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(guó)際照明委員會(huì)（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(duì)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(lán)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(duì)色坐標(biāo)（opponet color coordinate）的想法來自這樣的概念：顏色不能同時(shí)是紅和綠，或者同時(shí)是黃和藍(lán)，但顏色可以被認(rèn)為是紅和黃、紅和藍(lán)、綠和

3、黃以及綠和藍(lán)的組合。 圖06-02-3 CIE LAB 顏色空間   CIE XYZ 是國(guó)際照明委員會(huì)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(lán)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(diǎn)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(diǎn)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(zhǎng)，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(zhǎng)值；自然界中各種實(shí)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(jì)算機(jī)顏色顯示器顯示顏

5、色的原理與彩色電視機(jī)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(qiáng)度的電子束，使屏幕內(nèi)側(cè)覆蓋的紅、綠、藍(lán)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(jì)算機(jī)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(gè)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(shí)混合為黑色光；當(dāng)三基色分量都為k（最強(qiáng)）時(shí)混合為白色光。任一顏色F是這個(gè)立方體坐標(biāo)中的一點(diǎn)，調(diào)整三色系數(shù)r、g、b中的任一系數(shù)都會(huì)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(diǎn)。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(gè)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(diǎn)表示完全不飽和的顏色，按照不同的灰度等級(jí)，最亮點(diǎn)為純白色、最暗點(diǎn)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(duì)亮度的敏感程度遠(yuǎn)強(qiáng)于對(duì)顏色濃淡的敏感程度，為了便于顏色處理和識(shí)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(jì)算機(jī)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(dú)立的。因此，在HSI顏色空間可以大大簡(jiǎn)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(jī)或彩色CCD（電耦合器件）攝像機(jī)，它把得到的彩色圖像信號(hào)，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(hào)Y和兩個(gè)色差信號(hào)RY、BY，最后發(fā)送端將亮度和色差三個(gè)信號(hào)分別進(jìn)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(hào)Y和色度信號(hào)U、V是分離的。如果只有Y信號(hào)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(hào)Y解決彩色電視機(jī)與黑白電視機(jī)的兼容問題，使黑白電視機(jī)也能接收彩色信號(hào)。 根據(jù)美國(guó)國(guó)家電視制式委員會(huì)NTSC制式的標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)白光的亮度用Y來表示時(shí)，它和紅、綠、藍(lán)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(jìn)行相應(yīng)的逆運(yùn)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(jī)或彩色打印機(jī)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(jiǎn)稱為CMY。青色對(duì)應(yīng)藍(lán)綠色，品紅對(duì)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(jī)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?yàn)樗鼫p少了為視覺系統(tǒng)識(shí)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(shí)得到黑色；等量黃色(Y)和品紅(M)相減而青色(C)為0時(shí)，得到紅色(R)；等量青色(C)和品紅(M)相減而黃色(Y)為0時(shí)，得到藍(lán)色(B)；等量黃色(Y)和青色(C)相減而品紅(M)為0時(shí)，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(bǔ)，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(bǔ)關(guān)系如表06-02-1所示。表06-02-1 RGB空間與CMY空間的互補(bǔ)關(guān)系RGB相加混色 CMY相減混色 對(duì)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(gè)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(shí)際應(yīng)用中，一幅圖像在計(jì)算機(jī)中用RGB空間顯示；用RGB或SHI空間編輯處理；打印輸出時(shí)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(gè)彩色分量。YIQ和 RGB的對(duì)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(jì)算機(jī)用的顯示器。它也是使用Y、Cr和Cb來