数字色彩课程:数字色彩的获取与生成

第四章数字色彩的获取与生成

数字色彩的获取与生成，离不开产生它的数字设备，数字设备的质量好坏直接影响到数字色彩和图形的质量。从某种意义上说，数字设备（包括相应的软件系统）是获取数字色彩的质量关键。环境设计常用的数字设备有计算机、扫描仪、数码照相机和数字摄像机。

     4.1 计算机绘制生成的色彩
    早期的数字色彩彩获取，主要是通过计算机键盘输入执行应用程序来实现的。那时的数字图形和色彩的生成，还没有开发出现在这种“可见即可得”的人机对话方式。今天我们使用的Auto CAD 12以前的版本，就残留有一些用输入命令的方式建立图形、模块的遗俗。
     数字图形与色彩生成方法，可分为两种基本类型：一、模拟摄影、绘画的影像绘画系统；二、规则的系统艺术。

4.1.1 模拟摄影、绘画的影像绘画系统
这类系统主要通过计算机图像的先进技术，与传统的摄影、绘画相争艳，它综合了电子计算机生成图像与胶片（银盐）摄影、手工绘画的方法和技巧，扩展了摄影和绘画的表现范围，使表现形式趋向理想和完善。我们常见的Photoshop、 Photostyler、 corel-photo-paint、 painter 等，都属于这一类型。

4.1.2   理性精密的规则系统艺术（algorithmic Art，以分形图形为代表）
     规则系统艺术（ Art）利用计算机系统特殊的演算规律来生成图形和色彩的方法。“分形”图形是典型的规则系统艺术范例，它使用了一种类似重复的计算方法，使产生的图形和色彩在从大到小的任何尺度上都呈现出“自相似性”，能产生变幻多端，又不失规律的美丽图案与色彩。“分形”图形主要来自“复动力系统”的图形化。我们常见到的三维图形中相似形树叶的生成技术，就采用了规则系统艺术的技术。一些专门开发的分形艺术的设计软件，较好地展现了分形艺术多姿的风采。( 如图分形图 )
    利用计算机系统的规则来创造图形和色彩的原理，还广泛地运用于一些常用图形图像软件中，如Corel DRAW中的Power tine (轮廓线)、Blend（融合）；Auto CAD 中的array（列阵）等。遗憾的是这种最能施展计算机艺术语言和表现才能的创作手段，在艺术设计中没有很好发挥它应有的积极作用。当日本著名视觉艺术设计师胜井三雄的“色光之宇宙”电脑绘画作品展现于世时，引起了强烈的震撼和轰动，被日本及西方设计界誉为“光的胜井”。他这些的作品，就充分发挥了计算机艺术这种独特的色彩语言和造型语言。

4.2 通过扫描获取的色彩
扫描仪是目前获取客观世界色彩的一种最普及、最精密的输入设备，艺术设计用到的扫描仪，主要有平台式扫描仪、滚筒式扫描仪和正负胶片扫描仪。
   4.2.1 普通平台式扫描仪扫描
普通平台式扫描仪是设计人员常用的色彩、图像输入没备，品牌很多，性能优劣不一，操作方法因品牌而异。其中品质较好的有AGFA（爱克发）、UMAX等，而HP（惠普）、和清毕紫光的Uniscan等，因具有较好的价格性能比，较多地受到一般用户的青睐。以下以AGFA（爱克发）Arcs Ⅱ为例，介绍应用扫描仪的常规方法。
扫描仪获取色彩有五种方式：1、黑白扫描，2、灰度扫描，3、RGB（三色）反射式彩色扫描，4、CMYK（四色）反射式彩色扫描，5、透射扫描。
（1）黑白扫描（Art line）
    黑白扫描也称线条图形扫描（Art line），它只能产生一位色彩，所以它获取的只是黑白二种颜色。黑白扫描是扫描中最简单的一种，它的参数设置也最简单，只需设置扫分辨率( ppi )即可，黑白扫描得到的黑白两色图形文件，只能存为TIF、BMP等有限的文件格式，这也是光符识别（OCR）扫描文字的两种常用的文件格式。
       （2）灰度扫描(Gray-Scale)
    灰度扫描一般使用8位(bit)灰度颜色，即2的8次幂，256个等级的灰阶色彩；也可使用10位( bit ) 灰度颜色，即2的10次幂，1024个灰阶等级。可设置Gamma值调节色调曲线 ( ToneCure ), 在Range里调节亮度/对比度参数和暗部/亮部范围，还可以定义白色和黑色。
    （3） RGB ( 三色 ) 彩色扫描 ( Color RGB )
    RGB( 三色 )扫描就是指扫描得到的彩色图像，是RGB色彩模式。RGB扫描得到的色彩，每种颜色的位深度是8 bit、10 bit或12 bit。在同一台扫描仪中，色彩的位数越大，获取的颜色质量越好，色彩之间的过渡越平滑。但一些图像编辑软件如photoshop不能处理10 bit和12 bit的颜色。它就会获得比直接用8bit扫描更丰富的色彩，这里就涉及到了RGB与Lab色彩模式的色域问题。
    RGB( 三色 )彩色扫描的参数设置与灰度扫描一样。这里重点提及硬去网功能。硬去网的参数有65，85，100，120，133，150，175，200和other, 单位是lpi，最好选择与印刷该印刷品网屏一致的参数。一般杂志的彩色印刷网屏是150 lpi，较精美的印刷是175 lpi。
    在实际工作中，我们使用的很多扫描仪都没有硬去网功能，可以通过软件中的模糊命令来去掉部分网纹。
（4）CMYK（四色）反射式彩色扫描
比较高级的扫描仪才会有CMYK（四色）扫描功能，在同一台扫描仪中，CMYK（四色）扫描能得到比RGB三色多出一个通道的颜色。如果同样是用每个通道色彩8 bit扫描，RGB（三色）扫描只能获得2的24次幂种颜色，即16,777,216色，而CMYK（四色）扫描可以获得2的32次幂种颜色，即4,294,967,296色。从图像文件的大小来看，RGB文件也明显小于CMYK。如果是用于印刷，CMYK（四色）扫描省去了由RGB色彩模式到CMYK色彩模式的转换，也就减速少了一次因色彩模式间的转换所造成的色彩损耗。
    因此，具有CMYK（四色）扫描功能的扫描仪，对于从事有印刷业务的设计人员是极为有用的。
CMYK（四色）彩色扫描的其他参数设置与RGB（三色）扫描相同。在ArcsⅡ扫描仪中，CMYK和Line---Ant ( 黑色 ) 扫描会以ppi为分辨率单位，而Gray-Scale(灰度)和RGB扫描则会以Lpi 为分辨率单位，ppi和Lpi的换算是
1 Lpi = 2 ppi
（5）透射（正片）扫描（Transparent）
（6）负片扫描（Negative）

4.2.2 滚筒式扫描仪
滚筒式扫描仪是目前最精密的扫描仪器，它一直是高精密度彩色印刷的最佳选择。它也叫做 “电子分色机”，它的工作过程，是将正片或原稿用分色机扫描存入电脑，因为 “分色”后的图档是以C、M、Y、K或R、G、B的形式记录正片或原稿的色彩信息，这个过程就被叫成 “分色”或 “电分”（电子分色）。而实际上，“电分”就是我们所说的用滚筒式扫描仪扫描。
滚筒式扫描仪与平台式扫描仪的主要区别，是它采用PMT（光电倍增管）光电传感技术，而不是CCD，能够捕获到正片和原稿的最细微的色彩。一台4000 dpi分辨率的滚筒式扫描仪，按常规的150线印刷要求，可以把一张4×5的正片放大13倍（4000÷300=13倍）。现在的滚筒式扫描仪可以毫无问题地与苹果机或PC机相连接，扫描得到的数字图像可用Photoshop等软件作需要的修改和色彩调整。

4.2.3 平台式正负胶片扫描仪
正负胶片扫描仪采用的是一种灵敏率更高的CCD传感器，它具有比平台式扫描仪更高的分辨率，它能将小尺寸的透射原稿（如135彩色反转片或彩色负片）理想地数字化为电脑图形文件。由于这类扫描仪一般具有较宽的光学动态密度范围，它能够捕获到一般透视稿的全部色调。譬如宝丽莱SprintScan 4000正负胶片扫描仪，光学分辨率高达4000 dpi，RGB每一原色以12 bit A/D转换，光学动态密度范围为0─3.4OD, 是35mm及APS正负胶片理想的扫描仪。

4.2.4 影响扫描仪色彩的主要因素
    (1) CCD（Charge Coupled Device）传感器质量
    (2) 分辨率( 解析度 )
    分辨率是扫描仪对原稿图像细节描绘能力的一个关键指标，分辨率越高的扫描仪，它对原稿细节的分辨能力就越强。扫描仪的分辨率一般用每英寸含多少个点来标示，称dpi或ppi，也有用每英寸含多少条线来衡量，称lpi。 lpi与ppi的换算关系是1lpi相当于2dpi，如果你用150 lpi扫描一幅图，所得到的数字化图形在Photoshop中存盘，就会得到300 ppi的分辨率。(150 lpi×2 =300 ppi )
     在扫描仪说明书的技术指标中，常可看到两种表示分辨率的数字：如光学分辨率600×1200dpi，最高分辨率9600×9600dpi。光学分辨率就是CCD能产生的分辨率，也可以说是扫描仪获取真实色彩的分辨率；而最高分辨率是一种插值分辨率，它是用软件算法在光学分辨率的基础上进行补充得到的，没有多大的实际用处，特别在彩色扫描中，插值分辨率不可能增加真彩色的层次，在扫描仪上插值扫描，还不如在图像软件里( 如Photoshop ) 插值经济和方便。
( 3 ) 色彩的位深度
    色彩的位深度( bit depth )也称色彩深度 (color depth), 是衡量扫描仪获取色彩多少的一种度量，同样的扫描仪，色彩位深度值越高，扫描出来的图像色彩越逼真，色彩还原效果越好。
市面上出售的扫描仪色彩位深度有24 bit、30 bit和36 bit。从理论上讲，数字化电路的位宽越大，所得到的色彩数值就越多，扫描时就能获得更丰富的色彩信息，颜色之间的过渡就越细腻、平滑。
   RGB     24位（3*8）    3个色彩通道，每个通道 8 位（256色）
   CMYK   32位（4*8）    4个色彩通道，每个通道 8 位（256色）

4.3 通过数码照相机和数字摄像机获取色彩
数码照相机和数字摄像机是获取数字化色彩的另一途径。数码照机主要用于捕捉相对静止的对象，生成的是静态的数字图像和色彩；数字摄像机主要用于捕捉景物的连续活动，生成的主要是动态的图像和色彩。近几年，一些生产广家推出了数字摄像兼照相两用机和数码照相兼摄像两用机，但其主要功能还是具有明显的倾向性，兼顾的功能只能适用于很一般的非专业用途。如SONY PC 10数字摄录像机兼有拍摄照片的功能，但照片的分辨率只有*×*像素。数码照相机兼备的摄像功能，只能摄制10分钟左右的动态场录像。

4.3.1 数码照相机的类型
数码照相机的类型，可根据性能 / 价格比分为三个档次，即普及型、高级型和专业型。衡量它们的主要标志是看CCD包含的像素数目的大小，一般CCD像素数目越大，照相机生成图像和色彩的能力就越强，档次也越高。
(1) 普及型数码照相机
普及型数码照相机的分辨率较低，至少是640×480素像。这样的分辨率在电视机或计算机的显示器上观看还是可以的，也可以用作网页制作，但是要想打印输出成照片，分辨率偏低，效果很差。
（2）高级型数码照相机
高级型数码照相机主要用于一般的商业用途和对照片质量要求较高的单位及家庭用户。这类相机是目前市场销售的主流。
高级型数码照相机的CCD包含300万以上的像素，相机的分辨率一般在1024×768～1600×1200素像之间，2000年以来，一些新型号的数码照相机可达400多万像素，分辨率可达2048×1536（尼康COOL PIX 990）甚至2400×1800（奥林巴斯C－3030），这种等级的分辨率直接打印输出，可确保8-10吋的高质量照片，如进行适当的色彩插值，还可获得较好的A4--A3幅面的打印效果，也可用作普通印刷制版。
近年来生产的高级数码照相机，在相机的功能上作了很大改进。由于采用了全新的TurePic技术，能够产生更加接近真实的图像色彩、色调和适当的对比度。
有的相机设置了色彩补偿模式；10万以上像素的彩色液晶显示屏；非球面单反三倍光学变焦镜头，变焦范围相当于35mm相机的36～115mm；有近摄功能，可拍摄2cm近的局部或超小目标的照片；图像分辨率可选择Tiff非压缩格式，也可选择几种不同压缩比的JPEG格式；存储器可选择8MB、16MB、32MB及64MB的通用CompactFlash存储卡；采用TTL智能测光系统，可选用256区矩阵测光、偏重中央测光和重点测光；光圈能达到f = 2.6～4, 电子自动控制，有的相机还可手动调节；快门速度也能实现自动和手动控制，达到8秒～1/10000秒，另有10秒～12秒及2秒～3秒的延时自拍；高速连续拍摄；白平衡已实现全自动TTL / 手动6级设置；有程序自动曝光、光圈先决和快门先决，还设有曝光补偿；感光度有相当于ISO 100、200、400的自动或手动调节；内置闪光灯具有自动闪光、强制闪光、禁止闪光、慢同步闪光和消减红眼闪光，还可外接同步闪光灯等等。这些功能已足够非专业或半专业人员的使用。
（3）专业型数码照相机
专业型数码照相机身价很高，在几万元至几十万元人民币不等。超高分辨率是这类相机的首要标志，一般CCD包含的像素可达到几百万像素。如，NiKon DCS-460数码照相机，它采用NiKon N90机身，有一块含600多万像素的阵列CCD，图像的最高分辨率可达到3060×2036像素，是20世纪世界上能够随身携带的分辨率最高的数码照相机之一。这款相机采用12bit色，SCSI下载接口，可兼容Mac和PC两种计算机。还有的数码照相机为了提高像素数，采用多块CCD设计。Minolta ( 美能达) RD－175就采用了3块38万像素的CCD，集合起来能产生极高的像素。
21世纪，Kodak 公司诞生了第一台目前分辨率最高的“一次过拍摄”的数码相机背，它能产生一千六百万像素的高质量照片（4080×4080像素），足以胜任任何出版印刷的需要。
专业型数码照相机还有一个特点，就是可共用传统照相机机身，实现镜头互换。传统照相先进的自动对焦和曝光系统，外接专业智能化闪光灯，与数码照相机机背快速的数据存储，可选择的高容量存储卡等优势综合到一起，使数码摄影变得方便、快捷，足以跟135 及120胶片（银盐）照相妣美。
专业型数码照相机中还包含演播室型数码照相机，它的主要特点是采用线性CCD图像传感器。由于它的线性CCD分辨率极高，拍摄时产生大容量的数据，在拍摄过程中需要与计算机相连接，不适应外出携带。

4.3.4 数字摄像机的色彩获取
早在数码照相机和扫描仪问世之前，便有了数字摄像机。是它的CCD固体摄像器件技术，启发了数码照相机和扫描仪技术的发展。
数字摄像机发展到20世纪末，产生了数字摄像录像融合一体的数字摄录机。由于专业级与广播级的数字摄录机价格昂贵、技术复杂，我们仅讨论DV格式的家用摄录机。
家用摄录机俗称“掌中宝”，使用宽度为6.35mm厚度为7цm具有较高耐强度和较高磁性能的低噪声高输出金属蒸镀型磁带。带盒规格有两种：标准型尺寸125mm×78mm×14.6mm迷你型尺寸66 mm×48 mm ×12.2 mm，记录时间分为30分钟和60分种。DV格式数字摄录机的图像水平分辨率为500线，信噪比高达54DB，达到了广播级的下限指标。图像清晰度高、色彩还原逼真，音响效果好，这些都是DV格式数字摄录机的重要特点。