1
00:00:00,000 --> 00:00:04,950
在本节，我想讲一下计算机里是怎么处理数码图像的

2
00:00:04,950 --> 00:00:10,218
这里有个例子 - 黄色花朵的图像

3
00:00:10,218 --> 00:00:15,359
我们看到的是有机的圆形物体

4
00:00:15,359 --> 00:00:20,187
在计算机里，它就成了多个小数值。这是怎样做到的呢

5
00:00:20,187 --> 00:00:24,868
我们来看看左上角的这朵花

6
00:00:24,868 --> 00:00:29,914
你看到一小片绿色区域，中间有个小东西

7
00:00:29,914 --> 00:00:34,960
如果将它放大十倍，就成这样。你看到的图像

8
00:00:34,960 --> 00:00:39,910
是由这些小正方形组成的，它们称为像素

9
00:00:39,910 --> 00:00:45,325
每个像素都是正方形的，像素非常小

10
00:00:45,325 --> 00:00:50,717
大概每英寸有100像素。每个像素只显示一个单色

11
00:00:50,717 --> 00:00:55,815
像素是由每个单色的方块锁定

12
00:00:55,815 --> 00:01:00,660
有趣的是像素看起来有点不自然，且轮廓分明

13
00:01:00,660 --> 00:01:04,985
但由于像素非常小，你在原图看像素时，没有觉得不对劲

14
00:01:04,985 --> 00:01:09,656
像素太小了，肉眼分辨不出来

15
00:01:09,656 --> 00:01:14,154
你看不到那些分明的轮廓。放大看像素时，图像就是这样子

16
00:01:14,154 --> 00:01:19,095
要考虑一个图像里有多少个像素的话，就是乘法的问题

17
00:01:19,095 --> 00:01:23,863
要计算一个宽800像素和高600像素的图像有多少像素，就用乘法

18
00:01:23,863 --> 00:01:28,401
将两者相乘，就是480000像素

19
00:01:28,401 --> 00:01:33,191
你可能听过“百万像素”这个词

20
00:01:33,191 --> 00:01:37,320
它在计算机和数码相机等很常见。百万像素就是一百万个像素

21
00:01:37,320 --> 00:01:41,450
800x600的图像，480000。粗略讲，大约是一百万像素的一半

22
00:01:41,450 --> 00:01:45,591
从现代标准来看，这个图像像素并不高

23
00:01:45,591 --> 00:01:49,897
目前的数码相机甚至是手机

24
00:01:49,897 --> 00:01:54,039
都会产生五百万像素、一千万像素或两千万像素的图像

25
00:01:54,039 --> 00:01:58,970
好，我们来看看其中的原理

26
00:01:58,970 --> 00:02:04,222
为了让图像轮廓分明，我做了这幅图

27
00:02:04,222 --> 00:02:09,359
我可以将这个图像看做是像素组成的网格，每个像素都是一个正方形，显示一个单色

28
00:02:09,359 --> 00:02:13,970
我们要有一个地址分析方案

29
00:02:13,970 --> 00:02:18,932
来将每个像素与其他像素分辨出来

30
00:02:18,932 --> 00:02:23,717
原理就是这里有一系列 x 值。0在最左端，往右的值不断增大

31
00:02:23,717 --> 00:02:28,325
y 的方向有点特别

32
00:02:28,325 --> 00:02:33,051
0在最顶端，最上面一行，y 值的顺序是从上往下

33
00:02:33,051 --> 00:02:38,390
我们在计算机里就是这样使用数值的

34
00:02:38,390 --> 00:02:43,922
我来做一些很简单的实例。如左上角的像素是00

35
00:02:43,922 --> 00:02:48,412
或可以说 x 等于0，y 等于0

36
00:02:48,412 --> 00:02:52,637
像素1在它右面，因此这个像素的位置是 x 等于0，y 等于0。

37
00:02:52,637 --> 00:02:57,074
在讲到坐标时，通常是先说 x 值再说 y 值

38
00:02:57,074 --> 00:03:01,787
这里就是 1, 0。这个像素可以说是 x = 4，y=2.

39
00:03:01,787 --> 00:03:06,206
或者只说4，2

40
00:03:06,206 --> 00:03:10,867
实际上，我们不会太纠结于用 x 和 y 的值来确定像素

41
00:03:10,867 --> 00:03:15,710
你只需知道有这样一个网格就可以了

42
00:03:15,710 --> 00:03:20,431
哪怕是一千万像素，每个特定的像素都有 x 值和 y 值来区别它和其他像素

43
00:03:20,431 --> 00:03:25,316
问题是，有了这些像素

44
00:03:25,316 --> 00:03:30,470
如何编译每个特定像素的颜色

45
00:03:30,470 --> 00:03:35,392
要讲这一点，我要先讲讲简单的历史背景

46
00:03:35,392 --> 00:03:40,470
在17世纪，牛顿做了一个有名的实验，我在这里复制这个实验

47
00:03:40,470 --> 00:03:45,547
用棱镜，其实就是三角形的玻璃

48
00:03:45,547 --> 00:03:49,354
白色阳光从左边照进来，棱镜将阳光分散成光谱

49
00:03:49,492 --> 00:03:54,262
我将光谱投映在白纸上

50
00:03:54,262 --> 00:03:58,703
这里显示出白光不是不可见的纯净物体。相反，它可以被分散成这些纯组成色

51
00:03:58,703 --> 00:04:03,329
你看彩虹时，也是看到同样的事物

52
00:04:03,329 --> 00:04:08,264
这些颜色其实是在连续谱里

53
00:04:08,264 --> 00:04:13,075
不过牛顿分辨出这些颜色，并给它们命名

54
00:04:13,075 --> 00:04:17,702
那个有名的顺序是从这边的红色开始，到橙色、黄色、绿色

55
00:04:17,702 --> 00:04:22,390
最后是蓝色、靛青和最远处的紫色

56
00:04:23,505 --> 00:04:31,051
在计算机里，我要把这些纯色看做是一个调色板

57
00:04:31,051 --> 00:04:37,706
我们要使用的方案就是在这里挑出红绿蓝

58
00:04:37,706 --> 00:04:43,578
将这些颜色作为组成色来构成我们想要的其他颜色

59
00:04:43,578 --> 00:04:48,068
你可以这样想，左边有白光进来

60
00:04:48,068 --> 00:04:52,003
这里有组成色出去

61
00:04:52,003 --> 00:04:56,036
你也可以从相反的角度来想。假如我拿组成色从这边照进去

62
00:04:56,036 --> 00:05:00,020
我就可以有白光出来。物理学跟这个不尽相同

63
00:05:00,020 --> 00:05:04,102
但也可以提示我们如何在计算机里结合这些组成色

64
00:05:04,102 --> 00:05:08,784
关于靛青有个有趣的故事

65
00:05:08,784 --> 00:05:13,414
牛顿命名这些颜色时，蓝色和紫色之间我们有靛青

66
00:05:13,414 --> 00:05:17,694
真的吗？我们要单独用一个词，不能就叫蓝色

67
00:05:17,694 --> 00:05:22,062
这个故事之所以有意思

68
00:05:22,062 --> 00:05:26,742
是它反映了17世纪的情况。牛顿信仰我们认为不科学的神秘论

69
00:05:26,898 --> 00:05:31,111
那时已知的星球有七个

70
00:05:31,111 --> 00:05:35,323
牛顿认为颜色的数量应该跟星球的数量一致

71
00:05:35,323 --> 00:05:39,587
于是他就硬加上靛青，凑个数

72
00:05:39,587 --> 00:05:44,871
好的，我要弄一个方案

73
00:05:44,871 --> 00:05:50,957
将特定的颜色编译成一个叫 RGB 的颜色方案。RGB 代表红绿蓝

74
00:05:50,957 --> 00:05:56,360
其中的原理，或者问题在于我要有一种方式

75
00:05:56,360 --> 00:06:01,907
来编译网格里每一种颜色是什么

76
00:06:01,907 --> 00:06:06,652
在 RGB 方案里，要用纯红光、纯绿光和纯蓝光

77
00:06:06,652 --> 00:06:12,133
用不同的组合来混合这些颜色，使之能形成不同种类的颜色

78
00:06:12,133 --> 00:06:17,614
我就不细讲这一点，这里有一个很好的示范

79
00:06:17,614 --> 00:06:21,934
我要登录 RGB Explorer 这个网页，这样我就可以做示范

80
00:06:21,934 --> 00:06:26,128
在左边，有三个滑动条

81
00:06:26,128 --> 00:06:30,530
这一个控制红光，我们要给它们赋值

82
00:06:30,530 --> 00:06:34,868
当红光滑动条移到全黑时，值为0

83
00:06:34,868 --> 00:06:39,481
调高最高时，值为255。

84
00:06:39,481 --> 00:06:43,820
在滑动条的下端，你可以看到滑动条上颜色的值。

85
00:06:43,820 --> 00:06:48,378
这里有红色滑动条、产生绿光的绿色滑动条和产生蓝光的蓝色滑动条

86
00:06:48,378 --> 00:06:52,829
RGB 方案使用的策略是

87
00:06:52,829 --> 00:06:58,211
用三个按钮来改变红光、绿光和蓝光的亮度

88
00:06:58,211 --> 00:07:03,656
这样，你就可以通过结合红、绿、蓝的恰当比例来产生任何颜色

89
00:07:03,656 --> 00:07:07,916
很明显，如果我要产生红色，就调到最高

90
00:07:07,916 --> 00:07:11,700
同样，如果要产生绿色，将绿色调到最高

91
00:07:11,700 --> 00:07:15,872
掉到最高时，颜色非常亮

92
00:07:15,872 --> 00:07:19,559
要深绿色的话，可以先调到绿色

93
00:07:19,559 --> 00:07:23,537
再往回调，就是深绿色

94
00:07:23,537 --> 00:07:27,612
在左边，数字0代表的是黑色

95
00:07:27,612 --> 00:07:31,542
产生绿色时，往黑色那边调，就是深绿色。

96
00:07:31,542 --> 00:07:35,666
如果要产生白色

97
00:07:35,666 --> 00:07:40,159
我将红色调到最高

98
00:07:40,159 --> 00:07:46,073
也把绿色和蓝色调到最高，就是白色了。所有值都是255，就是白色

99
00:07:46,073 --> 00:07:51,621
将全部颜色都调到最低，全部都是0，就是黑色

100
00:07:51,621 --> 00:07:56,406
我来展示一些颜色组合

101
00:07:56,406 --> 00:08:01,058
我想最有趣的是红色加绿色。如果我将红色调到最高

102
00:08:01,058 --> 00:08:05,955
将绿色也调到最高，就得到黄色

103
00:08:05,955 --> 00:08:10,729
要黄色暗一点的话

104
00:08:10,729 --> 00:08:15,320
将红色和绿色都往回调一点，往黑色那边调一点，就有暗黄色

105
00:08:15,320 --> 00:08:20,156
如果继续，黄色就更暗了

106
00:08:20,339 --> 00:08:24,628
要产生橙色的话，我想橙色有点像黄色

107
00:08:24,628 --> 00:08:28,440
但不是红色和绿色的比例都差不多

108
00:08:28,440 --> 00:08:32,653
红色要多一点，这里是红色和绿色

109
00:08:32,653 --> 00:08:36,515
将红色多调一点，将绿色调少一点，就是橙色了

110
00:08:36,515 --> 00:08:41,414
有点像锥形路边警告筒的样子，好看的橙色

111
00:08:41,414 --> 00:08:46,380
这只是让你大致了解一下如果通过调整来产生许多好玩的颜色

112
00:08:46,569 --> 00:08:51,409
我还想再试一下

113
00:08:51,409 --> 00:08:56,501
是的，产生了浅绿色

114
00:08:56,501 --> 00:09:01,387
我来给你看看如何产生淡黄色，这里红色和绿色都调到最高

115
00:09:01,387 --> 00:09:05,850
就产生了很亮的黄色

116
00:09:05,850 --> 00:09:10,254
淡黄色是比较分散、朦胧的颜色

117
00:09:10,254 --> 00:09:15,011
产生淡黄色的作法是添加蓝色，我将蓝色调到180,185

118
00:09:15,011 --> 00:09:19,416
如你所见，这还是黄色，不过是淡黄色，有点朦胧

119
00:09:19,416 --> 00:09:24,173
我们可以这样要理解这一点

120
00:09:24,173 --> 00:09:28,481
假如全部颜色都调到最大，就是白色

121
00:09:28,481 --> 00:09:32,827
将蓝色调高，颜色稍稍变白，但不是纯白

122
00:09:32,827 --> 00:09:37,810
红色和绿色比蓝色少一点，就是黄色

123
00:09:37,810 --> 00:09:42,793
这些知识对这么课的作用是，我不要求你知道

124
00:09:42,793 --> 00:09:47,486
你只要可以填三个数字产生某种颜色就行了

125
00:09:47,486 --> 00:09:52,411
你明白有通过改变红、绿、蓝来产生颜色的基本方案就可以了

126
00:09:52,411 --> 00:09:57,356
我还要调一个颜色给你看

127
00:09:57,356 --> 00:10:01,935
我们有红、绿、黄，这很重要

128
00:10:01,935 --> 00:10:07,430
我们来组成其他组合。蓝和绿可以组成蓝绿色

129
00:10:07,430 --> 00:10:12,533
最后一个组合是红加蓝

130
00:10:12,533 --> 00:10:17,897
红加蓝是紫，看起来确实是红和蓝的组合

131
00:10:17,897 --> 00:10:23,402
好的，我们返回到我们的图像

132
00:10:23,402 --> 00:10:28,505
我们知道一个概念，就是你可以将红光、绿光和蓝光混合在一起

133
00:10:28,505 --> 00:10:34,444
就这个图像而言，我有其全部的像素

134
00:10:34,444 --> 00:10:40,001
每一个像素都会有一种颜色

135
00:10:40,001 --> 00:10:45,023
这种颜色是由红、绿、蓝的深浅决定的

136
00:10:45,023 --> 00:10:50,458
或就数字而言，每个像素都有三个值。

137
00:10:50,458 --> 00:10:55,825
可以说，红色是250，绿色是10，蓝色是240

138
00:10:55,825 --> 00:11:01,191
我的意思是，这个像素是250、10、40

139
00:11:01,191 --> 00:11:07,720
顺序是红色的值、绿色的值和蓝色的值，我在这里重新定义这张图

140
00:11:07,720 --> 00:11:13,672
这里是我的像素网格，是构成图像的

141
00:11:13,672 --> 00:11:19,080
有前面讲过的 x 和 y

142
00:11:19,080 --> 00:11:24,908
每一个这些像素都会有自己的三个值

143
00:11:24,908 --> 00:11:31,270
这个是6,2,57。6很低，绿色是250，很高，蓝色是7，很低

144
00:11:31,270 --> 00:11:37,540
基本上是绿色，对吧？绿色的值很高

145
00:11:37,540 --> 00:11:41,868
这个像素可能是241,252,23。红和绿的值都很高，蓝色的值很低

146
00:11:41,868 --> 00:11:45,929
基本上就是黄色。

147
00:11:45,929 --> 00:11:49,941
我调整滑动条时，我趋向于调到255或0

148
00:11:49,941 --> 00:11:53,514
在现实世界中拍数码照片时，经常会有如237或26这样的中间值

149
00:11:53,514 --> 00:11:56,890
这些数字混合起来产生某种颜色

150
00:11:56,890 --> 00:12:00,951
这就是我们目前给图像下的临时定义

151
00:12:00,951 --> 00:12:04,817
这里有一个像素的网格

152
00:12:04,817 --> 00:12:09,495
每个像素显示一种颜色

153
00:12:09,495 --> 00:12:16,125
每种颜色用三个数字来表示

154
00:12:16,125 --> 00:12:23,182
回顾一下，我们从这张图像开始

155
00:12:23,182 --> 00:12:27,596
我将它缩减成有多个数字组成的网格

156
00:12:27,596 --> 00:12:32,067
在计算机科学里，这是一个很常见的主题

157
00:12:32,067 --> 00:12:36,538
先从整个图像、整段音频或整部百科全书开始

158
00:12:36,538 --> 00:12:41,178
作为人类，我们把这些事物视作一个有机的整体

159
00:12:41,178 --> 00:12:46,045
在计算机里，所有数据都不可避免地有一个组织方案，将这些事物分解成多个小数字

160
00:12:46,045 --> 00:12:50,629
这就是计算机的表现事物的形式

161
00:12:50,629 --> 00:12:55,100
我们可以将它视作是数字运算。如果我要拍张图片，将它变亮一点

162
00:12:55,251 --> 00:12:59,200
在计算机里，我们要将它转换成数字运算

163
00:12:59,200 --> 00:13:03,047
例如，我要将一个图像调亮一点

164
00:13:03,047 --> 00:13:07,046
啊，我们有红绿蓝的值

165
00:13:07,046 --> 00:13:11,197
每个值都加10

166
00:13:11,197 --> 00:13:15,095
在RGB Explorer里，我将每个值往右调，调亮一点

167
00:13:15,095 --> 00:13:19,196
不管怎样，那是后面几部分的内容

168
00:13:19,196 --> 00:13:23,195
在计算机里，事物是存储在多个小数值里

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00:13:23,195 --> 00:13:27,194
计算机领域就是这样

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00:13:27,194 --> 00:13:28,460
我们将会碰到很多这样的情况