photoshop的哲学原理.docx

1、photoshop的哲学原理Photoshop 的哲学原理Photoshop的图片后期处理图片合成等功能，给人带来了不少方便和乐趣。这款软件功能的强大，让很多人十分钦佩和膜拜，同时也有很多人不解，不解的是:“那帮外国人怎么那么厉害，能做出来这么个东西”不过这也只是感情上的疑问，其实大家都明白，那是很多很多人智慧的结晶，以自己一己之力来衡量它的伟大，当然会产生不解。我这篇文章想告诉大家：photoshop不只是凝聚了那些编程人员的智慧，更多的是站在了大自然这个原生态知识巨人的肩上。Photoshop 功能丰富，乐趣无穷，并且应用广泛，甚至连江湖上不耻的印章造假，明星美颜都有他的一席之地。网络上更

2、充斥着丰富多彩浩如烟海的图片后期教程，一个毫无美术知识的人都可以利用photoshop成为一个弄图高手。然而就本人的学习经历来说，某些高手虽然可以轻易完成一个毫无瑕疵的后期合成，但是依然缺乏一些基础知识。来读一下本文看看能否涨点姿势第一章 光的历史1.1对光的认识，就是大师们研究的过程墨攻时代墨子：光是直线传播的，不信你看这根蜡烛。公元前330年-公元前275年欧几里得：看东西是靠眼睛扫描的，就像他欧总，你的几何很好十七世纪惠更斯：光是一种机械波，是纵波（其实是横波）。同时光和水波声波一样都是靠介质传播的球面波。惠更斯：我说这种话不是无凭无据的，人家笛卡尔都说了，光是在“以太”中传播的，“以太

3、”就是光波的水。惠更斯：还不相信的话，你看我这张图惠更斯：明白了吧，只有是波，才能有这种衍射，才能通过障碍物到阴影区，可惜牛顿哥哥不鸟俺。牛顿：不是我不鸟你，如果光是你说的那种波，那请你解释一下我“色散”实验，这下服气了吧。牛顿：光还得是粒子流，这样光的折射反射都符合经典力学，还有这个色散，是因为每种颜色都是一种光“原子”，再说光的衍射和干涉我不是没有解释。惠更斯：你是院长你牛，我不吭你，你看你解释那衍射，光是被障碍物边缘引力吸到阴影区的，纯是自圆其说。十九世纪麦克斯韦：我总结了几十年来托马斯杨的干涉论，还有其他许许多多的科学家知识，其中最重要的法拉第的研究成果“变化的磁场产生电场，变化的电场

4、产生磁场”，最终写了方程式，给你们看看：麦克斯韦：不要崇拜哥，哥只是个传说，我的方程组表明，电磁波真空的速度是数字标量：30万公里每秒。我猜光就是电磁波。等我找到以太再来说服你们。普朗克：哥虽然帅，但哥不是靠颜值吃饭的，靠的预言。普朗克：麦克斯韦他们的电磁说不能很好的解释黑体辐射能量的分布。但是我研究的公式能够很好的解释各种实验数据。我的公式里面有个常量 h，光子能量只能是这个常量的倍数，我就是来预言他的。普朗克：大家可以把这个常数叫做普朗克常量，一百多年后高中生考试可以从这里出题的。普朗克：这个常数表明光能量不是连续的，是量子的。颤抖吧，我要开启量子时代。二十世纪爱因斯坦：小可这次过来，不是

5、针对谁，而是你们所有人的不服气，我都可以治疗。爱因斯坦：光电效应，只有特定频率的光才能使金属带电。低于这个频率再多的光也是不行的。所以牛顿和惠更斯也别争了，光是具有粒子特性的电磁波。光子能量为E=hv，即一个光子的能量等于普朗克常量乘以它的频率。爱因斯坦：一时大意，让玻尔和德布罗意捷足先登，发表了几篇论文，阐述了原子结构，和原子周围电子的能级分布，甚至创立了物质波。爱因斯坦：麦克斯韦是对的，光速是标量。我要创立相对论来烧烧你们的大脑。不过学习photoshop用不到相对论，不好意思。1.2玻尔原子能级结构学过高中物理的，很容易看明白这段能级跃迁的知识。没学过的也不要紧，只要明白光子的频率是能级

6、跃迁决定的就可以了。那么自然界中所有的光是不是都是能及跃迁决定的呢，现在物理学说当然是了，所有光源都是这么发光的，真正的光源就是原子。那么说光源发出的光的频率一出生就决定了，它的生命中会穿越空气、水、玻璃、以及其他介质，会有什么变化呢，答案是频率不变，波长会变化。光的频率是不是一成不变的呢，如果没有爱因斯坦的解释恐怕是这样了。爱因斯坦创造的广义相对论中引力场会导致时空扭曲，光进入引力场的时候频率会变小的。不过这个不用管，我们只需知道光是靠频率来区分的就OK。第二章 光的“颜值”和“唯心主义”2.1光的颜值一道残阳铺水中，半江瑟瑟半江红。可怜九月初三夜，露似珍珠月似弓。两水夹明镜，双桥落彩虹色彩

7、缤纷的世界说明了光没那么简单。从第一章得知，光是靠频率区分的。我们直接看一下不同频率的光的“颜值”。先看看牛顿的光的色散实验，虽然牛顿对色散的解释不对，但是并不影响他做这个实验的伟大。太阳光经色散后可以分开成七种颜色，这是小学生都能背出来的颜色。光的色散是由于不同频率的光穿过棱镜的时候折射率不同造成的。这一点正是表明了光是靠频率区别的。可以说光的频率就是光的ID。具体看一下颜色光的ID是多少。可见光的光谱颜色波长频率红色约625740纳米约480405兆赫橙色约590625纳米约510480兆赫黄色约565590纳米约530510兆赫绿色约500565纳米约600530兆赫青色约485500纳

8、米约620600兆赫蓝色约440485纳米约680620兆赫紫色约380440纳米约790680兆赫波长和频率的对应的，波长=光速/频率。直接记住这些ID吧，估计大部分人没有能力去做试验验证。2.2本来无一物，何处惹尘埃佛家有云：菩提本无树，明镜亦非台，本来无一物，何处惹尘埃。这四句出自慧能大师，他意思是在说明佛家修行的目标。佛家修行就是修心，最高境界便是顿悟，大彻大悟之后，内心变成真空，没有任何世间尘世杂物，因为根本没有容纳世间繁杂的地方，自然沾惹不了“尘埃”。佛家练成之后，万物皆平等，心无一物。光线是红是绿又有什么分别，什么是“红”?什么是“绿”？，答:“红”亦“绿”，“绿”，亦“红”。所

9、以对于光的颜色，还是需要凡人眼光去感受，去接受，给他一个定义，在心里积累一下，什么是红光，什么是绿光。这就惹下了尘埃。学习photoshop，不惹尘埃可不行，大街上看到一个性感的美女，你仍然眼神空洞，内心毫无波澜，你自然感受不到色。第三章 心灵的光3.1心灵之窗光的颜值靠光的频率区分的，当人们还没有认识光的本质的时候，就已经能通过心灵区分的光频率了，能分辨出颜色来，不得不说，科学界很滞后啊，真替那帮人感到压力大。眼睛是心灵的窗户。人眼就像是智能工业中传感器。心灵辨别光的颜色是通过眼睛来实现的，现在就说一下眼睛是怎么认识光的颜色的。先看眼结构图：人眼结构图人眼与相机的对比图眼睛等于捕捉光线的摄影

10、机，而大脑是组成影像的机构。所有的色彩视觉都是建立在人的视觉器官的生理基础上的，所以研究色彩还必须了解视觉器官的生理特征及其功能。人眼的构造相当于一架摄像机或照相机。前面，是由角膜、晶状体、前房，后房、玻璃体所共同组成的具备镜头功能的组合，把物体发出的光线聚焦到后面的相当与胶卷的用于检测光线的视网膜上。眼的形状像一个小球，通常称为眼球。眼球内具有特殊的折光系统，使进入眼内的可见光汇聚在视网膜上。视网膜上含有感光的视杆细胞和视锥细胞，这些感光细胞把接受到的色光信号传到神经节细胞，再由视神经传到大脑皮层枕叶视觉神经中枢，产生色感。眼球壁有三层膜组成。外层是坚韧的囊壳，保护眼睛的内部，称为纤维膜，它

11、的前1/6为角膜，后5/6为白色不透明的巩膜，中层称葡萄膜（或血素层、血管层），颜色像黑紫葡萄，由前向后分为三部分：虹膜、睫状体和脉络膜。内层为视网膜，简称网膜角膜：如同相机的滤镜眼球最前端是透明的角膜，它是平均折射率为1.336的透明体，俗称眼白，微向前突出，曲率半径前表面约7.7毫米，后表面约6.8毫米，光由这里折射进入眼球而成像。晶状体：如同相机的镜片。晶状体在眼睛正面中央，光线投射进来以后，经过它的折射传给视网膜。所谓近视眼、远视眼、老花眼以及各种色彩、形态的视觉或错觉，大部分都是由于水晶体的伸缩作用所引起。它像一种能自动调节焦距的凸透镜一样视网膜：如同底片。视网膜是视觉接收器的所在，

12、它本身也是一个复杂的神经中心。眼睛的感觉为网膜中的视杆细胞和视锥细胞所致。视杆细胞能够感受弱光的刺激，但不能分辨颜色，视锥细胞（见下图）在强光下反应灵敏，具有辩别颜色的本领。在中央凹处之内，只有视锥细胞，很少或没有视杆细胞。在网膜边缘，靠近眼球前方各处，有许多视杆细胞，而视锥细胞很少。某些动物（如鸡）因视杆细胞较少，所以在微光下，它们的视觉很差，成为夜盲。也有些动物（如猫和猫头鹰）因视杆细胞很多，所以能在夜间活动。视杆细胞核视缀细胞3.2偷懒的视网膜为什么说视网膜偷懒，这要从视网膜上锥细胞的色光刺激敏感度说起。这个研究过程也是十分曲折，我们只享受成果就行了。科学家辛苦归辛苦，但是那么多科学家天

13、天研究来研究去，再过几年，人类在有生之年就无法把科学的界的基本知识学完了，到时候90年义务教育必须写进法律，要不就是文盲。话说不是所有的颜色的可见光对视锥细胞都能产生刺激的。好比矮、穷、丑的女人根本不能让某些人有色的刺激，道理是一样的。那么究竟什么光才能刺激锥细胞呢，女人当中是白、富、美，色光当中是红、绿、蓝。看下图人眼对光的敏感度。上图中单位是埃，10埃等于1纳米总结一下：（使用真空中波长来统计，数字比较好记，和频率是等效的）人眼睛主要感应(真空中)波长约600纳米约550纳米约450纳米人感受颜色红Red绿Green蓝Blue并不是所有的锥细胞对这RGB三种光的敏感度都一样的，而是有分工的

14、，这就运用到现代管理学。分别由三种不同的锥细胞分别对负责三种色光进行感觉。这个很科学，能提高工作效率。而不像现在的很多单位，无分工管理，虽然有组织结构图、管理任务分工表、职能分工表，但只是挂在墙上的牌子而已，实际操作中，混乱不堪，毫无头绪。眼睛不一样，经过长时间进化，十分的科学。虽然只有这三种细胞，但是人却可以感受到丰富多彩花花世界，下面举例解释这是为什么。如果有一束680纳米的光线射入眼睛，只有红色感光细胞感受到光的讯号，而蓝色与绿色感光细胞则对此光线不敏感（反应不良）。因此我们脑海中浮现红色的影像。若是有580纳米的光线射入眼睛，则红色与绿色 感光细胞对此光线大约有相同感受。而蓝色感光细胞

15、则视若无睹。于是脑海中 浮现红绿刺激叠加的黄色的影像。若是500纳米呢，同样原理，感受到的是青色；同样460纳米就感受到洋红。这样看来，人眼就运用了photoshop学习当中遇到的光的叠加原理。并不是巧合，photoshop是在模仿人眼，之后再详谈这个事情。没错吧，photoshop是站在大自然这个知识巨人的肩上吧。3.3解决了网上的一个疑问网上有人在问，人眼只有R G B这三红锥细胞，叠加原理也明白，红绿光进入眼睛之后，感觉到黄光，但是如果只有黄光进入眼睛呢，人是不是没有感觉呢，实际当中是有感觉的，否则牛顿色散实验之后就只能看到三条色带了。其实这个问题在上边580纳米色光进入眼睛的例子就已经

16、讲清楚了，人眼RGB三种细胞分别感受三种的光敏感度其实是一个范围，三个范围是有重叠的，看见那个曲线图了吧，580纳米光，红绿细胞是都有感觉的，再叠加一下感觉就成黄色了。 人眼要是这样的话，是不是觉得这种单色光分别刺激，再合成原色光感觉的方法有点啰嗦，是视网膜的“偷懒”造成的。3.4人眼的视觉特性上边说了锥细胞感受彩色光的，那就是在有光的时候的干的事，是一种明视觉。杆细胞是干暗视觉的事。我们主要学习明视觉的知识。明视觉下，彩色光的基本参数有色相，亮度，和饱和度，上边主要强调了锥细胞区别色相的功能，其实锥细胞们是三个参数一起感觉的，就是综合感觉，可以称为“色度”或者“颜色”。为了学习亮度这个参数，

17、先了解一下光源的光通量、发光体的亮度。光通量人眼所能感觉到的辐射功率，它等于单位时间内某一波段的辐射能量和该波段的相对视见率的乘积。由于人眼对不同波长光的相对视见率不同，所以不同波长光的辐射功率相等时，其光通量并不相等。光通量在单位上等同于瓦特，是研究面积上的光的功率。光强度光的强度是针对光源的发光能力的。若点光源在小立体角内的辐射功率为，则与之比的极限值定义为光强度。单位：W/Sr（瓦/球面度）或者坎德拉I:光强度：立角体：辐射功率个别人可能不是很理解，主要是因为数学知识没有复习，这里简单复习一下:立角体，是球面空间。是一个圆球上的一块面积与球半径平方的比值，单位是球面度，这下可以理解了吧，

18、一个完整的球面，不管半径是多少，他的立角体都是4球面度，因为通过积分可得一个球的表面积为4r2，就等于所有的三维空间了。为什么要用立角体作为微分量呢？因为点光源的辐射是球面辐射。亮度亮度是针对光源面的。光亮度(luminance)又称发光率，是指一个表面的明亮程度，以L表示， 即从一个表面反射出来的光通量。或者说是指在某方向上单位投影面积的面光源沿该方向的发光强度。如图：光源面积A在方向上观测到的源表亮度就定义为2与A及之比的极限值。这段表诉可能多数人感到十分讨厌。因为很多人还是需要复习数学，这个亮度就等于某方向上光源强度在面积上的微分。色彩的饱和度参数先不用说了，下边会讲的很明白。第四章 色

19、度及色彩合成上回书说到，人眼感觉红绿蓝，然后合成色彩斑斓的世界感觉，只是从原理上指明了眼睛颜色合成的定性功能。大多数人都停留在下面这张图的知识范围。这张图是学习photoshop的必备图片，它揭示了色光叠加合成的功能。但这只是三种色光饱和度100%的情况下的叠加结果，如果要了解所有颜色的合成，并进行定量的分析，还需要学习一下色度图。这也是计算机进行颜色模拟合成的基础，计算机就是计算的，必有有一个数学模型。4.1色度学基础CIE 1931 RGB41.1 CIECIE（Commission Internationale de LEclairage）：国际照明委员会，根据其法语名称简写为CIE。其

20、前身是1900年成立的国际光度委员会（International Photometric Commission；IPC），1913年改为现名。总部设在奥地利维也纳。CIE制订了一系列色度学标准，一直沿用到数字视频时代，其中包括白光标准（D65）和阴极射线管（CRT）内表面红、绿、蓝三种磷光理论上的理想颜色。4.1.2三基色的选定CIE选定的物理三基色(实际存在的光)：波长为 700nm 的红基色光（R）波长为 546.1nm 的绿基色光（G）波长为 435.8nm 的蓝基色光（B） CIE规定：光通量为1光瓦的红光为一个红基色单位量；光通量为4.5907光瓦的绿光为一个绿基色单位量；光通量为0

21、.0601光瓦的蓝光作为一个蓝基色单位量，分别记为R, G, B。配出标准白光，三个基色光红，绿，蓝的光通量（FR ，FG，FB）之比例为 :三基色以单位量混合时应得到E白光 ,FE白=1+4.5907+0.0601 =5.6508(lm)配色方程 F=RR+GG+BBF彩色光由R份R、G份G、B份B混合配出， R、G、B表示了三基色单位量之间的比例关系，称为三刺激值 。混色光的亮度决定于R、G、B的数值 ；R：G：B 间的比例决定混合色光的色度 配色方程的规范式令m=R+G+B，r=R/m，g=G/m，b=B/m，其中m称为色模，表示某彩色光所含有的三基色单位的总和；r、g、b为色度坐标，且

22、r + g + b = 1。配色方程为：F=mrR+gG+bB其光通量为： |F|=mr+4.5907g+0.0601b因此，可以用二维平面坐标来表示各种彩色光的色度 RGB色度图RGB色度图说明 ：(a)舌形曲线的作法：选r,g作为平面坐标系，将自然界各种彩色用比色实验法，测出其r,g的数值，并描在该坐标平面中. (b)舌形曲线并不是封闭的，在舌形曲线上的任一点，都代表着某一波长谱色光的色调；而舌形曲线与横坐标所包围的面积内任一点，均表示人眼所能看到的某一混合光的颜色。(c)g=1点（b=0,r=0）,r=1点(b=0,g=0)和原点(b=1,r=g=0)所构成的三角形称作彩色三角形。(d)

23、三角形的重心位置表示标准E白光，此点饱和度为零，曲线上的彩色饱和度为100，其它非三基色饱和度均小于100。4.2色度学基础CIE 1931 XYZRGB色度图的缺点：色度图上无亮度信息，且坐标上存在负值。所以CIE就提出了XYZ计色制色度图XYZ计色制基本思想 :选取三个单位基色量X，Y，Z它所组成的三角形将单色光频谱轨迹全部包围在内，而且使三个色坐标中的一个坐标恰好等于色光的亮度（或光通量 ).为克服RGB色度图的缺点，XYZ计色制应满足的条件：(1)当它们配出实际色彩时，三个色系数均应为正值；(2)为方便计算，使合成彩色光的亮度仅由yY一项确定，并且规定1Y光通量为1光瓦 。换句话说，另

24、外两个基色光不构成混合色光的亮度，但合成光的色度仍然由X、 Y、Z的比值确定;(3)xX=yY=zZ时，混合得到是白光配色方程：F=XX+YY+ZZ 根据上述三个条件求得 XYZ色度图中的三基色在XYZ空间中可以表示为:X=0.4185R-0.0912G+0.0009BY=-0.1587R+0.2524G-0.0025BZ=-0.0828R+0.0157G+0.1786B 三刺激值 X、Y、Z与 R、G、B的关系:X=2.7689R+1.7518G+1.1302BY=1.000R+4.5907G+0.0601BZ=0.0000R+0.0565G+5.5943BX、Y、Z 在RGB色度图中的位置

25、X,Y,Z 颜色方程 规范化F= XX+YY+ZZ = mx X+yY+zZ式中： m=X+Y+Z, x=X/m, y=Y/m , z=Z/mxy+z=1显然三个色度座标中有一个是不独立的，因而可以用 x，y 直角座标系来表示各种色度，如下图。在马蹄形内部包含了用物理方法能实现的所有彩色。马蹄形的底部没有给予标记，因为那里 是非谱色X、Y、Z只是计算量，是一种假想的三基色，不能用物理方法直接得到。色度图中的弧形曲线上的各点是光谱上的各种颜色即光谱轨迹，是光谱各种颜色的色度坐标。红色波段在图的右下部，绿色波段在左上角，蓝紫色波段在图的左下部。图下方的直线部分，即连接400nm和700nm的直线，

26、是光谱上所没有的、由紫到红的系列。靠近图中心的C是白色，相当于中午阳光的光色，其色度坐标为X=03101，Y=03162,Z=0.3737。设色度图上有一颜色S，由C通过S画一直线至光谱轨迹O点（590nm），S颜色的主波长即为590nm，此处光谱的颜色即S的色调（橙色）。某一颜色离开C点至光谱轨迹的距离表明它的色纯度，即饱和度。颜色越靠近C越不纯，越靠近光谱轨迹越纯。S点位于从C到590nm光谱轨迹的45%处，所以它的色纯度为45%（色纯度%=（CS/CO）100。从光谱轨迹的任一点通过C画一直线抵达对侧光谱轨迹的一点，这条直线两端的颜色互为补色（虚线）。从紫红色段的任一点通过C点画一直线抵

27、达对侧光谱轨迹的一点，这个非光谱色就用该光谱颜色的补色来表示。表示方法是在非光谱色的补色的波长后面加一C字，如536G，这一紫红色是536nm绿色的补色。CIE1931色度图有很大的实用价值，任何颜色，不管是光源色还是表面色，都可以在这个色度图上标定出来，这就使颜色的描述简便而准确了。例如为了保证颜色标志的正确辨认和交通安全的管制，在CIE1931色度图上规定了具体的范围，它适用于各种警告信号和颜色标志的编码。再如在CIE1931色度图上，可推出由两种颜色相混合所得出的各种中间色。如Q和S相加，得出Q到S直线的各种中间颜色，如T点，由C通过T抵达552nm的光谱色，可由552nm的波长颜色看出

28、T的色调，并可由T在C与552nm光谱色之间所占位置看出它的纯度。第五章 计算机色彩计算机色彩部分的知识相当庞大，这里只介绍原理，有兴趣研究的话，可以继续深度研究相关资料。讲解原理的过程中可能提到很多专用名词或者机构简写，讲解不到的地方请读者自行搜索学习。5.1色彩储存计算机是一个机器，它没有思想，是人造的加法计算工具。人类告诉他怎么做它就怎么做，它本身对颜色一窍不通，内部只是一些变换次序的0和1。计算机可以利用这些0和1来表示颜色，这是计算机储存色彩的基本方式。玩过photoshop的人都知道，人眼可以看到的所有颜色都用红、绿 和蓝颜色的光来混合出来，这三个颜色就是“加色”原色。当用物理设备

29、产生颜色时，无论它是一台显示器、一张透明腔片或是一页印刷品，所做的全部事情其实都是在操控红、绿和蓝三种颜色的光。当使用真正的RGB设备，如显示器、扫描仪和数字相机时，我们是在直接利用红、绿和蓝颜色的光。对干胶片及印刷品的情况，我们仍然是在操控红、绿和蓝颜色的光，只不过不是直接地使用，而是利用CMY颜料从白色光中吸收这些颜色对应的光，其中青色吸收红光，品红色吸收绿光，黄 色吸收蓝光，青、品红和黄颜色就是所谓的“减色”三原色。计算机用数字将颜色进行编码的体系实际上非常简单，颜色值由几个通道的数据组成，而每一个通道又被分割为不同的等级，就是这么简单！事实上，所有颜色都是由红、绿、 蓝色的光以不同强度

30、混合而成的，我们按这样一个颜色模型进行编码，使之可以有效地存储、计算和传输颜色。在我们的编码系统中，通道数一般为3个，基本与我们感知颜色时使用的三原色方式相对应。编码系统中的阶调等级通常是256,对应于能够使我们产生连续调感觉所需要的最少阶调数量，也就是为了避免产生诸如条扛或阶调跳跃等现象，不使观察者从图像中看出从一个阶调到下一个阶调之间出现明显不连续过渡感觉所需要的阶调等级数量。为什么要是256这个数呢。首先用“0”“1”工作的计算机使用的二进制，一个字节是8位，2的8次方为256，一个字节可以储存256级颜色，而人的眼睛能够辨别的在200级左右，完全能够满足要求，还有余量，事实上，实际生活中拍照、扫描、印刷过程中不可避免会产生一些色阶损失，保持一定的富余量是必须的。5.2色彩空间的穿越5.2.1色彩管理的原因一个需要记住的关键问题是，上一节我们谈论的是关于颜色编码的，也就是使用一系列可以利用的数值来对颜色进行定义的方法。它是用抽象的数字所表示的颜色，与用“真实世界”的复制设备如打印机、显示器、扫描仪等将这些数值再现的相应颜色感觉之间是有差别的。要是你考察一下在实际中那些颜色数值是如何被设备翻译成“真实世界”颜色感觉的话，你就会发现，颜色值与所再现的颜色感觉二者的差别