当光线中包含的各种波
长的能量相等时，该光线即呈现白光；如果光线中各波长的能量不同时则
呈现彩色光（简称色光）。现实中具有特定波长的光线（单色光）是很少
的，大多数光线都包含有多种波长的光。
)9101( mnm ??
2.2,光源的几何性质有两层含义,其一是指发射光源是点光源、线
光 源、还是面光源。计算机生成图形一般都是假定在点光源照射条件下
生 成 的。对于线光源或面光源，一种模拟方法是在一条直线或者一个平
面上均匀放置足够数量的点光源。这种方法解决线光源与面光源计算量
非常大。其二是指光源发射的光线是平行光、还是非平行光、或类似于
舞台演出活动中使用的聚光光源（如图 10-1所示）。
2.3,光源的强度分布,是指光线在
媒介空间传播途中，光线强度的变化情况。
几乎所有的光线在媒介空间传播途中都会
有衰减，这种衰减规律为光强的减小正比
于物体与光源距离的平方。对于点光源，
其发射的光线不但具有方向性（产生透视
效果），而且光强的变化符合上述光强的
衰减规律。 有公式 10-1.
α
αθ
图 10-1聚光光源的照射范围示意图
对于平行光，在有限范围内，其光强可认为是不变。如果
电光源到物体的距离远远大于物体本身的大小，则点光源可以
认为是一个平行光源，此时令, 则上式位置光源即
转化成为平行光源。
到传播点的距离为光源；为位置光源的衰减系数，，
传播点处的光强；为光源的强度；为指定其中
L
I
321
2
321
rccc
rcrcc
I
I
l
l
????
?
321 c,c,c
聚光光源的光强分布函数的一般描述形式为
其中 n聚光光源的聚光指数； α为聚光光源的固定夹角，它决
定了聚光光源的光照范围。
?
?
?
?
?
????
??
2
321
)( c o s
0
rcrcc
II lnθ
θ〉 α
θ≤α
二、颜色
1．颜色与其描述方法
颜色大体分成 7种颜色，即 红、橙、黄、绿、青、蓝、紫 7个主色。
人眼受色光的刺激而产生的色视觉（称为 颜色 ）由三个参量决定：色光的亮度、
色彩和色饱和度。 亮度,是色光强度的客观度量，也是人眼对色光明亮的程度
的主观评测； 色彩,是用以区分红、橙、黄、绿、青、蓝、紫 品红等谱色光
的术语； 色饱和度,是颜色被多少白色所稀释的程度。
在物理学中对上述三个主观描述量常用颜色的主波长、纯度、辉度三个客观
变量来描述。 主波长,是观察光线所能看到的那种颜色的波长； 纯度,对应颜
色的饱和度； 辉度,则是光能的数量。
下图是,主波长、纯度、辉度的光谱能量分布图
能
量
密
度
e2
e1
400紫 480青 780红
波长 mm
主波长
2.RGB三基色理论与 CIE色度图
人们对色和色视觉做过大量的试验和研究总结出色光的混合定律
⑴人的视觉只能分辨色光的三种参量的变化,即亮度、色彩和度。
⑵两个色光相加混合而成为一个合成色光，如果一个色光成分
连续变化，则合成光的颜色也会连续变化。
⑶任一色总可以找到它的补色（两色相加混合为白色，则两色
互为 补色 ）
⑷任何两个非互补色相加可得出中间色，其色感由两相加色的
强度及其比例关系确定。
⑸多个色光相加混合，合成色光的色感只有各个相加色光的色
感确定，与谱结构无关。
⑹多个色光相加混合，合成色光的亮度等于各个相加色光的亮
度等于各个相加的亮度之和。
1931年国际照明委员会（ CIE） 规定了 RGB三基色的波长,即红光：
700nm,绿光,546nm,蓝光,435nm。
白幕上 RGB相加混色效果图
R:红
G:绿
B:蓝
C:青
Y:黄
W:白
M:品
R
G
B
C YW
M
试验得出这三基色相加匹配成白光的亮度比例关系是
R:G:B=1, 4.5907, 0.0601
因此，可以规定红绿蓝白 4种颜色的相对亮度等级为 T单位。
如规定红基色 =10（ nit） =1 T,绿基色 =45.907 （ nit） =1 T,蓝基 =0.601
（ nit） =1 T,它们正好配成 3T的白光，
1T白光的绝对物理亮度 = 35 0 8.563 6 0 1.09 0 7.4510 ???
如果用 R个（ R） 色,G个 （ G ） 色,B个（ B） 色的三基色合成
一个复合色光（ C）,配色方程表示为
C（ C） =R(R)+G(G)+B(B) (10-5)
其中 C=R+G+B; R G B分别是三基色刺激量的数值，把 (10-5)式两端
同除以 C得
1(C)=r(R)+g(G)+b(B) (10-6)
其中
而 r+g+b=1,该方程代表在 RGB空间中的一个单位平
面，此式表明，色 C的 1T单位量中分别含有的三基色量之间的比例
关系。由于此式指出色 C的色饱和度与色彩，故称此式为 色度方程
r g b三系数为色度系数。由此式不难指出 R G B三基色本身的色度
系数，其中（ r,g,b） 分别是 (1,0,0),(0,1,0),(0,0,1)。白光的色度系数
是 r=g=b=1/3 (10-7)
下面打开书 看书中两个例子（ p245）
BGR BbBGR GgBGR Rr ?????????,,
由于色是三维量（色彩，色饱和度，亮度），在二维纸面 表示三维
量是困难的。而分析色的特征时主要关心基色的相互比例关系，即
色度，而不关心色光亮度的绝对水平。表明 r+g+b=1这个单位平面
上回出色度图特别有用。所谓 色度图,即根据每一组（ r,g,b） 在
r+g+b=1单位平面上标相应的实色的色感点，并把实色色感点往 rg平
面上投影所得的结果。此时 CIERGB色度图如下
为了简化亮度的计算,1931CIE又采用了一个建立在三个假想
基色 X,Y,Z基础上的色度坐标。
在 XYZ虚基色制中，色 C用 X,Y,Z基色匹配时对应的匹配方程为
C[C]=X[X]+Y[Y]+Z[Z] (10-10)
(C=X+Y+Z,X>0,Y>0,Z>0)
色度方程,1[C]=x[X]+y[Y]+z[Z] (10-11)
(x+y+z=1)
色度坐标：
1T单位量的色其亮度为 Lc=y (10-14)
ZYX
Zz
ZYX
Yy
ZYX
Xx
?????????,,
?
?
?
?
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bgr
bgr
z
bgr
bgr
y
bgr
bgr
x
20059.113240.166700.0
98996.001002.000002.0
20059.113240.166700.0
01063.081238.017698.0
20059.113240.166700.0
20000.031000.049000.0
?
?
?
?
?
?
?
?
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??
?
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???
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??
??
?
62 9 93.051 5 47.085 4 62.1
00 9 25.101 4 42.000 5 18.0
62 9 93.051 5 47.085 4 62.1
08 8 7.001 4 42.051 5 23.0
62 9 93.051 5 47.085 4 62.1
46 8 09.089 6 58.036 4 67.2
x
zyx
b
x
zyx
g
zyx
zyx
r
逆变换
亮度关系
LC(RGB)=5.6504L
C(XYZ)
CIERGB三基色与 CIEXYZ三基色的色度坐标
与亮度之间的转换关系
下面的图形是 CIEXYZ的色度图。
图中舌形曲线与直线所包
围的区域就是全部的自然
界的色域，这个区域之外
的色度点不代表实际色，
称为 虚色点
另外，在舌形曲线上的色
彩具有 100%的高饱和度的
字眼谱色,曲线上已标出
对应的谱色的波长以及大
致 23个色区的色品。在直
线上的色彩是 100%的高饱
和度的非谱色，而这个边
界内的各色点其饱和度都
下降，直至 x=y=z=1/3起
饱和度为零
借助于 CIEXYZ色度图，可以把人们对颜色的主观概念与物理上的
客观定义相统一起来。如下图
样品色
白色点
连接 WC直线交舌形曲线 P点的谱
波长值为色 C的主波长，该波长
为 C的色调这样处理后，色彩能
用客观数值的方式来表示，色 C
的饱和度取决于 C点靠近 P点的程
度，即 C点靠近 P点则色 C的饱和
度高； C点靠近 W点则色 C的饱
和度低
饱和度可定义为：
IEXYZ色图的 3个用途：
1.可以方便的却确定任意的量的 RGB三基色相加混合而匹配成的某种颜
色的色彩、色度和度以及其相应亮度。
2.任意给定一种颜色都能找到它的补色，而且能确定它的补色之间的权
重系数。
WP
WC
wp
WC
xx
xx
yy
yy
WP
WCu
?
??
?
???
D E两点连线通过白点 C,D的权重 ωD=CE/DE,E的权重 ωE=CE/DE
所以 C= ωD*D+ ωE *E,若用 (x,y)坐标表示一个色度，则有
注意：此时 ωD+ ωE =1
3.能很明确的确定各种颜色变化范围。
参看书中图 10-13和图 10-14
?
?
?
????
????
EDDDC
EEDDC
yyy
xxx
??
??
三、颜色模型
1,RGB颜色模型
由于 RGB三基色的易操作性，并能在较大范围
内匹配出人们需要的各种颜色，因此一般的光栅
扫描图形显示器都使用 RGB颜色模型来表示各种
颜色，并且用硬件方式实现该模型。
RGB 颜色模型可用直角坐标系来表示，如图
10-15所示。计算机处理颜色的变化规律时，人们
只对红、绿、蓝感兴趣规定最大
亮度等级为 1，且有
0≤ R≤1,0≤G≤1,0≤B≤1
红、绿、蓝等级能分成 3级，用数据表示即为 0，
0.5,1，则该颜色
模型能表示 3× 3× 3＝ 27种颜色。
图 10-15RGB颜色立方体，各亮
度等级落在主体度角线上
2,HSV颜色模型
由于 RGB颜色模型于人们对颜色的色彩
色饱和度、亮度等主观认识没有直联
系，
因而提出了 HSV颜色模型 。
在 HSV颜色模型,
V表示相对亮度，它是当前颜色点到顶
面的垂直（ Y向）距离；
H表示色彩，它是当前颜色与红色的夹
角；
S表示色饱和度，它是当前颜色点至中
心轴线（即 V轴）的距离 d于锥面至
中心距离 D之比。
显然,S=0时，只用 V就能表示黑白的
亮
度等级，故 H此时无意义；当 0＜ S≤1
时
H旋转就能表示不同的色彩。因此，
HSV颜色模型。于人对颜色的认识是一
致的。
注意：由于显示器的硬件颜色模型都是 RGB的颜色模型，
因此有必要考虑 RGB模型于 HSV颜色模型之间的转换。
RGB模型于 HSV颜色模型之间的转换
HSV六面锥体的顶面与这样一
个面相对应，这个面就是顺着 RGB
颜色立方体主对角线方向，由白至
黑所看到的那个面。对于图 10-17所
示 RGB立方体及其子立方体，它所
产生的投影结果如图 10-18所示。就
是在 HSV空间中，总有一个恒定的
V之所在平面，它与 RGB空间中的
颜色子立方体的投影平面相对应，
且 RGB空间的主对角线成为 HSV空
间的 V轴，这样，就可直观的了解
RGB模型与 HSV颜色模型之间的转
换关系。
RGB-----?HSV
#define MIN(a,b) (a<b? a:b)
#define MAX(a,b) (a>b?a:b)
3,CMY颜色模型
它是选定青（ C）,品红
(M),黄 (Y)为配色的三基色，
该颜色系统又称 减色系统 。
红色与青色互为补色、绿色
与品红互为补色、蓝色与黄
色互为补色，他们通过从等
量的白光中间去起步色而相
互转换,用公式表示即：
图 10-19青、黄、品三块头色片错位重叠似的
混色效果
用 CMY三基色（减色系统）所
作的混色效果试验如图 10-19所
示
CMY颜色模型对于使用彩色打印
机或彩色胶印机输出彩色图形的
用户来说非常重要。?
?
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?
?
?
?
B
G
R
Y
M
C
1
1
1
四、颜色映射
颜色映射,按用户选择的映射方式来改变颜色，而映射前的颜
色称为原颜色，映射后的颜色称为新颜色。
4种类型：
1、真实颜色映射；
2、伪彩色映射；
3、三维伪彩色映射；
4、彩色图形至黑白图形的映射；
不同输出设备间存在色彩不匹配的问题。
伪彩色映射●
需要的数据：
（ 1）、权向量 W=（,, ）,其中,, 为任意
实数，它确定了原颜色与新颜色之间的映射关系。
（ 2）、颜色模型。
（ 3）、长度为 R的颜色表，根据（ 2）中指定的颜色模型，
此表确定了新、原颜色的各颜色分量值（即 R,G,B的当量值）。
求新颜色的执行步骤：
第一步，求原颜色在（ 2）中指定的颜色模型下的颜色分量值
（,, ）。
第二步，对各颜色分量进行规范化处理。
?1c1w
1? 2? 3? 1? 2? 3?
?1c ?2c ?3c
)3,2,1(
)1,,,m a x (
~
321
????
?
?? i
ccc
cc i
i
第三步，对权向量进行规范化处理。
1? 2? 3?1c 2c 3c
第四步，计算新颜色在颜色表中的位置，即下标 j
j=ROUND（ R-1）（ * + * + * ） +1）
)3,2,1(
321
???? iwww ww ii
● 例如：
设有一台彩色光栅扫描图形显示器，其中 RGB三基色中每一基
色都用 4位表示，即该显示器能同时显示 =4096种颜色，则
它的颜色表长度为 4096。
定义伪颜色映射如下：
（ 1）颜色模型为 RGB。
（ 2） 设权向量为 =256,=16,=1。
（ 3）颜色表的长度为 4096。
当原颜色（,, ） =（ 1,0,0）时，
则颜色表中的第 3840项内容（ 15,0,0）它应为新颜色。
当原颜色为（ 0,0,0.5）时，
原颜色（ 0,0,0.5）被新颜色（ 0,0,8）所代替。
1? 2? 3?
1c 2c 3c
●● 三维伪彩色映射
三维伪彩色映射是伪彩色映射的一种变化形式，三维的含义在于，
颜色分量用三张表分别给出，其长度单独控制，此时伪彩色映射
中的权向量也就失去了意义。
三维伪彩色映射需要的数据包括：
（ 1）颜色模型。
（ 2）三个颜色分量表，它们的长度分别为,, 。
求新颜色的执行步骤：
第一步，求原颜色在（ 1）中指定的颜色模型下的颜色分量。
第二步，对各颜色分量进行规范化处理。
第三步，计算新颜色的三个下标,,,它们分别指出新
颜色在三个颜色分量表中的位置。
=ROUND（（ -1） * +1）
1r 2r 3r
1j 2j 3j
ij ir ic
●重要公式
RGB折合成同等亮度黑白图形的公式为
亮度（ L） =0.30*红（ R） +0.59*绿（ G） +0.11*蓝（ B）
这一公式常用于把彩色图形转换成黑白图形的应用中,
人眼感觉到的物体真实感图形是一个既
有轮廓形状，在其表面上又有明暗与色彩的
统一体，这个印象与感觉是物体反射或发射
光线到达人眼所产生的结果。本章从众多因
素中找出影响亮度与色彩计算的主要因素，
并建立相应的数学模型，以解决光照物体的
真实感显示问题。
§ 10.1 光色模型
? 一、光源
? 二、颜色
? 三、颜色模型
? 四、颜色映射
本
节
纲
要
一、光源
1.1,发射光源
能主动发射光线的物体，是光线的最原始来源，
如：照射灯、太阳等。
1.2,被动的反射光源
它是发射光源的照射下，物体表面反射光线所产生的
光照。如：背景光照、月亮等。
1,照射在物体表面上光源有如下两种基本来源：
太
阳
月
亮
2、描述一个光源通常应指出光源各光谱组成、光源
的几何性质和光强分布三要素。对三要素的简述如以
下：
2.1,光源的光谱组成 — 决定了发射光源发射光线的色彩（彩色光线）。
人所能看到可见光是一种电磁波信号，波长为 400nm~700nm
之间，在改善观察的条件下，可达 380nm~780nm。 当光线中包含的各种波
长的能量相等时，该光线即呈现白光；如果光线中各波长的能量不同时则
呈现彩色光（简称色光）。现实中具有特定波长的光线（单色光）是很少
的，大多数光线都包含有多种波长的光。
)9101( mnm ??
2.2,光源的几何性质有两层含义,其一是指发射光源是点光源、线
光 源、还是面光源。计算机生成图形一般都是假定在点光源照射条件下
生 成 的。对于线光源或面光源，一种模拟方法是在一条直线或者一个平
面上均匀放置足够数量的点光源。这种方法解决线光源与面光源计算量
非常大。其二是指光源发射的光线是平行光、还是非平行光、或类似于
舞台演出活动中使用的聚光光源（如图 10-1所示）。
2.3,光源的强度分布,是指光线在
媒介空间传播途中，光线强度的变化情况。
几乎所有的光线在媒介空间传播途中都会
有衰减，这种衰减规律为光强的减小正比
于物体与光源距离的平方。对于点光源，
其发射的光线不但具有方向性（产生透视
效果），而且光强的变化符合上述光强的
衰减规律。 有公式 10-1.
α
αθ
图 10-1聚光光源的照射范围示意图
对于平行光，在有限范围内，其光强可认为是不变。如果
电光源到物体的距离远远大于物体本身的大小，则点光源可以
认为是一个平行光源，此时令, 则上式位置光源即
转化成为平行光源。
到传播点的距离为光源；为位置光源的衰减系数，，
传播点处的光强；为光源的强度；为指定其中
L
I
321
2
321
rccc
rcrcc
I
I
l
l
????
?
321 c,c,c
聚光光源的光强分布函数的一般描述形式为
其中 n聚光光源的聚光指数； α为聚光光源的固定夹角，它决
定了聚光光源的光照范围。
?
?
?
?
?
????
??
2
321
)( c o s
0
rcrcc
II lnθ
θ〉 α
θ≤α
二、颜色
1．颜色与其描述方法
颜色大体分成 7种颜色，即 红、橙、黄、绿、青、蓝、紫 7个主色。
人眼受色光的刺激而产生的色视觉（称为 颜色 ）由三个参量决定：色光的亮度、
色彩和色饱和度。 亮度,是色光强度的客观度量，也是人眼对色光明亮的程度
的主观评测； 色彩,是用以区分红、橙、黄、绿、青、蓝、紫 品红等谱色光
的术语； 色饱和度,是颜色被多少白色所稀释的程度。
在物理学中对上述三个主观描述量常用颜色的主波长、纯度、辉度三个客观
变量来描述。 主波长,是观察光线所能看到的那种颜色的波长； 纯度,对应颜
色的饱和度； 辉度,则是光能的数量。
下图是,主波长、纯度、辉度的光谱能量分布图
能
量
密
度
e2
e1
400紫 480青 780红
波长 mm
主波长
2.RGB三基色理论与 CIE色度图
人们对色和色视觉做过大量的试验和研究总结出色光的混合定律
⑴人的视觉只能分辨色光的三种参量的变化,即亮度、色彩和度。
⑵两个色光相加混合而成为一个合成色光，如果一个色光成分
连续变化，则合成光的颜色也会连续变化。
⑶任一色总可以找到它的补色（两色相加混合为白色，则两色
互为 补色 ）
⑷任何两个非互补色相加可得出中间色，其色感由两相加色的
强度及其比例关系确定。
⑸多个色光相加混合，合成色光的色感只有各个相加色光的色
感确定，与谱结构无关。
⑹多个色光相加混合，合成色光的亮度等于各个相加色光的亮
度等于各个相加的亮度之和。
1931年国际照明委员会（ CIE） 规定了 RGB三基色的波长,即红光：
700nm,绿光,546nm,蓝光,435nm。
白幕上 RGB相加混色效果图
R:红
G:绿
B:蓝
C:青
Y:黄
W:白
M:品
R
G
B
C YW
M
试验得出这三基色相加匹配成白光的亮度比例关系是
R:G:B=1, 4.5907, 0.0601
因此，可以规定红绿蓝白 4种颜色的相对亮度等级为 T单位。
如规定红基色 =10（ nit） =1 T,绿基色 =45.907 （ nit） =1 T,蓝基 =0.601
（ nit） =1 T,它们正好配成 3T的白光，
1T白光的绝对物理亮度 = 35 0 8.563 6 0 1.09 0 7.4510 ???
如果用 R个（ R） 色,G个 （ G ） 色,B个（ B） 色的三基色合成
一个复合色光（ C）,配色方程表示为
C（ C） =R(R)+G(G)+B(B) (10-5)
其中 C=R+G+B; R G B分别是三基色刺激量的数值，把 (10-5)式两端
同除以 C得
1(C)=r(R)+g(G)+b(B) (10-6)
其中
而 r+g+b=1,该方程代表在 RGB空间中的一个单位平
面，此式表明，色 C的 1T单位量中分别含有的三基色量之间的比例
关系。由于此式指出色 C的色饱和度与色彩，故称此式为 色度方程
r g b三系数为色度系数。由此式不难指出 R G B三基色本身的色度
系数，其中（ r,g,b） 分别是 (1,0,0),(0,1,0),(0,0,1)。白光的色度系数
是 r=g=b=1/3 (10-7)
下面打开书 看书中两个例子（ p245）
BGR BbBGR GgBGR Rr ?????????,,
由于色是三维量（色彩，色饱和度，亮度），在二维纸面 表示三维
量是困难的。而分析色的特征时主要关心基色的相互比例关系，即
色度，而不关心色光亮度的绝对水平。表明 r+g+b=1这个单位平面
上回出色度图特别有用。所谓 色度图,即根据每一组（ r,g,b） 在
r+g+b=1单位平面上标相应的实色的色感点，并把实色色感点往 rg平
面上投影所得的结果。此时 CIERGB色度图如下
为了简化亮度的计算,1931CIE又采用了一个建立在三个假想
基色 X,Y,Z基础上的色度坐标。
在 XYZ虚基色制中，色 C用 X,Y,Z基色匹配时对应的匹配方程为
C[C]=X[X]+Y[Y]+Z[Z] (10-10)
(C=X+Y+Z,X>0,Y>0,Z>0)
色度方程,1[C]=x[X]+y[Y]+z[Z] (10-11)
(x+y+z=1)
色度坐标：
1T单位量的色其亮度为 Lc=y (10-14)
ZYX
Zz
ZYX
Yy
ZYX
Xx
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bgr
bgr
z
bgr
bgr
y
bgr
bgr
x
20059.113240.166700.0
98996.001002.000002.0
20059.113240.166700.0
01063.081238.017698.0
20059.113240.166700.0
20000.031000.049000.0
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62 9 93.051 5 47.085 4 62.1
00 9 25.101 4 42.000 5 18.0
62 9 93.051 5 47.085 4 62.1
08 8 7.001 4 42.051 5 23.0
62 9 93.051 5 47.085 4 62.1
46 8 09.089 6 58.036 4 67.2
x
zyx
b
x
zyx
g
zyx
zyx
r
逆变换
亮度关系
LC(RGB)=5.6504L
C(XYZ)
CIERGB三基色与 CIEXYZ三基色的色度坐标
与亮度之间的转换关系
下面的图形是 CIEXYZ的色度图。
图中舌形曲线与直线所包
围的区域就是全部的自然
界的色域，这个区域之外
的色度点不代表实际色，
称为 虚色点
另外，在舌形曲线上的色
彩具有 100%的高饱和度的
字眼谱色,曲线上已标出
对应的谱色的波长以及大
致 23个色区的色品。在直
线上的色彩是 100%的高饱
和度的非谱色，而这个边
界内的各色点其饱和度都
下降，直至 x=y=z=1/3起
饱和度为零
借助于 CIEXYZ色度图，可以把人们对颜色的主观概念与物理上的
客观定义相统一起来。如下图
样品色
白色点
连接 WC直线交舌形曲线 P点的谱
波长值为色 C的主波长，该波长
为 C的色调这样处理后，色彩能
用客观数值的方式来表示，色 C
的饱和度取决于 C点靠近 P点的程
度，即 C点靠近 P点则色 C的饱和
度高； C点靠近 W点则色 C的饱
和度低
饱和度可定义为：
IEXYZ色图的 3个用途：
1.可以方便的却确定任意的量的 RGB三基色相加混合而匹配成的某种颜
色的色彩、色度和度以及其相应亮度。
2.任意给定一种颜色都能找到它的补色，而且能确定它的补色之间的权
重系数。
WP
WC
wp
WC
xx
xx
yy
yy
WP
WCu
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???
D E两点连线通过白点 C,D的权重 ωD=CE/DE,E的权重 ωE=CE/DE
所以 C= ωD*D+ ωE *E,若用 (x,y)坐标表示一个色度，则有
注意：此时 ωD+ ωE =1
3.能很明确的确定各种颜色变化范围。
参看书中图 10-13和图 10-14
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EDDDC
EEDDC
yyy
xxx
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三、颜色模型
1,RGB颜色模型
由于 RGB三基色的易操作性，并能在较大范围
内匹配出人们需要的各种颜色，因此一般的光栅
扫描图形显示器都使用 RGB颜色模型来表示各种
颜色，并且用硬件方式实现该模型。
RGB 颜色模型可用直角坐标系来表示，如图
10-15所示。计算机处理颜色的变化规律时，人们
只对红、绿、蓝感兴趣规定最大
亮度等级为 1，且有
0≤ R≤1,0≤G≤1,0≤B≤1
红、绿、蓝等级能分成 3级，用数据表示即为 0，
0.5,1，则该颜色
模型能表示 3× 3× 3＝ 27种颜色。
图 10-15RGB颜色立方体，各亮
度等级落在主体度角线上
2,HSV颜色模型
由于 RGB颜色模型于人们对颜色的色彩
色饱和度、亮度等主观认识没有直联
系，
因而提出了 HSV颜色模型 。
在 HSV颜色模型,
V表示相对亮度，它是当前颜色点到顶
面的垂直（ Y向）距离；
H表示色彩，它是当前颜色与红色的夹
角；
S表示色饱和度，它是当前颜色点至中
心轴线（即 V轴）的距离 d于锥面至
中心距离 D之比。
显然,S=0时，只用 V就能表示黑白的
亮
度等级，故 H此时无意义；当 0＜ S≤1
时
H旋转就能表示不同的色彩。因此，
HSV颜色模型。于人对颜色的认识是一
致的。
注意：由于显示器的硬件颜色模型都是 RGB的颜色模型，
因此有必要考虑 RGB模型于 HSV颜色模型之间的转换。
RGB模型于 HSV颜色模型之间的转换
HSV六面锥体的顶面与这样一
个面相对应，这个面就是顺着 RGB
颜色立方体主对角线方向，由白至
黑所看到的那个面。对于图 10-17所
示 RGB立方体及其子立方体，它所
产生的投影结果如图 10-18所示。就
是在 HSV空间中，总有一个恒定的
V之所在平面，它与 RGB空间中的
颜色子立方体的投影平面相对应，
且 RGB空间的主对角线成为 HSV空
间的 V轴，这样，就可直观的了解
RGB模型与 HSV颜色模型之间的转
换关系。
RGB-----?HSV
#define MIN(a,b) (a<b? a:b)
#define MAX(a,b) (a>b?a:b)
3,CMY颜色模型
它是选定青（ C）,品红
(M),黄 (Y)为配色的三基色，
该颜色系统又称 减色系统 。
红色与青色互为补色、绿色
与品红互为补色、蓝色与黄
色互为补色，他们通过从等
量的白光中间去起步色而相
互转换,用公式表示即：
图 10-19青、黄、品三块头色片错位重叠似的
混色效果
用 CMY三基色（减色系统）所
作的混色效果试验如图 10-19所
示
CMY颜色模型对于使用彩色打印
机或彩色胶印机输出彩色图形的
用户来说非常重要。?
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B
G
R
Y
M
C
1
1
1
四、颜色映射
颜色映射,按用户选择的映射方式来改变颜色，而映射前的颜
色称为原颜色，映射后的颜色称为新颜色。
4种类型：
1、真实颜色映射；
2、伪彩色映射；
3、三维伪彩色映射；
4、彩色图形至黑白图形的映射；
不同输出设备间存在色彩不匹配的问题。
伪彩色映射●
需要的数据：
（ 1）、权向量 W=（,, ）,其中,, 为任意
实数，它确定了原颜色与新颜色之间的映射关系。
（ 2）、颜色模型。
（ 3）、长度为 R的颜色表，根据（ 2）中指定的颜色模型，
此表确定了新、原颜色的各颜色分量值（即 R,G,B的当量值）。
求新颜色的执行步骤：
第一步，求原颜色在（ 2）中指定的颜色模型下的颜色分量值
（,, ）。
第二步，对各颜色分量进行规范化处理。
?1c1w
1? 2? 3? 1? 2? 3?
?1c ?2c ?3c
)3,2,1(
)1,,,m a x (
~
321
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?? i
ccc
cc i
i
第三步，对权向量进行规范化处理。
1? 2? 3?1c 2c 3c
第四步，计算新颜色在颜色表中的位置，即下标 j
j=ROUND（ R-1）（ * + * + * ） +1）
)3,2,1(
321
???? iwww ww ii
● 例如：
设有一台彩色光栅扫描图形显示器，其中 RGB三基色中每一基
色都用 4位表示，即该显示器能同时显示 =4096种颜色，则
它的颜色表长度为 4096。
定义伪颜色映射如下：
（ 1）颜色模型为 RGB。
（ 2） 设权向量为 =256,=16,=1。
（ 3）颜色表的长度为 4096。
当原颜色（,, ） =（ 1,0,0）时，
则颜色表中的第 3840项内容（ 15,0,0）它应为新颜色。
当原颜色为（ 0,0,0.5）时，
原颜色（ 0,0,0.5）被新颜色（ 0,0,8）所代替。
1? 2? 3?
1c 2c 3c
●● 三维伪彩色映射
三维伪彩色映射是伪彩色映射的一种变化形式，三维的含义在于，
颜色分量用三张表分别给出，其长度单独控制，此时伪彩色映射
中的权向量也就失去了意义。
三维伪彩色映射需要的数据包括：
（ 1）颜色模型。
（ 2）三个颜色分量表，它们的长度分别为,, 。
求新颜色的执行步骤：
第一步，求原颜色在（ 1）中指定的颜色模型下的颜色分量。
第二步，对各颜色分量进行规范化处理。
第三步，计算新颜色的三个下标,,,它们分别指出新
颜色在三个颜色分量表中的位置。
=ROUND（（ -1） * +1）
1r 2r 3r
1j 2j 3j
ij ir ic
●重要公式
RGB折合成同等亮度黑白图形的公式为
亮度（ L） =0.30*红（ R） +0.59*绿（ G） +0.11*蓝（ B）
这一公式常用于把彩色图形转换成黑白图形的应用中,
