GB/T 44006-2024 红外图像温度表示规则 RGB法
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资料介绍
ICS 31 . 260 CCS L 50
中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准
GB/T 44006—2024
红外图像温度表示规则 RGB法
Rules for the representation of infrared image temperature—Method by RGB
2024-04-25 发布 2024-1 1-01 实施
国家市场监督管理总局国家标准化管理委员会
发
布
GB/T 44006—2024
目 次
前言 Ⅲ
1 范围 1
2 规范性引用文件 1
3 术语和定义 1
4 原理方法 2
4 . 1 显示原理 2
4 . 2 显示流程 3
4 . 3 伪彩色编码模式 3
5 数据处理 6
5 . 1 温度场转换为灰度图像 6
5 . 2 灰度图直方图均衡处理 6
5 . 3 灰度图转换为伪彩色图 8
附录 A (资料性) 红外温度场伪彩色图像显示流程图 10
附录 B (规范性) 颜色查找表 11
参考文献 37
I
GB/T 44006—2024
前 言
本文件按照 GB/T 1 . 1—2020《标准化工作导则 第 1 部分:标准化文件的结构和起草规则》的规定起草 。
请注意本文件的某些内容可能涉及专利 。本文件的发布机构不承担识别专利的责任 。
本文件由中国科学院提出 。
本文件由全国光电测量标准化技术委员会(SAC/TC487)归口 。
本文件起草单位:中国科学院上海技术物理研究所 、北京理工大学 、东莞中科云计算研究院 、武汉高德智感科技有限公司 、中科和光(天津)应用激光技术研究所有限公司 、浙江大立科技股份有限公司 、烟台艾睿光电科技有限公司 、国家红外及工业电热产品质量监督检验中心 、中国科学院空天信息创新研究院 、武汉高德红外股份有限公司 。
本文件主要起草人:李雪 、范广宇 、杨媛媛 、梁宏 、金伟其 、唐广发 、黄晟 、卢子忱 、张志强 、姜江辉 、齐亚鲁 、刘敏 、吴迪 、王璞 、崔昌浩 、黄建忠 。
Ⅲ
GB/T 44006—2024
红外图像温度表示规则 RGB法
1 范围
本文件描述了根据热红外图像及红外辐射特性计算而获得的温度场通过图像处理技术转换为可见光伪彩色图像的原理及方法 , 包括温度场图像转换为灰度图像算法 、灰度图像增强处理算法以及定义灰度值所对应伪彩色 RGB值的颜色查找表 。
本文件适用于红外热像仪在生物体检测 、安防 、工业测温和农业等领域 , 获得热红外图像并转换为温度场图像后 , 由温度场图像映射到灰度图像并转换显示为 RGB色彩表示的伪彩色图像的过程 。
2 规范性引用文件
本文件没有规范性引用文件 。
3 术语和定义
下列术语和定义适用于本文件 。
3.1
红外辐射 infrared radiation;IR
波长大于可见光波长小于无线电波波长的电磁辐射 。
注 1 : 红外辐射在真空中波长范围为 750 nm~1 mm 。
注 2 : 温度高于绝对零度(—273 . 15 ℃)的任何物体均会发出红外辐射 , 其辐射能量大小由物体的表面温度及表面辐射特性决定 。
[来源: GB/T 12604 . 9—2021 , 3 . 17 , 有修改] 3.2
红外热像仪 infrared thermal imager
将物体表面红外辐射转换成可见图像的设备 。
注 1 : 红外热像仪具有测温功能 , 能定量绘制出物体表面温度分布并将灰度图像进行伪彩色编码 。
注 2 : 红外热像仪组成包括红外光学系统 、红外探测器及电子处理系统 。
[来源: GB/T 19870—2018 , 3 . 1 , 有修改] 3.3
热红外图像 thermal infrared image
通过红外探测器收集 、记录被测物体辐射出来的热红外辐射信息所生成的图像 。
注 : 本文件中简称红外图像 。在需要强调红外图像为热红外图像时 , 不使用简称 。
3.4
温度场图像 thermal field image
利用红外图像及被测物体辐射特性反演出被测物体温度分布的图像 。
3.5
测温范围 measuring range
红外热像仪的有效温度测量范围 。
1
GB/T 44006—2024
3.6
RGB色彩 RGB color
通过对红(R) 、绿(G) 、蓝(B)三个颜色通道的强度变化叠加生成各种颜色的一种颜色表示规则 。
注 1 : RGB显示的颜色依赖于设备 , 红外热 像 仪 一 般 支 持 IEC 61966-2-1 颜 色 空 间 标 准 , 即 SRGB(Standard Red Green Blue) 。
注 2 : 通常用(R, G, B)方式表示颜色 , R、G、B 的取值范围从 0 至 255 。
3.7
图像增强 image enhancement
对被测物体原始图像进行处理以改善图像视觉效果的工作 。
注 : 包括灰度变换 、伪彩色变换 、直方图均衡以及滤波等图像处理方法 。
3.8
灰度图像 gray scale image
根据设定参数及转换公式 , 将温度场图像的每个像素温度值转换为一个介于 0 至最大灰度值之间的数值所形成的图像 。
3.9
伪彩色图像 pseudo-color image
将灰度图像中每个像素点的灰度值用 RGB色彩替代所形成的彩色图像 。
注 : 通常用暖色调表示高温 , 冷色调表示低温 。
3 . 10
直方图均衡 histogram equalization
利用图像直方图对灰度图像对比度进行优化的方法 。
3 . 1 1
颜色查找表 color look-up table
定义红外图像灰度值与伪彩色颜色映射关系的表格 。
4 原理方法
4 . 1 显示原理
被测物体红外辐射经红外热像仪红外光学镜头 、红外探测器 、模拟量到数字量(A/D)转换获得其红外图像 , 结合被测物体红外辐射的特性 , 红外图像经信号处理反演生成温度场图像 , 温度场图像转换为灰度图像后映射至伪彩色图像并在显示屏上输出(见图 1) 。 由于红外图像与显示屏像素数量存在差异 , 因而在图像输出时的图像缩放算法可能会导致显示屏部分像素的显示颜色超出本文件定义的伪彩色颜色选取范围 , 但对于连续变化的温度场图像在视觉上影响较小 。
2
GB/T 44006—2024
图 1 红外测温热像仪工作原理
4 . 2 显示流程
红外温度场伪彩色图像显示流程(见附录 A)包括以下两个主要步骤 。
a) 根据应用场景设定合理的显示温度范围 、伪彩色编码模式及伪彩色颜色数量,将温度场图像转换为灰度图像 。根据灰度图像的直方图分布选择是否进行直方图均衡增强图像的对比度 。
b) 根据所选择伪彩色编码模式及伪彩色颜色数量确定对应的颜色查找表,利用颜色查找表将灰度图像映射为采用 RGB色彩表示的伪彩色图像并显示在红外热像仪显示屏上 。
4 . 3 伪彩色编码模式
4 . 3 . 1 伪彩色编码模式类别
根据应用场景不同共有四种编码模式,分别为彩虹伪彩色编码模式 、正弦伪彩色编码模式 、热金属伪彩色编码模式以及密度分层伪彩色编码模式 。红外热像仪产品支持以上四种编码模式时,应予以注明 。各伪彩色编码模式特点及适用场景见表 1 。
表 1 伪彩色编码模式特点及适用场景
伪彩色编码模式
特点
适用场景
彩虹伪彩色编码模式
颜色间明度差较小,色相丰富
适用于大部分红外成像场景,适合彩色显示及打印,不适合进行黑白打印
正弦伪彩色编码模式
颜色路径结点较多,色标明度呈起伏变化,可结合色差及明度确定图像等温线轮廓
适用于显示温度范围较窄,对温度分辨力要求较高的彩色显示,例如医学红外图像显示
热金属伪彩色编码模式
颜色间明度差较大,彩度差较小 , 与色温的变化规律相似
适用于图像中有部分高温物体,例如电力系统红外图像的显示,可用于彩色显示及打印,也适合进行黑白打印,效果与灰度图像类似
密度分层伪彩色编码模式
背景采用灰度显示,有利于抑制背景突出 目标
适用于设定温度阈值的图像显示及打印,也适用于特殊温度物体区别于背景时的显示,例如生物体或气体探测
3
GB/T 44006—2024
4 . 3 . 2 彩虹伪彩色编码模式
彩虹伪彩 色 编 码 模 式 采 用 (255 , 0 , 255) 、(0 , 0 , 255) 、(0 , 255 , 255) 、(0 , 255 , 0) 、(255 , 255 , 0) 、 (255,0,0)的颜色路径,并依据设定的伪彩色颜色数量和等色差间距的原则选取颜色编码 。
根据显示需求不同,本模式下可选择 256 色 、128 色 、64 色 、32 色及 16 色共 5 档伪彩色颜色数量 。本伪彩色显示模式下各颜色数量对应的颜色查找表由附录 B 规定 。将颜色查找表中定义的颜色按索引值排列形成相应色标(见图 2) 。
图 2 彩虹伪彩色编码模式色标
4 . 3 . 3 正弦伪彩色编码模式
正弦伪彩色编码模式采用 (0 , 0 , 0) 、(128 , 128 , 128) 、(0 , 0 , 128) 、(0 , 0 , 255) 、(0 , 128 , 128) 、(0 , 255,255) 、(0,128,0) 、(0,255,0) 、(128,128,0) 、(255,255,0) 、(128,0,128) 、(255,0,255) 、(128,0,0) 、 (255,0,0) 、(212,0,212) 、(255,255,255)的颜色路径,颜色路径通过 R、G、B 间比例变化形成颜色的变化及明度的波动 。
根据显示需求不同,本模式下可选择 256 色 、128 色 、64 色 、32 色及 16 色共 5 档伪彩色颜色数量 。本伪彩色显示模式下各颜色数量对应的颜色查找表由附录 B 规定 。将颜色查找表中定义的颜色按索引值排列形成相应色标(见图 3) 。
4
GB/T 44006—2024
图 3 正弦伪彩色编码模式色标
4 . 3 . 4 热金属伪彩色编码模式
热金属伪彩色编码模式采用(0,0,0) 、(255,0,0) 、(255,255,0) 、(255,255,255)的颜色路径,并根据设定的伪彩色颜色数量和等明度间距的原则选取颜色编码 。
根据显示需求不同,本模式下可选择 256 色 、128 色 、64 色 、32 色及 16 色共 5 档伪彩色颜色数量 。本伪彩色显示模式下各颜色数量对应的颜色查找表由见附录 B 规定 。将颜色查找表中定义的颜色按索引值排列形成相应色标(见图 4) 。
图 4 热金属伪彩色编码模式色标
4 . 3 . 5 密度分层伪彩色编码模式
密度分层伪彩色编码模式下可设置最低温度阈值 THmin 及最高温度阈值 THmax 。 THmin 及 THmax应在红外热像仪测温范围内,其灰度图像的灰阶数设定为 256,根据温度阈值设置分为以下几种模式 。
5
GB/T 44006—2024
a) 高温显示模式 。 当仅设置最高温度阈值 THmax 时 , 灰度值 S 大于或等于 THmax 对应灰度值的像素在伪彩色图像中显示的颜色为(255 , 0 , 0) , 其余像素在伪彩色图像中显示的颜色为(S, S, S) 。
b) 低温显示模式 。 当仅设置最低温度阈值 THmin 时 , 灰度值 S 小于或等于 THmin 对应灰度值的像素在伪彩色图像中显示的颜色为(0 , 0 , 255) , 其余像素在伪彩色图像中显示的颜色为(S, S, S) 。
c) 区间显示模式 。 当同时设置 THmin 及 THmax 时 , 灰度值 S 大于 THmax 对应灰度值的像素在伪彩色图像中显示的颜色为(S, S, S) , 灰度值 S 小于 THmin 对应灰度值的像素在伪彩色图像中显示的颜色为(S, S, S) , 其余像素在伪彩色图像中显示的颜色为(0 , 255 , 0) 。
可选择对灰度图像部分进行淡化处理 , 淡 化 后 伪 彩 色 图 像 中 灰 度 像 素 显 示 的 颜 色 为 (S, , S, , S, ) , S, 的计算方法见公式(1) 。
S, =[S/2+128] ……………………( 1 )
式中:
S, — 淡化后灰度像素点的灰度值 ;
[] — 取括号中数值的整数部分 ;
S — 淡化前灰度像素点的灰度值 。
淡化处理的图像部分其明度为 R、G、B值的总和 , 即 S, 值的 3 倍 , 最低明度为 128×3 , 即 384 。远高于(255 , 0 , 0) 、(0 , 255 , 0)及(0 , 0 , 255)的单色明度 , 可突出分层显示部分 , 适合进行黑白打印 。
5 数据处理
5 . 1 温度场转换为灰度图像
设显示温度范围的最低温度为 Tmin , 最高温度为 Tmax , Tmin 及 Tmax 应在红外热像仪测温范围内 , 伪彩色颜色数量为 N , 灰度图像的灰度值按照公式(2)由像素点的温度 T 计算得出 。
S Tminmax … … … … … … … …
式中:
S — 灰度图像像素点的灰度值 ;
T — 温度场图像像素点的温度 , 单位为摄氏度(℃) ;
Tmin— 温度范围的最低温度 , 单位为摄氏度(℃) ;
N — 灰度图像的灰阶数 , 对于密度分层伪彩色编码模式 , 由于转换的灰度图灰阶数设定为
256 , 因而该值设定为 256 , 对于其他伪彩色编码模式 , 该值与设定的伪彩色数量相等 ; Tmax— 温度范围的最高温度 , 单位为摄氏度(℃) ;
[] — 取括号中数值的整数部分 。
计算过程中各参数应采用单精度浮点数或双精度浮点数 , 在所有计算完成后对结果进行取整 。
5 . 2 灰度图直方图均衡处理
直方图均衡作为一种图像增强的算法 , 用于灰度图像进行伪彩色映射前优化图像的灰度分布 , 避免出现图像灰度值过于集中 , 以提升图像显示效果 。直方图均衡作为可选项在需要时进行 , 直方图均衡会
6
GB/T 44006—2024
导致灰度图像信息的不可逆损失,因而在使用其进行显示优化时应保留温度场图像或灰度图像的原始信息,根据直方图均衡的原理,确定直方图均衡算法流程图(见图 5),直方图均衡处理后,像素灰度值与温度值的映射关系发生变化,需根据直方图均衡时的映射函数对色标中温度与颜色的映射关系进行调整 。
图 5 直方图均衡算法流程图
直方图均衡算法的计算公式如下 。
a) 根据公式(3)计算归一化灰度直方图 。
p ……………………( 3 )
式中 :
p(li ) — 灰度值为li 的像素出现的概率 ;
li — 第 i 个灰度值,0
T — 图像的总像素数 。
b) 根据公式(4)计算累计直方图 。
tk ……………………( 4 )
式中 :
tk — 灰度值小于或等于第 k 个灰度值的像素出现的概率 ; p(li ) — 灰度值为li 的像素出现的概率 。
7
GB/T 44006—2024
c) 根据公式(5)定义映射关系 , 并据此生成新的灰度图像 。
l’ k =[(N — 1) × tk +0 . 5] ……………………( 5 )
式中:
l’ k — 原灰度图像第 k 个灰度值映射的新灰度值 ;
N — 伪彩色颜色数量 ;
tk — 原灰度图像灰度值小于或等于原灰度图像第 k 个灰度值的像素出现的概率 。
5 . 3 灰度图转换为伪彩色图
根据编码模式及伪彩色颜色数量设置生成伪彩色图像 , 具体转换方法见表 2 。伪彩色图像在显示时 , 宜具备色标显示功能 , 色标应标注最大 、最小及中间节点的温度值 。
表 2 灰度图转换为伪彩色图转换方法
编码模式
伪彩色颜色数量
转换方法
彩虹伪彩色编码模式
256
以灰度图像某像素的灰度值作为索引值 , 伪彩色图该像素的显示颜色应符合附录 B 的规定 , 索引值与显示颜色的映射关系应符合表 B. 1 的规定
128
以灰度图像某像素的灰度值作为索引值 , 伪彩色图该像素的显示颜色应符合附录 B 的规定 , 索引值与显示颜色的映射关系应符合表 B. 2 的规定
64
以灰度图像某像素的灰度值作为索引值 , 伪彩色图该像素的显示颜色应符合附录 B 的规定 , 索引值与显示颜色的映射关系应符合表 B. 3 的规定
32
以灰度图像某像素的灰度值作为索引值 , 伪彩色图该像素的显示颜色应符合附录 B 的规定 , 索引值与显示颜色的映射关系应符合表 B. 4 的规定
16
以灰度图像某像素的灰度值作为索引值 , 伪彩色图该像素的显示颜色应符合附录 B 的规定 , 索引值与显示颜色的映射关系应符合表 B. 5 的规定
正弦伪彩色编码模式
256
以灰度图像某像素的灰度值作为索引值 , 伪彩色图该像素的显示颜色应符合附录 B 的规定 , 索引值与显示颜色的映射关系应符合表 B. 6 的规定
128
以灰度图像某像素的灰度值作为索引值 , 伪彩色图该像素的显示颜色应符合附录 B 的规定 , 索引值与显示颜色的映射关系应符合表 B. 7 的规定
64
以灰度图像某像素的灰度值作为索引值 , 伪彩色图该像素的显示颜色应符合附录 B 的规定 , 索引值与显示颜色的映射关系应符合表 B. 8 的规定
32
以灰度图像某像素的灰度值作为索引值 , 伪彩色图该像素的显示颜色应符合附录 B 的规定 , 索引值与显示颜色的映射关系应符合表 B. 9 的规定
16
以灰度图像某像素的灰度值作为索引值 , 伪彩色图该像素的显示颜色应符合附录 B 的规定 , 索引值与显示颜色的映射关系应符合表 B. 10 的规定
8
GB/T 44006—2024
表 2 灰度图转换为伪彩色图转换方法 (续)
编码模式
伪彩色颜色数量
转换方法
热金属伪彩色编码模式
256
以灰度图像某像素的灰度值作为索引值,伪彩色图该像素的显示颜色应符合附录 B 的规定,索引值与显示颜色的映射关系应符合表 B. 11 的规定
128
以灰度图像某像素的灰度值作为索引值,伪彩色图该像素的显示颜色应符合附录 B 的规定,索引值与显示颜色的映射关系应符合表 B. 12 的规定
64
以灰度图像某像素的灰度值作为索引值,伪彩色图该像素的显示颜色应符合附录 B 的规定,索引值与显示颜色的映射关系应符合表 B. 13 的规定
32
以灰度图像某像素的灰度值作为索引值,伪彩色图该像素的显示颜色应符合附录 B 的规定,索引值与显示颜色的映射关系应符合表 B. 14 的规定
16
以灰度图像某像素的灰度值作为索引值,伪彩色图该像素的显示颜色应符合附录 B 的规定,索引值与显示颜色的映射关系应符合表 B. 15 的规定
密度分层伪彩色编码模式
—
以灰度图项为输入,根据 4 . 3 . 5 定义的方法,将灰度图转换为伪彩色图
9
GB/T 44006—2024
附 录 A
(资料性)
红外温度场伪彩色图像显示流程图
红外温度场伪彩色图像显示流程见图 A. 1 。
图 A. 1 红外温度场伪彩色图像显示流程图
10
GB/T 44006—2024
附 录 B (规范性)颜色查找表
各编码模式及伪彩色颜色数量对应的颜色查找表见表 B. 1 至表 B. 15 。
表 B. 1 256 色彩虹伪彩色编码颜色查找表
索引值
R
G
B
索引值
R
G
B
0
255
0
255
26
163
0
255
1
251
0
255
27
160
0
255
2
247
0
255
28
157
0
255
3
243
0
255
29
154
0
255
4
239
0
255
30
151
0
255
5
235
0
255
31
148
0
255
6
231
0
255
32
145
0
255
7
227
0
255
33
142
0
255
8
223
0
255
34
139
0
255
9
219
0
255
35
136
0
255
10
215
0
255
36
133
0
255
11
211
0
255
37
129
0
255
12
207
0
255
38
125
0
255
13
203
0
255
39
121
0
255
14
199
0
255
40
117
0
255
15
196
0
255
41
113
0
255
16
193
0
255
42
109
0
255
17
190
0
255
43
105
0
255
18
187
0
255
44
101
0
255
19
184
0
255
45
97
0
255
20
181
0
255
46
93
0
255
21
178
0
255
47
85
0
255
22
175
0
255
48
75
0
255
23
172
0
255
49
65
0
255
24
169
0
255
50
55
0
255
25
166
0
255
51
0
55
255
11
GB/T 44006—2024
表 B. 1 256 色彩虹伪彩色编码颜色查找表 (续)
索引值
R
G
B
索引值
R
G
B
52
0
58
255
83
0
141
255
53
0
61
255
84
0
143
255
54
0
64
255
85
0
145
255
55
0
67
255
86
0
147
255
56
0
70
255
87
0
149
255
57
0
73
255
88
0
151
255
58
0
76
255
89
0
153
255
59
0
79
255
90
0
155
255
60
0
82
255
91
0
157
255
61
0
85
255
92
0
159
255
62
0
88
255
93
0
161
255
63
0
91
255
94
0
163
255
64
0
94
255
95
0
165
255
65
0
97
255
96
0
167
255
66
0
100
255
97
0
169
255
67
0
103
255
98
0
171
255
68
0
106
255
99
0
173
255
69
0
109
255
100
0
175
255
70
0
112
255
101
0
177
255
71
0
115
255
102
0
179
255
72
0
118
255
103
0
181
255
73
0
121
255
104
0
183
255
74
0
123
255
105
0
185
255
75
0
125
255
106
0
187
255
76
0
127
255
107
0
189
255
77
0
129
255
108
0
191
255
78
0
131
255
109
0
193
255
79
0
133
255
110
0
195
255
80
0
135
255
111
0
197
255
81
0
137
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255
113
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201
255
12
GB/T 44006—2024
表 B. 1 256 色彩虹伪彩色编码颜色查找表 (续)
索引值
R
G
B
索引值
R
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175
243
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13
GB/T 44006—2024
表 B. 1 256 色彩虹伪彩色编码颜色查找表 (续)
索引值
R
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B
索引值
R
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14
GB/T 44006—2024
表 B. 1 256 色彩虹伪彩色编码颜色查找表 (续)
索引值
R
G
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索引值
R
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表 B. 2 128 色彩虹伪彩色编码颜色查找表
索引值
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索引值
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15
GB/T 44006—2024
表 B. 2 128 色彩虹伪彩色编码颜色查找表 (续)
索引值
R
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B
索引值
R
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16
GB/T 44006—2024
表 B. 2 128 色彩虹伪彩色编码颜色查找表 (续)
索引值
R
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索引值
R
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索引值
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255
17
GB/T 44006—2024
表 B. 3 64 色彩虹伪彩色编码颜色查找表 (续)
索引值
R
G
B
索引值
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表 B. 4 32 色彩虹伪彩色编码颜色查找表
索引值
R
G
B
索引值
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90
18
GB/T 44006—2024
表 B. 4 32 色彩虹伪彩色编码颜色查找表 (续)
索引值
R
G
B
索引值
R
G
B
20
153
255
0
26
255
195
0
21
201
255
0
27
255
179
0
22
255
255
0
28
255
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0
23
255
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0
29
255
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0
24
255
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0
30
255
123
0
25
255
211
0
31
255
0
0
表 B. 5 16 色彩虹伪彩色编码颜色查找表
索引值
R
G
B
索引值
R
G
B
0
255
0
255
8
0
215
255
1
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0
255
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0
255
255
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0
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0
255
90
3
65
0
255
11
201
255
0
4
0
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255
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255
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0
6
0
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255
14
255
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0
7
0
183
255
15
255
0
0
表 B. 6 256 色正弦伪彩色编码颜色查找表
索引值
R
G
B
索引值
R
G
B
0
0
0
0
10
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12
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1
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120
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0
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108
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0
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3
96
96
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0
139
4
84
84
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0
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72
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60
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0
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48
48
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0
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36
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18
0
0
169
9
24
24
127
19
0
0
175
19
GB/T 44006—2024
表 B. 6 256 色正弦伪彩色编码颜色查找表 (续)
索引值
R
G
B
索引值
R
G
B
20
0
0
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0
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0
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145
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157
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163
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169
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193
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199
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205
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70
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229
229
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235
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241
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255
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0
217
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0
108
145
81
0
211
171
20
GB/T 44006—2024
表 B. 6 256 色正弦伪彩色编码颜色查找表 (续)
索引值
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