企鹅一家

世界真奇妙（如姜昆杨澜般展开单臂）！看这企鹅一家，多可爱。


想把看到的景象保留下来，自然的想到用相机，保存到电脑里。可是以前的电脑太旧，不能显示彩色，它只知道黑或白，非黑即白。结果变成这样：



有人生气了，说：这是假的，要纠正过来。但如何纠正，是个问题。把黑白颠倒过来就行了吗？



其实就算只用黑与白，还是可以想办法逼近真是的，比如：



虽然和真实相比差了不少，但已比上面两个有了进步，虽然还是非黑即白的只有两种颜色。

如何改进呢？自然是用更多的颜色来表现。如果不用彩色，只把全黑到全白分256个层次，可以得到灰度图，用来再现照片的结果，是这样的：



这才是平时所说的黑白照，黑白照并不是非黑即白，而是用灰度表现。

再进一步则是用红绿蓝来再现了。和灰度类似，人们把红绿蓝三原色各自按256分阶段然后组合起来，就可以表现256x256x256即超过一千六百万以上的颜色了。不知道人眼是否能识别所有的颜色，但用红绿蓝基本上可以忠实再现自然了。本文开始的图片正是这样的结果。

于是我们就再也不用灰度了吗？不是。现在的数码相机非常普及，感光部分差不多都用的是CCD（charged coupled device），中文译成电子耦合组件。CCD感光后记录下颜色，然后可以输出。如果用3原色，自然需要3个CCD，这样一来成本会升高。所以一般只用1个CCD。1个CCD怎么能表现出彩色？这里要用到Bayer颜色了。

Bayer颜色是一律用灰度表示彩色。但按照特殊矩阵的位置决定当前的灰度是三原色中的哪一个。一般的色彩矩阵如下：



这里可以看到绿色用得比较多，这是因为人眼对绿色比较敏感的关系。经过Bayer转换后的图像如下：



从这幅灰度图可以还原出以下的图像：



怎么样？还不错吧。大多数使用数码相机的就是这个效果。

我们已经看到了如何利用有限的资源做尽可能多的再现真实世界，也知道因为人的视力的局限，事实上很多从灰度转换来的彩色已经足够让肉眼满意了。

无论如何，让红绿蓝三原色各有256个层次看来是最高目标了，现在大多数显示器都可以满足这个要求。但这是不是最终目标呢？请看下图：



看上去和开始的那幅彩色图没有区别，但实际上这图里的红绿蓝每个原色都有65536个层次，所以包含了比256个层次更多的信息。这些信息，在目前的显示 器上没有很大用处，但在计算机图像处理上却是越来越重要。因为人们可以用这么多信息来做更多的事，如局部放大，加亮，变暗，更自由的变换。

依次类推，技术可以无限的发展，从而更接近于真实世界。