北京城二十四節氣的色彩提取

中國幅員遼闊，地域不同，節氣物候特征會有所差異，而且結合地方文化也會衍生出各有特點的文化習俗。二十四節氣源于黃河中下游地區，該地區的物候及農業生產與其他地區的有可能不同步。例如，華北種麥是“白露早，寒露遲，秋分種麥正當時”，浙江則是“寒露早，立冬遲，霜降前后正當時”。就地理位置而言，北京的氣候與黃河中下游地區具有相似性，二十四節氣中描述的物候特征與北京的物候特征比較符合。并且作為多個朝代的政治、經濟、文化中心，北京一直在文化的傳承與發展中擔任重要角色。清代富察敦崇的《燕京歲時記》和清代潘榮陛編撰的《帝京歲時紀勝》都記載了清代時老北京人的歲時風俗，反映了二十四節氣文化與老北京人生活的緊密聯系。因此，本書僅以華北地區具有典型文化特色的北京作為色彩提取的區域，以農耕漢民族為主要人群的感知和習俗來歸納提煉二十四節氣的象征色彩。

北京城的節氣特征

一年當中由于經緯度的差異，不同地域獲得的太陽能量以及由此衍生出來的大氣環流、水分分布等都會按一定的時節規律變化，從而形成物候順序的關聯性。我國二十四節氣七十二候中的“東風解凍”“雷乃發生”“大雨時行”“雷始收聲”，以及“水始冰”“地始凍”等順序發生的非生物物候現象就是例子。一年當中各種物候現象的出現，不僅有著規律性的前后順序，而且一段時間內具有整體同步提前或推遲的特點，即所謂“先后有序，遲早相隨”。

北京城四季分明，季相各有不同。春天的季相可以概括為“萬紫千紅結隊來”。這是北京城的花季，大致三月初開始四月底結束。雖然只有不到兩個月的時間，卻有約三分之二大家熟知的喬灌木開花。按照物候的特點，春天又可以細分為初春、仲春和晚春三個季相。

初春季相的主要特點是草木萌動。以京城地區常見的榆樹、山桃、柳樹等枝條上的春芽萌動為物候標志。榆樹近于球形的花芽在萌動中拉伸著其鱗片邊緣的白色絨毛，將其平行地貼伏在露出絲狀光澤的內層鱗片上，待到鱗片開裂后便呈現顆粒狀的暗紫色小花蕾。山桃的花芽在萌動中可以見到鱗片間爆出的新痕。柳芽在僅有的一層鱗片中變得飽滿，并微微翹起，之后灰綠色的尖尖便從新生枝條或花序的頂端綻出，這便是人們常說的“柳眼初開”。待到連翹花盛，杏樹、柳樹始花，則標志著仲春的開始。此時桃花盛開，柳葉舒展，桃紅柳綠，所謂萬紫千紅結隊來，以仲春這個時段最為典型。待到西府海棠花開、洋槐柿樹展葉，棗樹荊條萌動時節，雖然喬灌木仍處于花季，但從季相上看卻已經是綠肥紅瘦的晚春了。

夏天季相的特點是萬綠叢中幾點紅。以北京玉淵潭花園村一帶物候季相為例，從標志初夏物候的洋槐開花到晚夏杭子梢開花的四個多月內，雖然樹木郁郁蔥蔥，農作物茁壯生長，但常見的開花喬灌木屈指可數，有白花的珍珠梅、黃花的欒樹、花色粉紅的合歡、或紫紅或粉白的紫薇和木槿，以及花色絳紅的木質藤本凌霄，同時還有小巧的玫瑰和月季。這些植物的花期一般較長，彌補了夏季花色種類不夠豐富的不足。

秋天和春天類似，也是一個季相更迭迅速的季節，其特點是紅葉黃花、蕭風飛落。最先帶給京城秋意的是火炬樹和洋白蠟，前者的樹葉流丹，后者的樹葉飄黃，交相輝映，絢麗至極。盛開的甘菊花是仲秋到來的物候標志，此時約有一半物種的樹葉開始變色和飄落，少數樹木的葉子已經落盡。此時卻正是秋意最濃，觀賞紅葉的最佳時機。待到紫薇葉全變色、旱柳樹葉開始變黃的時候，就進入落葉蕭蕭的晚秋了。

冬天季相的特點是萬木蕭疏，以山桃、元寶槭、黃櫨、連翹、洋槐等樹木的落葉末期為標志。此時大約一半的夏綠喬灌木葉已經落盡。待到所有的落葉喬灌木步入落葉末期，隆冬就來臨了。

一般京城的春季和秋季各約兩個月，夏季約四個半月，冬季約三個半月。春秋季節雖短，但季相變化卻最為豐富，最有風采[1]。

色彩提取

本書中二十四節氣典型色彩意象的提取方法，綜合了前面提到的色彩提取方法，并且針對北京城二十四節氣的物象特點和批量處理圖片的需求對提取方法進行了調整和改進。具體方法如下。

文獻研究

通過文獻和調研等方法研究二十四節氣的文化起源、歷史發展等基本文化背景，深入研究京城二十四節氣的文化，包括自然景觀、習俗活動、農事農諺、傳統美食等方面。通過搜集二十四節氣與京城色彩文化等方面的相關文獻及資料，研究京城二十四節氣的歷史文化及其與色彩之間的關系，為色彩的提取提供參考依據。

田野調查

二十四節氣的色彩大部分源于自然景觀和民間風俗，需要深入環境之中實地觀察才能獲得更加真實的資料。通過在每個節氣采用實時觀察和拍攝的方式，到城市與農村的大街小巷、地頭田間的主要景點、具有節氣代表性的地點進行觀察和拍攝，拿到當代節氣自然景觀、習俗文化的第一手資料。

同時，深入老北京人的生活中，一方面去觀察北京在二十四節氣中有哪些變化和顯著的特征，特別是物候景觀的變化，另一方面詢問當地人在二十四節氣中有哪些風俗習慣、飲食變化等，加以記錄和拍攝。

用戶研究

通過問卷調查研究和訪談，深入調查北京人眼中具有代表性的節氣物象。對收集的節氣物象進行進一步淘洗與選擇，獲得每個節氣最為人們熟知的節氣物象。為了更好地進行物象調查，本書將一年中的二十四個節氣分兩次進行調研，在5月份前后進行春夏節氣的問卷調查，在11月份前后進行秋冬節氣的問卷調查。最終每個節氣篩選3～4個具有代表性的意象。

圖片拍攝、搜集及篩選

根據收集的資料及節氣期間對北京具有代表性的城市景觀，尤其是會根據節氣產生變化的自然景觀進行拍攝。在如今的社會，人們能接觸的農作物、節氣風俗和傳統飲食在逐漸變少，而城市在節氣時所呈現出的植被景觀是人們所能最直接觀察和感受的，所以在對節氣色彩進行提取的時候，自然景觀所占的比例較大，其他農作物、習俗、飲食方面則根據不同節氣所特有的文化屬性來進行選擇性拍攝。一些已經不易見到的傳統風俗等方面的色彩提取，則通過網絡或書籍掃描來搜集相關圖片。通過網絡抓取的照片覆蓋范圍廣，可以解決田野考調查中圖片信息不足的問題，但容易出現偏離主題和雜色過多的照片，因此需要對照片進行篩選。

二十四節氣反映最直觀的是對物候特征和農作物的影響，但是由于農作物在北京城內相對較少，且色彩較為單一，同時又具有規律性，一般都是從綠色到黃色過渡，僅通過農作物的色彩很難劃分節氣。所以在圖片收集的過程中，物候特征的圖片相對較多，農作物的圖片相對較少，習俗和飲食則根據在調研中被提及的頻率作為判斷。例如霜降的凍柿子，冬至的餃子，這些習俗和飲食被人們熟知，在調研的過程中被頻繁提及，故在節氣圖片中所占的比例將會提高。

圖片預處理

對收集整理好的照片需要圖片預處理，由于單張圖片往往達幾百萬像素，如果對幾百萬像素進行特征提取，會形成巨大的運算量。因此在圖片預處理階段可以對圖片進行壓縮，提高運算效率。通過圖片壓縮工具對圖片尺寸進行等比壓縮，壓縮至最大長寬不超過100像素。通過提色軟件對比，我們發現壓縮后的圖片主色提取結果保持不變，可以認為在圖片尺寸壓縮后，圖片的色彩信息仍然得到保留。至此，色彩提取前的準備工作就全部完成了，接下來的工作是在計算機程序的輔助下處理圖片數據。

計算機程序處理

計算機程序主要從圖片基礎色彩特征、圖片主色特征、圖像整體特征三個緯度進行特征提取，共完成15個色彩特征的提取。為了比較中位切分法對色彩提取的效果，本書還運用了聚類和八叉樹兩種算法，并抽取了不同節氣具有代表性的圖片進行分析。不同算法對主色提取的結果如下：

從三種色彩提取方法提取結果看，八叉樹算法提取結果的色彩準確度較差，在色彩提取上偏向于提取多個顏色中比較接近的色彩，導致色彩和圖片上原本存在的色彩差異較大。而基于聚類算法則傾向于提取色彩面積較大的色彩，對于面積較小卻獨特的色彩提取能力較弱。通過對部分圖片的提取結果的比較，最終確定將中位切分算法用于節氣的色彩提取[2]。

色彩聚類

為保證物象的色彩特征全部被提取出來，經過計算機對圖片的色彩進行聚類，第一次色彩提取為每個節氣意象提取8個色彩，由于8個色彩的數量太少，一些色彩雖然數量較少、所占面積較小，但是屬于重要的色彩意象，如果缺失則不能讓人們形成正確的映射關系。后將8個色彩的數量增加到12個色彩，但是因為有雜色的存在，12個色彩還是無法對全部具有代表性的色彩進行提取。通過對比與實驗，發現16個色彩可以對節氣的色彩進行很好的聚類提取，提取20個色彩則會出現少量的相似色。因此，最終將色彩的數量定在16個。

人工去除雜色

在聚類的圖片中，難免會存在一些雜色，以黑色和灰色為多，它們穿插在物象的中間，不能通過裁減進行剔除，所以需要對提取出來的色彩對照圖片進行雜色剔除。例如：驚蟄——連翹花蕾，中間縫隙中夾雜著大量的暗色，不屬于連翹花蕾的色彩，但在計算機聚類中，會將這些雜色聚為一類，在人工去除雜色時需剔除。

在提取出的色彩中會有一些相似色出現，影響色彩意象庫的搭建。此類情況出現的概率較小，因為相似的色彩計算機會進行聚類，但是色彩提取結果中還會存在少量的近似色，需要通過人工實驗的方法進行剔除。

由此按照上述色彩提取的方法過程，最終獲得了二十四節氣的典型意象色彩[3]。

[1]楊國棟，陳效逑。北京地區的物候日歷及其應用[M]，北京：首都師范大學出版社，1995年3月，第10-11頁.

[2]吳桐。基于機器學習的典型節氣色彩特征識別研究[D]，北京：北京郵電大學，2018年.

[3]王碩。京城二十四節氣色彩意象設計研究[D]，北京：北京郵電大學，2018年.