PS基础教程-明度、亮度和灰度

在图像处理过程中，图像的合成操作是使用频率最高的，图像合成，其实也就是图像像素颜色的混合。

大多数电脑处理图像都是使用 RGB来表示像素，RGB代表红、绿、蓝三个通道的颜色混合，电脑屏幕上的所有颜色，都由这红色绿色蓝色三种色光按照不同的比例混合而成的。屏幕上的任何一个颜色都可以由一组RGB值来记录和表达。

在电脑中，RGB的所谓“多少”就是指亮度，并使用整数来表示。通常情况下，RGB各有256级亮度，用数字表示为从0、1、2…直到255，因此RGB的总体取值为256*256*256个。

图像的灰度可以认为就是亮度，也就是色彩的深浅程度。所谓灰度色，就是指纯白、纯黑以及两者中的一系列从黑到白的过渡色。在RGB模式中三原色光各有256个级别，灰度是在像素的RGB数值相等的情况下形成的。而RGB数值相等的排列组合是256个，灰度的数量就是256级。其中除了纯白和纯黑以外，还有254种中间过渡色。处理示意256级的表示方法外，灰度也可通过百分比表示，范围从0%到100%。注意这个百分比是以纯黑为基准的百分比，与RGB正好相反，百分比越高颜色越偏黑，百分比越低颜色越偏白。

由于灰度色不包含色相，属于“中立”色，因此它常被用来表示颜色以外的其它信息。比如图像的通道，灰度在其中已经不是作为一种色彩模式存在，而是作为判断通道饱和度的标准。而在图像的蒙板中，灰度又被用作判断透明度的标准。

一般的像素颜色表示使用RGB颜色空间，但美术人员更多的是使用HSV(HSL)，因为可以方便的调整饱和度和亮度。HSL即色相、饱和度、亮度（英语：Hue, Saturation, Lightness）。HSV即色相、饱和度、明度（英语：Hue, Saturation, Value），又称HSB，其中B表示Brightness。HSL或HSV都是一种将RGB色彩模型中的点在圆柱坐标系中的表示，这个圆柱的中心轴取值为自底部的黑色到顶部的白色而在它们中间是的灰色，绕这个轴的角度对应于“色相”，到这个轴的距离对应于“饱和度”，而沿着这个轴的距离对应于“亮度”，“色调”或“明度”。

色相（Hue）：是色彩的基本属性，色相是有彩色的最大特征，是指能够比较确切地表示某种颜色色别的名称，如红色、黄色等。色相表示了颜色在色环上的角度，取值0-360度，纯红色位于 0 度，纯绿色位于 120 度，纯蓝色位于 240 度。

饱和度（Saturation）：指色彩的鲜艳程度或纯洁程度，越高色彩越纯，低则逐渐变灰，取0-100%的数值。饱和度取决于该色中含色成分和消色成分（灰色）的比例。含色成分越大，饱和度越大；消色成分越大，饱和度越小。纯的颜色都是高度饱和的，如鲜红，鲜绿。混杂上白色，灰色或其他色调的颜色，是不饱和的颜色，如绛紫，粉红，黄褐等，完全不饱和的颜色根本没有色调，如黑白之间的各种灰色。

亮度（Lightness）：是人的视觉系统对亮度（luminance）的感知响应值，取值0-100%。

明度（Brightness）：指色彩的明亮程度，又称为色阶。各种有色物体由于它们的反射光量的区别而产生颜色的明暗强弱。

明度很难度量，因此使用灰度来度量。

颜色空间RGB与HSV(HSL)的转换公式：

色相=RGB中最大值的原色色相+（-）（中间值-最小值）*60/（最大值-最小值）
正负号取值方法是看中间值的定位，顺时针为负、逆时针为正，如RGB分别为150、 40、 80，色相=0°-40*60/110= -338°，实际上就是22°，这是因为R的值最大150，则原色R的色相=0°，而中间值为80对应蓝色的色相为240°，从0到240是顺时针，因此为减法。纯红色位于0度，纯绿色位于120度，纯蓝色位于240度。

饱和度=[(最大值-最小值）/最大值]*100%

亮度=(最大值 /255)*100%

灰度=（最大值+最小值）/2

灰度=（R+G+B）/3

灰度=30%*R+59%*G+11%*B

明度很难度量，因此使用灰度来度量。

明度 = 30%*R+59%*G+11%*B

例如：上图中R=87，G=158，B=210，K=44%（灰度）。

色相=240-[(158-87]*60]/(211-87)=240-34.35=205，

饱和度=[(211-88)/211]*100%=59%，

亮度=(210/255)*100%=83%，

明度=灰度=30%*87+59%*158+11%*210=143，

灰度=(210+87)/2=148 或 灰度=(87+158+210)/3=152，

由上可见，无论哪种算法灰度的计算结果差不多。

44%的灰度在256级灰度中对应的等级=256*(1-44%)=256*56%=143。

灰度的通常表示方法是百分比，范围从0％到100％，注意这个百分比是以纯黑为基准的百分比。与RGB正好相反，百分比越高颜色越偏黑，百分比越低颜色越偏白。那么这个百分比是256级灰度中的哪一级呢？

由于灰度与RGB是“黑白颠倒”的，所以18%的灰度等于82%的RGB亮度。

注意如果没有关闭色彩管理功能，在颜色设置中的灰度标准就有可能不是GrayGamma2.2，那么上面的等式就不成立了。