Color-image System
在本章中，我們將討論彩色成像系統如何捕捉和再現這些顏色刺激的基本原理。
彩色成像系統可以使用幾乎各種各樣的光學、化學和電子元件來構建。但是，無論採用何種技術，所有成像系統都必須執行三個基本功能:圖像捕獲、信號處理和信息形成(圖2.1)。這些功能是所有顏色成像系統的內置模塊，從最簡單的到最複雜的。
1、圖像採集
爲了形成圖像，成像系統首先必須檢測來自每個原始顏色刺激的光，並從該光中產生可檢測的圖像信號。 取決於特定成像系統的技術，可以以多種方式實現被稱爲圖像捕獲的功能。
例如，一個電子相機，比如一個數碼相機，可能會使用一個固態圖像傳感器，即CCD，來檢測光線。圖像捕捉是指光子被傳感器吸收，從而產生電子。這些電子被收集到電荷包中，並通過這些包的順序讀出產生圖像信號。
在攝影膠片中，光以潛像的形式被捕獲。 潛像由小的金屬銀簇組成，產生的光子通過光子入射到膠片的感光鹵化銀顆粒上。 在隨後的化學處理過程中會檢測並放大該化學信號。
準確的顏色複製需要圖像捕捉，也就是像人眼一樣，三原色。在這個過程中，原始顏色刺激的特定內容必須被分離出來，形成三個可識別的顏色信號。這通常是由某種形式的三色圖像捕獲完成的。然而，在特殊的應用中，超過三個顏色通道被捕獲，三原色信號隨後被推導出來。
在電子照相機中，可以使用由感光元件組成的固態傳感器完成三色捕獲。 單個傳感器元件覆蓋有紅色，綠色或藍色濾光片（圖2.2a）。一些高端視頻和數字電影攝影機裝有多個傳感器（用於更高的空間分辨率）以及分束器和濾色片的適當佈置（圖2.2b）。
通過使用重疊的感光層，可以在彩色照相介質中完成三色捕獲。 在圖2.3所示的簡化膠片橫截面中，頂層記錄藍光，中間層記錄綠光，底層記錄紅光。實際上，彩色膜可能包含總共12個或更多的成像層和其他特殊用途的層，但其行爲 與簡單的三層膜基本相同。
三色捕獲的顏色特性由特定系統的光譜響應（對光的相對響應作爲波長的函數）確定。 這些責任通常會在系統之間有所不同。 例如，圖2.4
三色捕獲的顏色特性由特定系統的光譜響應（對光的相對響應作爲波長的函數）確定。 這些責任通常會在系統之間有所不同。 例如，圖2.4比較了特定攝影膠片和特定數碼相機的紅色，綠色和藍色光譜響應。
由一組給定的光譜響應度產生的各個顏色響應（稱爲曝光）可以使用以下公式計算：
其中Rexp，Gexp和Bexp是紅色，綠色和藍色曝光值; S（λ）是光源的光譜功率分佈; R（λ）是物體的光譜反射率（或透射率）； rc（λ），gc（λ）和bc（λ）是圖像捕獲設備或介質的紅色，綠色和藍色光譜響應； kcr，kcg和kcb是歸一化因子。 通常，確定這些因素時，如果對象是純白色，則Rexp，Gexp和Bexp = 1.0。
這種白點歸一化相當於在一個電子相機上進行白平衡調整，當一個參考白色物體成像或測量時，其中的紅光、綠光和藍光信號被獨立地調整，從而產生相等的RGB參考電壓。在三個歸一化因子的作用下，計算得到的暴露值成爲相對暴露值，即暴露因子值。
方程(2.1)本質上與用於計算CIE XYZ三刺激值的方程(第1章，方程(1.2))相同。事實上，如果成像系統的圖像採集階段的紅、綠、藍光譜響應對應於CIE標準比色觀測器的顏色匹配函數，則得到的RGB暴露因子值相當於CIE XYZ三刺激值。換句話說，圖像捕捉設備或媒介本質上是一個色度計。
這就提出了一個有趣的問題。爲了精確的色彩再現，成像系統的光譜響應度是否應該始終與標準的人類觀察者相匹配?答案並不像看起來那麼簡單。這個問題將在第二部分中重新討論，在那裏將對所有成像系統執行的第二個基本功能:信號處理進行更仔細的研究。