幾種典型的顏色空間

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上幾種典型的顏色空間（一）CIE色度模型 國際照明委員會（CIE，Commission Internationale de L'Eclairage / International Commission on Illumination）的色度模型是最早使用的模型之一。它是三維模型，其中，x和y兩維定義顏色，第3維定義亮度。 CIE 在1976 年規(guī)定了兩種顏色空間。一種是用于自照明的顏色空間，叫做CIE LUV（圖06-02-2）。   圖06-02-2  CIE 1976 Luv色度圖 另一種用于非自照明的顏色空間，叫做CIE 1976 L*

2、a*b*，或者叫CIE LAB。CIE LAB 系統(tǒng)使用的坐標(biāo)叫做對色坐標(biāo)(opponent color coordinate)，如圖06-02-3 所示。CIELAB 使用b*, a *和 L*坐標(biāo)軸定義CIE 顏色空間。其中，L*值代表光亮度，其值從0(黑色)100(白色)。b*和a*代表色度坐標(biāo)，其中a* 代表紅-綠軸，b* 代表黃-藍軸，它們的值從0到10。a* = b* = 0表示無色，因此L* 就代表從黑到白的比例系數(shù)。使用對色坐標(biāo)（opponet color coordinate）的想法來自這樣的概念：顏色不能同時是紅和綠，或者同時是黃和藍，但顏色可以被認(rèn)為是紅和黃、紅和藍、綠和

3、黃以及綠和藍的組合。 圖06-02-3 CIE LAB 顏色空間   CIE XYZ 是國際照明委員會在1931 年開發(fā)并在1964年 修訂的CIE 顏色系統(tǒng)(CIE Color System)，該系統(tǒng)是其他顏色系統(tǒng)的基礎(chǔ)。它使用相應(yīng)于紅、綠和藍三種顏色作為三種基色，而所有其他顏色都從這三種顏色中導(dǎo)出。通過相加混色或者相減混色，任何色調(diào)都可以使用不同量的基色產(chǎn)生。CIE 1931 色度圖(CIE 1931 Chromaticity Diagram)，如圖06-02-4(a)所示，圖(b)是它的輪廓圖。圖(a)中的A點在色度圖上的坐標(biāo)是x 0.4832，y 0.3045，它的顏色與紅蘋

4、果的顏色相匹配。 圖06-02-4  CIE 1931 圖06-02-4 CIE 1931色度圖是用標(biāo)稱值表示的CIE 色度圖，x 表示紅色分量，y 表示綠色分量。圖中的E 點代表白光，它的坐標(biāo)為(0.33，0.33)；環(huán)繞在顏色空間邊沿的顏色是光譜色，邊界代表光譜色的最大飽和度，邊界上的數(shù)字表示光譜色的波長，其輪廓包含所有的感知色調(diào)。所有單色光都位于舌形曲線上，這條曲線就是單色軌跡，曲線旁標(biāo)注的數(shù)字是單色(或稱光譜色)光的波長值；自然界中各種實際顏色都位于這條閉合曲線內(nèi)；RGB系統(tǒng)中選用的物理三基色在色度圖的舌形曲線上。   （二） RGB顏色空間 計算機顏色顯示器顯示顏

5、色的原理與彩色電視機一樣，都是采用R、G、B相加混色的原理，通過發(fā)射出三種不同強度的電子束，使屏幕內(nèi)側(cè)覆蓋的紅、綠、藍磷光材料發(fā)光而產(chǎn)生顏色的。這種顏色的表示方法稱為RGB顏色空間表示。在多媒體計算機技術(shù)中，用得最多的是RGB顏色空間表示（圖06-01-9）。 根據(jù)三基色原理，用基色光單位來表示光的量，則在RGB顏色空間，任意色光F都可以用R、G、B三色不同分量的相加混合而成：   Fr R + g G + b B RGB顏色空間還可以用一個三維的立方體來描述（圖06-02-5）。   圖06-02-5  RGB顏色空間 我們可知自然界中任何一種色光都可由R、G、

6、B三基色按不同的比例相加混合而成，當(dāng)三基色分量都為0（最弱）時混合為黑色光；當(dāng)三基色分量都為k（最強）時混合為白色光。任一顏色F是這個立方體坐標(biāo)中的一點，調(diào)整三色系數(shù)r、g、b中的任一系數(shù)都會改變F的坐標(biāo)值，也即改變了F的色值。RGB顏色空間采用物理三基色表示，因而物理意義很清楚，適合彩色顯像管工作。然而這一體制并不適應(yīng)人的視覺特點。因而，產(chǎn)生了其他不同的顏色空間表示法。 （三）HSI顏色空間 HSI（Hue，Saturation and Intensity）顏色空間是從人的視覺系統(tǒng)出發(fā)，用色調(diào)（Hue）、色飽和度（Saturation或Chroma）和亮度（Intensity或Brightn

7、ess）來描述顏色。HSI顏色空間可以用一個圓錐空間模型來描述（圖06-02-6）。  圖06-02-6 HSI顏色圓錐空間模型 用這種描述HIS顏色空間的圓錐模型相當(dāng)復(fù)雜，但確能把色調(diào)、亮度和色飽和度的變化情形表現(xiàn)得很清楚。其中： （A）HSI圓錐空間模型 （B）線條示意圖：圓錐上亮度、色度和飽和度的關(guān)系。 （C）縱軸表示亮度：亮度值是沿著圓錐的軸線度量的，沿著圓錐軸線上的點表示完全不飽和的顏色，按照不同的灰度等級，最亮點為純白色、最暗點為純黑色。 （D）圓錐縱切面：描述了同一色調(diào)的不同亮度和飽和度關(guān)系。 （E）圓錐橫切面：色調(diào)H為繞著圓錐截面度量的色環(huán)，圓周上的顏色為完全飽和的純

8、色，色飽和度為穿過中心的半徑橫軸。 通常把色調(diào)和飽和度通稱為色度，用來表示顏色的類別與深淺程度。由于人的視覺對亮度的敏感程度遠強于對顏色濃淡的敏感程度，為了便于顏色處理和識別，人的視覺系統(tǒng)經(jīng)常采用HSI顏色空間，它比RGB顏色空間更符合人的視覺特性。在圖像處理和計算機視覺中大量算法都可在HSI顏色空間中方便地使用，它們可以分開處理而且是相互獨立的。因此，在HSI顏色空間可以大大簡化圖像分析和處理的工作量。 HSI顏色空間和RGB顏色空間只是同一物理量的不同表示法，因而它們之間存在著轉(zhuǎn)換關(guān)系，如公式所示：  其中 （四）YUV（Lab）顏色空間 在現(xiàn)代彩色電視系統(tǒng)中，通常采用三管彩色攝

9、像機或彩色CCD（電耦合器件）攝像機，它把得到的彩色圖像信號，經(jīng)分色、分別放大校正得到RGB，再經(jīng)過矩陣變換電路得到亮度信號Y和兩個色差信號RY、BY，最后發(fā)送端將亮度和色差三個信號分別進行編碼，用同一信道發(fā)送出去。這就是我們常用的YUV顏色空間。 采用YUV顏色空間的重要性是它的亮度信號Y和色度信號U、V是分離的。如果只有Y信號分量而沒有U、V分量，那么這樣表示的圖就是黑白灰度圖。彩色電視采用YUV空間正是為了用亮度信號Y解決彩色電視機與黑白電視機的兼容問題，使黑白電視機也能接收彩色信號。 根據(jù)美國國家電視制式委員會NTSC制式的標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)白光的亮度用Y來表示時，它和紅、綠、藍三色光的關(guān)系可用

10、如下式的方程描述：   Y0.3 R + 0.59 G + 0.11B 這就是常用的亮度公式。色差U、V是由BY、RY按不同比例壓縮而成的。YUV顏色空間與RGB顏色空間的轉(zhuǎn)換關(guān)系如下：   如果要由YUV空間轉(zhuǎn)化成RGB空間，只要進行相應(yīng)的逆運算即可。 與YUV顏色空間類似的還有Lab顏色空間，它也是用亮度和色差來描述顏色分量，其中L為亮度、a和b分別為各色差分量。 （五）CMY顏色空間 彩色印刷或彩色打印的紙張是不能發(fā)射光線的，因而印刷機或彩色打印機就只能使用一些能夠吸收特定的光波而反射其他光波的油墨或顏料。油墨或顏料的3基色是青（Cyan）、品紅（Magenta）和黃

11、（Yellow），簡稱為CMY。青色對應(yīng)藍綠色，品紅對應(yīng)紫紅色。理論上說，任何一種由顏料表現(xiàn)的顏色都可以用這三種基色按不同的比例混合而成，這種顏色表示方法稱CMY顏色空間表示法。彩色打印機和彩色印刷系統(tǒng)都采用CMY顏色空間。 用CMY模型產(chǎn)生的顏色被稱為相減色，是因為它減少了為視覺系統(tǒng)識別顏色所需要的反射光。在CMY相減混色中，三基色等量相減時得到黑色；等量黃色(Y)和品紅(M)相減而青色(C)為0時，得到紅色(R)；等量青色(C)和品紅(M)相減而黃色(Y)為0時，得到藍色(B)；等量黃色(Y)和青色(C)相減而品紅(M)為0時，得到綠色(G)。這些三基色相減結(jié)果如圖06-02-7所示。 圖

12、06-02-7 三基色相減 CMY空間正好與RGB空間互補，也即用白色減去RGB空間中的某一顏色值就等于同樣顏色在CMY空間中的值。RGB空間與CMY空間的互補關(guān)系如表06-02-1所示。表06-02-1 RGB空間與CMY空間的互補關(guān)系RGB相加混色 CMY相減混色 對應(yīng)顏色 0 0 0 1 1 1   0 0 1 1 1 0   0 1 0 1 0 1   0 1 1 1 0 0   1 0 0 0 1 1   1 0 1 0 1 0   1 1 0 0 0 1   1 1 1 0 0 0   根據(jù)這個原理，很

13、容易把RGB空間轉(zhuǎn)換成CMY空間。由于彩色墨水和顏料的化學(xué)特性，用等量的CMY三基色得到的黑色不是真正的黑色，因此在印刷術(shù)中常加一種真正的黑色（black ink），所以CMY又寫成CMYK。 實際應(yīng)用中，一幅圖像在計算機中用RGB空間顯示；用RGB或SHI空間編輯處理；打印輸出時要轉(zhuǎn)換成CMY空間；如果要印刷，則要轉(zhuǎn)換成CMYK四幅印刷分色圖，用于套印彩色印刷品。 （六）YIQ模型 YIQ模型與YUV模型非常類似，是在彩色電視制式中使用的另一種重要的顏色模型，NTSC彩色電視制式中使用。這里的Y表示亮度，I、Q是兩個彩色分量。YIQ和 RGB的對應(yīng)關(guān)系用下面的方程式表示：   Y = 0.299R + 0.587G + 0.114B   I = 0.596R - 0.275G - 0.321B   Q = 0.212R - 0.523G + 0.311B 或者寫成矩陣的形式，   （七）YCrCb模型 YCrCb模型適用于計算機用的顯示器。它也是使用Y、Cr和Cb來