六篇文章彻底掌握直方图：基础色彩原理

on 2018-03-15 | by 3年2班程远关注作者

@他山之眼：直方图是后期中十分重要的一个工具，它就像汽车的各种仪表，能够帮助我们了解一张照片各方面的状况，因此学会阅读直方图是任何一个摄影人都必须具备的技能。近期我们为泼辣修图加入了查看通道直方图的功能，那么，到底什么是直方图？直方图是如何绘制的？什么是通道直方图？什么又是 RGB 直方图？如何去阅读直方图？直方图是如何反映一张照片的亮度与色彩趋势的？直方图在后期修图中又有哪些实际应用？我将用六篇文章给大家简单的介绍一下这些知识。

第一期：认识色彩与 RGB 模型

1. 为什么人能看见色彩

我们之所以能够看到这个世界，是因为有光的存在，而我们之所以能区分不同的颜色，正是因为光的波长和强度可以有很大的区别。

光作为一种电磁波，其波长范围很大，但人眼可以看到的波长范围却很有限，这部分能够被人眼所观察到的波长范围被称为可见光，人眼可以感受到的波长范围一般是落在390纳米到700纳米。

△ 可见光的范围

人眼之所以能够区分不同的色彩，正是因为人眼中的视锥细胞对波长有着不同的敏感范围，一般人眼中有三种不同的视锥细胞：第一种主要感受红色，它的最敏感点在565纳米左右；第二种主要感受绿色，它的最敏感点在535纳米左右；第三种主要感受蓝色，其最敏感点在420纳米左右。

△ 视锥细胞的光敏感曲线

例如现在有一束光进入人眼睛，S 视锥细胞的反应最强烈，另外两种视锥细胞的几乎没有反应，那么大脑就知道进入我们眼睛的光线是蓝色，正是基于此，我们才能区分各种各样的色彩。

也正是基于人眼这样一个生理特征，我们才将红绿蓝确定为三原色。虽然眼球中的椎状细胞并非对红、绿、蓝三色的感受度最强，但是因为椎状细胞所能感受的光的带宽很大，红、绿、蓝也能够独立刺激这三种颜色的受光体，并且这三种颜色的区分度更大，因此这三色被视为原色。

因此，三原色并不是光的物理性质，而是基于人眼的独特生理特征确定下来的。

通过以上知识，我们可以知道：色相从本质上来说是不同波长的光线进入人眼睛之后，人对此产生的不同视觉感受的一种描述。蓝色和绿色之所以能够被我们区分，正是因为蓝色和绿色对应的光线具有不同的波长。

2. 计算机是如何表示颜色的

我们人类在认识颜色的时候经常会从这三个角度出发：这是什么颜色？它鲜不鲜艳？它明不明亮？例如我们看到今天小明戴了一顶帽子，我们会说：你今天这个绿色的帽子看起来真不错！很鲜艳，亮堂堂的！

但对于机器而言，这种描述它们是无法理解的，就像你对机器说：把这顶帽子的颜色显示为绿色，这时候机器会十分困惑，到底什么是绿色？纯绿色？青绿色？草绿色？水绿色？因此它根本无法去执行你的指令。

这时候我们就需要为机器专门设计一种模型去辅助它们理解，这就是 RGB 色彩模型。前面我们提到光的三原色是红绿蓝，将这三种颜色按照不同比例、不同强度进行混合就可以得到各种各样的其他颜色。如果我们需要让显示器显示出对应的色彩，我们只需要告诉它们对应的R（红）、G（绿）、B（蓝）含量即可。

例如我们需要让电脑显示纯绿色，我们就告诉它：绿色的发光强度达到最大（255），红色和蓝色不发光，表示出来就是 RGB（0,255,0），这个颜色就表示纯绿色。

同理，我们也可以用 RGB（255,0,0）来表示纯红色，RGB（0,0,255）来表示纯蓝色，电脑就是喜欢理解精确化的数字语言，而不喜欢指意模糊的自然语言。

现在电脑已经可以显示纯正的红、绿、蓝三种颜色了，那它如何来显示黑、白、灰三种颜色呢？黑色的显示应该非常简单，我们让红、绿、蓝都不发光了不就是黑色吗？因此我们用 RGB（0,0,0）来表示黑色。如果我们想要显示白色呢？我们就让红、绿、蓝同时发出最强的光线，这时候三种视锥细胞同时受到刺激，给人的感觉就是白色。如果我们想要显示灰色呢？这时候只要让R值=G值=B值，也就是红色、绿色、蓝色发出同等轻度的光线时就为灰色，这时候我们可以发现，黑、白、灰这三种色彩的R、G、B值都是相等的，只是强度有区别而已，强度最低的就是黑色，强度最高的就是白色，中间的就是灰色。

这时候我们已经掌握了黑、白、灰的表示方法，如果我们想要表达其他混合色呢？这就涉及到一些基础的色彩变化原理。

我们知道，光的三原色是红、绿、蓝，当这三种色彩以同等比例混合的时候，最后呈现出来的就是白色（中性色），其中任意两种三原色相加得到另外一种三原色的补色，即：

红色+绿色+蓝色=白色红色+绿色=黄色，为蓝色的补色红色+蓝色=洋红色，为绿色的补色绿色+蓝色=青色，为红色的补色

△ 加色混合规律

因此，如果一个像素值是 RGB（255,255,0）时，它的颜色就是黄色（蓝色的补色）；如果一个像素值是 RGB（255,0,255）时，它的颜色就是洋红色（绿色的补色）；如果一个像素值是 RGB（0,255,255）时，它的颜色就是青色（红色的补色）。

那如果一个像素是 RGB（255,255,100）呢？这时候这个像素依旧是黄色，因为红色和绿色的发光强度更大，所以还是会以这两种光线的混合色为主，但是因为蓝色也发出了100强度的光线，因此黄色就不再是那么纯了，因此这个像素的颜色就是饱和度比较低的黄色。

那如果一个像素是 RGB（50,100,200）呢？这时候这个像素的颜色就位于最大发光强度的色彩和最大发光强度色彩与次发光强度色彩的混合色之间，例如这个像素的最大发光强度的色彩是蓝色，最大发光强度色彩与次大发光强度色彩的混合色为蓝色和绿色的混合色也就是青色，因此这个颜色位于蓝色和青色之间，是一个冷色系的色彩。