72、色彩成像与感知原理深度解析

色彩成像与感知原理深度解析

1. 色彩成像基础

光线反射进入我们的眼睛时，会形成我们所感知到的颜色。同样，当反射光照射到相机传感器时，传感器会通过累加一定频率范围内的能量来获取强度测量值。多光谱图像通常会保留特定材料的吸收特性信息，这可以通过以下几种方式实现：
- 在传感器顶部使用滤光片。
- 利用棱镜分散光线。
- 在电磁频谱中使用对特定频率敏感的多个传感器。

彩色图像是通过选择不同的频率获得的。覆盖可见光谱频率的多光谱图像被称为彩色图像，而覆盖其他光谱部分的多光谱图像则捕获人眼无法感知的波长能量。

由于彩色相机每个像素在特定频率范围内有多个传感器，因此彩色图像包含了多个频率上的亮度强度信息。色彩模型通过以一种与我们感知的颜色相关的方式组织颜色，赋予这些信息意义。在彩色图像处理中，颜色不是由频率特征来描述的，而是根据我们的感知进行描述和组织，这一描述基于三色刺激理论。

2. 三色刺激理论

电磁波的频率范围是无限的，但人眼只能感知可见光光谱中大约 400 到 700 纳米的频率范围。每个频率对应一种不同的颜色，如图 1 所示。通常，我们将在这个光谱部分传递能量的电磁波称为光。超出视觉光谱的电磁波有特殊的名称，如 X 射线、伽马射线、微波或紫外线。

在可见光谱中，每个波长都被感知为一种颜色，极端值被感知为紫色和红色，其间还有绿色和黄色。然而，我们感知到的并非所有颜色都在可见光谱中，许多颜色是不同波长的光同时到达我们眼睛时产生的。例如，粉色或白色是由不同频率的光混合而成的。此外，颜色的混合可能产生我们无法区分为新颜色的颜色，但它们可能被视为可见光谱中的一种颜色。这就是为什么天文学等应用无法从