基于RGB 通道的圖像處理技術(shù)原理與應用

摘要：通道作為圖像信息的載體，是Photoshop的核心功能之一，在圖像處理中發(fā)揮著重要作用，尤其是在調(diào)色和精確選區(qū)方面。文章以RGB通道為例，闡述了其技術(shù)原理，并結(jié)合實例分析了RGB通道在圖像摳圖和調(diào)色中的應用方法和應用技巧。

關(guān)鍵詞：RGB通道；摳圖；曲線調(diào)整；通道混合器；通道計算

中圖分類號：TP37文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2024）35-0107-03開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

0引言

Photoshop（PS）的誕生是為了處理數(shù)字圖像，其通道思想源于照片原理。膠卷又名底片、菲林，上面是一層鹵化銀，當光線照到上面，鹵化銀就轉(zhuǎn)變成黑色的銀，經(jīng)顯影工藝后固定于片基，成為常見的黑白底片。而彩色照片的底片，涂抹了三層鹵化銀以表現(xiàn)三原色，這就是RGB紅綠藍通道的由來。隨著數(shù)字化席卷全球，圖形圖像處理也不例外，所以通道實際上就是照片（底片）傳統(tǒng)技術(shù)的數(shù)字化產(chǎn)物。通道在PS中相對較為復雜和抽象，但它卻是理解和掌控圖像顏色的關(guān)鍵所在，這就要求對通道的工作原理有深入理解。因此，本文將以RGB通道為例深入剖析通道的原理和本質(zhì)，闡述如何靈活應用通道。

1RGB通道原理

1.1RGB顏色模型

RGB顏色模型又稱三原色光模式（RGBcolormodel），是一種加色模型[1]。紅（R）、綠（G）、藍（B），這三種光波是自然界所有顏色的基礎，任何顏色都可以由這三種顏色混合而來，例如圖1中，紅+綠=黃、綠+藍=青、藍+紅=品紅、紅+綠+藍=白。在Photoshop中，RGB圖像的通道以灰度圖的形式呈現(xiàn)紅、綠、藍三種顏色信息，分別對應著圖像中紅、綠、藍三種顏色的強度。

1.2通道的灰度表示方法

以圖2為例分析通道中的灰度表示意義。首先觀察紅通道，可以看到原本紅色區(qū)域呈現(xiàn)出白色，而綠色區(qū)域和藍色區(qū)域則呈現(xiàn)出黑色。在綠通道中，綠色區(qū)域呈現(xiàn)為白色；而在藍通道中，藍色區(qū)域呈現(xiàn)為白色。為什么會這樣呢？假設處于一個無光的純黑色環(huán)境中，將一束光照射到墻上，墻會被完全照亮。隨著光照強度逐漸減弱，墻上的光也會變暗。當光束消失時，墻又會變成黑色?，F(xiàn)在知道，光的強度越大，得到的結(jié)果就越接近白色；光的強度越小，得到的結(jié)果就越接近黑色?；氐郊t通道，你可以想象在這種情況下只有紅光，越白的區(qū)域表示紅光強度越大，顏色也越紅；而越黑的區(qū)域表示紅光強度越弱，最終的呈現(xiàn)可能不包含紅色。其他通道也遵循相同的原理。

從以上案例中總結(jié)可知：通道中的白色表示該顏色強度最高，黑色表示該顏色強度最低，而灰色則表示該顏色強度介于兩者之間?；叶戎翟礁?，顏色強度就越大。

1.3通道與顏色信息的關(guān)系

RGB圖像通常用于顯示器或手機上，因為當顯示器或手機熄屏或關(guān)機時，它們呈現(xiàn)黑色。之所以能看到畫面，是因為顯示器或手機屏幕在發(fā)光。在暗光中對著墻打光，根據(jù)不同比例混合紅、綠和藍，最終形成五顏六色的圖像。除此之外，任何一幅RGB圖像在Photoshop中的表現(xiàn)都由紅、綠、藍和黑色組成。

為了驗證上述說法，可以進行如下實驗：

1）打開一張RGB圖像，選擇紅色通道。

2）將紅色通道載入選區(qū)，在新建圖層中填充RGB值為（255，0，0）的紅色，并命名為“紅色”。

3）隱藏“紅色”圖層，重復步驟1～2，分別創(chuàng)建“綠色”和“藍色”圖層，填充顏色為RGB（0，255，0）和RGB（0，0，255）。

4）將所有圖層的混合模式設置為“濾色”，新建一個填充黑色的圖層作為背景。

5）顯示所有圖層，觀察最終效果。

實驗結(jié)果如圖3所示，最終合成的圖像與原始圖像完全一致，表明通道可以用于提取和控制圖像中的顏色信息。此外，實驗證明了通道與選區(qū)之間的密切關(guān)系。

綜上所述，通道本質(zhì)上是存儲不同顏色信息的灰度圖像，其應用優(yōu)勢主要體現(xiàn)在與顏色相關(guān)的圖像處理方面。

2通道應用技術(shù)

2.1圖像摳圖

對于圖形顏色單調(diào)且對比明顯的圖像，用魔棒、套索、快速選擇工具均可摳出，比較簡單，如圖4中的左圖。邊緣過于復雜、背景與主體區(qū)分不明顯、顏色混合的圖形，摳圖相對比較困難，如圖4的中間圖。對于這種圖像，可以利用通道將其轉(zhuǎn)換為圖4中的右圖樣式。通道摳圖的原理是利用圖像明暗的反差，將顏色信息轉(zhuǎn)換為灰度信息，從而使圖像更容易被選中。

以圖4中風景圖為例，具體步驟如下：

1）觀察紅、綠、藍三個通道，選擇明暗對比最明顯的通道，本例中選擇藍色通道。

2）復制藍色通道，并使用“色階”命令調(diào)整圖像的明暗對比度。將黑色滑塊向右移動可以加深暗部，將白色滑塊向左移動可以提亮亮部，將灰色滑塊向左或向右移動可以調(diào)整中間調(diào)。

3）通過調(diào)整色階，使圖像的黑白對比更加分明。

4）載入選區(qū)，回到RGB全彩圖像，即可將目標對象摳出。同樣的原理可以應用于毛發(fā)、透明物體等復雜對象的摳圖。

2.2曲線調(diào)色原理

曲線是Photoshop中用于調(diào)整通道的命令，其表現(xiàn)形式和操作方式因顏色模式而異。在RGB顏色模式下，曲線可以用來調(diào)整RGB通道以及單獨的紅、綠、藍通道。其中，RGB通道曲線控制圖像的整體亮度和對比度，而紅、綠、藍通道曲線則分別控制圖像中紅、綠、藍三種顏色的強度。RGB曲線圖的橫軸表示圖像的輸入色階，即原始圖像的亮度分布，從左到右依次為0值（純黑）、1～254（中間灰色值）和255（純白）。橫軸上疊加的直方圖顯示了圖像中各個亮度級別的像素數(shù)量?？v軸表示圖像的輸出色階，即調(diào)整后的亮度分布，取值范圍同樣為0-255。曲線本身表示輸入色階與輸出色階之間的映射關(guān)系，通過調(diào)整曲線形狀可以改變圖像的亮度和對比度[2]。

RGB通道的調(diào)色原理基于顏色互補和相鄰色的關(guān)系。紅色與青色互補，綠色與品紅色互補，藍色與黃色互補。通過調(diào)整RGB曲線，可以改變圖像中紅、綠、藍三種顏色的強度，從而實現(xiàn)間接調(diào)色的效果。

例如，要增強圖像中的青色，可以通過降低紅色通道的曲線來實現(xiàn)；要減弱圖像中的黃色，可以通過降低藍色和綠色通道的曲線來實現(xiàn)。需要注意的是，RGB顏色模型是基于加色法的原理，三種顏色光的混合會增加亮度。因此，在使用RGB曲線進行調(diào)色時，要根據(jù)實際情況調(diào)整整體亮度，避免圖像過亮或過暗。

例如，要將綠色樹葉調(diào)整為橙黃色，可以通過以下兩種方法：

方法一：降低藍色通道曲線，增強其互補色黃色。

方法二：提升紅色和綠色通道曲線，增強黃色。由于RGB顏色模型是基于加色法的原理，因此需要適當降低RGB曲線以降低整體亮度。

曲線調(diào)色功能強大，可以實現(xiàn)多種顏色調(diào)整效果，但操作難度較高，需要不斷嘗試和練習才能熟練掌握。

2.3通道混合器調(diào)色

通道混合器是Photoshop中用于調(diào)整圖像顏色的工具，其原理是將不同顏色通道的像素值進行混合計算，從而改變圖像的顏色。在RGB顏色模式下，通道混合器包含紅、綠、藍三個輸出通道，每個輸出通道下方都有紅、綠、藍三個源通道如圖5。通過調(diào)整每個源通道對輸出通道的貢獻度，可以實現(xiàn)對圖像顏色的精確控制[3]。例如，要增強圖像中的紅色，可以增加紅色輸出通道中紅色源通道的比例；要減弱圖像中的綠色，可以降低綠色輸出通道中綠色源通道的比例。

例如，要將綠色樹葉調(diào)整為橙黃色，可以按照以下步驟操作：

1）打開通道混合器，選擇紅色輸出通道。

2）將綠色源通道的滑塊向右移動，增加其對紅色輸出通道的貢獻度，直至達到預期的橙黃色效果。

3）為了避免顏色過于偏紅，可以適當降低藍色源通道的比例。

通道混合器可以用于提升顏色的飽和度，或?qū)GB數(shù)值進行微調(diào)。與其他調(diào)色工具相比，通道混合器可以更精確地控制顏色變化，避免顏色過渡不自然等問題。如果需要對RGB數(shù)值進行精確調(diào)整，可以通過計算每個輸出通道的RGB值來實現(xiàn)，輸出通道=源通道1×百分比1+源通道2×百分比2+源通道3×百分比3+255×常數(shù)百分比[4]。例如，假設原始像素的RGB值為（198，231，17），要將其調(diào)整為（107，255，195），可以通過以下步驟計算通道混合器的參數(shù)：

紅色輸出通道：198×（-25%）+231×64%+17×51%≈107

綠色輸出通道：198×45%+231×100%+17×0%≈320≈255（RGB值最大為255）

藍色輸出通道：198×53%+231×40%+17×（-10%）≈195

2.4通道計算

通道計算是Photoshop中一種高級的圖像處理技術(shù)，其原理是將一個或多個通道的像素值按照指定的混合模式進行計算，生成新的通道或選區(qū)。通道計算中常用的混合模式包括正片疊底、濾色、柔光等。例如，正片疊底模式會使圖像變暗，濾色模式會使圖像變亮[5]。通道計算可以用于創(chuàng)建復雜的選區(qū)，例如高光區(qū)域、陰影區(qū)域等。

例如，要創(chuàng)建高光區(qū)域的選區(qū)，可以按照以下步驟操作：

1）打開“計算”對話框，選擇“合并”作為源1和源2。

2）在“通道”下拉菜單中選擇“灰色”。

3）在“混合”下拉菜單中選擇“正片疊底”。

4）點擊“確定”按鈕，Photoshop會創(chuàng)建一個名為“Alpha1”的新通道，其中包含高光區(qū)域的選區(qū)。

5）載入“Alpha1”通道作為選區(qū)，即可對高光區(qū)域（如圖6）進行操作。

3結(jié)束語

通道是Photoshop中強大的圖像處理工具，熟練掌握通道的應用技巧可以幫助人們更好地理解和控制圖像的顏色。未來研究可以進一步探討通道在其他圖像處理領(lǐng)域的應用，例如在通道中進行濾鏡操作、修復等。

參考文獻：

[1]羅龍襄.RGB顏色模式圖像調(diào)色探究[J].電子技術(shù)與軟件工程，2022（20）：182-185.

[2]景亞南.Photoshop調(diào)色在攝影作品處理中的應用研究[J].大觀（論壇），2019（10）：137-138.

[3]鮑杰.通道混合器運用原理解析[J].電腦知識與技術(shù)，2021，17（9）：195-198.

[4]賀紀樺.Photoshop中通道混合器的調(diào)色原理[J].新型工業(yè)化，2020，10（11）：105-107.

[5]VALENTINES.Photoshop隱秘的力量：混合模式與調(diào)整圖層在攝影后期中的高級應用[M].北京：人民郵電出版社，2023.

【通聯(lián)編輯：張薇】