科研作图与配色

2020-05-04 本文已影响0人果蝇饲养员的生信笔记

目前的情况估计北京的学校半年都开不了学，简直快把做实验的生物狗逼成捣腾数据的程序猿了，再不开学都快忘了实验怎么做了。现在发现了数学是限制我学生信的最终原因，不过生物学这边更注重应用，就不要难为自己去学数学了。谈一些轻松的东西，聊一聊作图和配色吧。

多年业余做宣传和设计的经验

一、色彩基础

（1）RGB色彩模式

红色（red，R）绿色（green，G）蓝色（blue，B）称为三原色光，即RGB。RGB模式是显示器的物理色彩模式。只要是在显示器上显示，图像都是以RGB方式出现的。

所有的图像都是由这三种色光混合成的，但不同图像RGB的含量不同，有的R多一些会偏红色，有的B多一些会偏蓝色。RGB的含量多少就是指亮度。通常情况下，RGB各有256级亮度（0-255），0代表不发光，255代表最亮。纯黑对应的RGB值为0,0,0，纯白对应的RGB值为255,255,255，红色对应255,0,0，绿色对应0,255,0，蓝色对应0,0,255。

256级的RGB色彩总共能组合出256^3=1678万种色彩，称为24位色（2^24），也称为8位通道色（256=2^8）。通道指的是三种色光各自的亮度范围，如果是16位通道色，RGB单独的亮度值为2的16次方，等于65536，能组合出的所有颜色就是2的48次方（48位色）。人眼所能分辨的色彩数量还达不到2的24次方，更多的色彩数量对人眼来说没有区别。

在十六进制颜色码中，以#开头，前两位表示红色，中间两位表示绿色，最后两位表示蓝色。例如红色#FF0000，其中FF即十进制的R =255。

（2）灰度色彩模式

灰度色是指纯白、纯黑以及两者中的一系列从黑到白的过渡色。灰度色中不包含任何色相，即不存在红色、黄色这样的颜色。灰度隶属于RGB色域（色域指色彩范围），相当于RGB值相等的情况，灰度的数量是256级。灰度的通常表示方法是百分比，范围从0%到100%。百分比越高颜色越偏黑，百分比越低颜色越偏白。18%的灰度等于82%的RGB亮度。

在photoshop中RGB色彩模式下的图像通道以灰度显示，表示对RGB色光的控制。通道中的纯白，代表了该色光在此处为最高亮度，亮度级别是255。通道中的纯黑，代表了该色光在此处完全不发光，亮度级别是0。介于纯黑纯白之间的灰度，代表了不同的发光程度，亮度级别介于1至254之间。灰度中越偏白的部分，表示色光亮度值越高，越偏黑的部分则表示亮度值越低。

（3）CMYK色彩模式

CMYK也称作印刷色彩模式。只要是在印刷品上看到的图像，就是CMYK模式表现的。CMY是3种印刷油墨名称的首字母：青色Cyan、洋红色Magenta、黄色Yellow，而K取的是black最后一个字母。

RGB模式是一种发光的色彩模式，例如在黑暗的房间内仍然可以看见屏幕上的内容；CMYK是一种依靠反光的色彩模式，阅读报纸需要由外界光源照射到报纸上，再反射到我们的眼中，在黑暗房间内是无法阅读报纸的。

CMYK通道灰度图中较白表示油墨含量较低，较黑表示油墨含量较高，纯白表示完全没有油墨，纯黑表示油墨浓度最高。

色光三原色和颜料三原色

色彩数量上RGB色域的颜色数比CMYK多出许多。一般来说用RGB模式制作的图像，在转换为CMYK模式后，原来较为鲜亮的一些颜色都会变得黯淡。理论上RGB与CMYK的互转都会损失一些颜色，不过从CMYK转RGB时损失的颜色较少，在视觉上有时很难看出区别。而从RGB转CMYK颜色将损失较多，视觉大部分都可以明显分辨出来。

（4）HSB色彩模式

HSB色彩把颜色分为色相、饱和度、明度三个因素。它将颜色深浅概念扩展为饱和度（saturation，S）和明度（Brightness，B；或lightness，L）。饱和度（纯度）相当于色彩浓度，饱和度高色彩较艳丽，饱和度低色彩就接近灰色。当一种色彩加入黑、白或其他颜色时，纯度就产生变化，加入其他色越多，纯度越低。明度也称为亮度，亮度高色彩明亮，亮度低色彩暗淡，亮度最高得到纯白，最低得到纯黑。S和B的取值都是百分比。

色相（Hue，H）就是指颜色的色彩种类，分别是红橙黄绿青蓝紫，这七种颜色头尾相接，形成一个闭合的环。H的取值单位是度，以X轴方向表示0度起点，逆时针方向展开。

色相环

图片来源于网络

二、图像格式

（1）图像类型

电脑中的图像类型分为两大类，一类称为点阵图，一类称为矢量图。

点阵图（位图）是由点构成的，如同用马赛克去拼贴图案一样，每个马赛克就是一个点，若干个点以矩阵排列成图案。数码相机拍摄的照片、扫描仪扫描的稿件都属于点阵图。像素（pixel，px）就是组成点阵图像中的那些点，是点阵图最小的单位，每个像素只能有一个颜色。如果一张照片宽400像素，高225像素，意味这幅图像由横方向400个点、竖方向225个点组成，图像的总像素数量就是400x225=9万。数码相机的3000万像素就是指拍摄出来的图像中的像素总量。如果我们放大照片，就会看到点也同时被放大了，这时就会出现所谓的马赛克现象，也称锯齿现象。显示器也是点阵式的，其点阵数是可变的，如果目前显示器为1366x768像素，也就是说横方向能够显示1366个像素点，竖方向显示768个像素点。

矢量图像属于描述性的，以线段和计算公式作为记录的对象。如果用矢量来记录一条直线，只需要三个信息：直线起点坐标、直线终点坐标、直线的颜色。在还原的时候就利用这三个信息去生成图像。矢量图像放大后是根据放大后的坐标重新生成图像，不会产生模糊和锯齿。

（2）图像大小

像素是一种虚拟的单位，只存在于电脑中，现实生活中是没有像素这个单位的。在现实中我们看到一个人，并不能说他有多少像素高。

像素大小（像素尺寸、显示大小、显示尺寸），指的就是图像在电脑中的大小。文档大小（打印尺寸、打印大小），指的就是这幅图像打印出来的尺寸。

电脑中的像素和传统长度是不能直接换算的，它们需要一个桥梁才能够互相转换，这个桥梁就是分辨率。我们来举一个例子：有一段200米长的街道，现在要在上面等距离地种树，如果每隔40米种一棵，总共可以种6棵。如果每隔50米种一棵，那么总共只能够种5棵了。树木总数相当于像素总量，街道长度相当于打印尺寸，那么树木间距就相当于打印分辨率了。

分辨率为72像素/英寸，换句话就是“每英寸多少像素”。指在1英寸的长度中打印多少个像素。72像素/英寸代表在纸张上1英寸的距离就分布72个像素，2英寸就是144像素。像素数目=分辨率x实际尺寸。

通常使用“像素每英寸”作为打印分辨率的标准，简称为dpi（Dot Per Inch）。一般对于打印分辨率的标准为300dpi，低于这个数值印刷出来的图像不够清晰。如果办公喷墨打印机打印或者街头的大幅面广告喷绘，只需要72dpi 就可以了。