颜色空间变换

第七章 颜色空间变换
7.1 该用什么颜色空间 7.2 计算机图形颜色空间 7.3 设备无关的颜色空间 7.4 电视系统颜色空间
本章要点
本章选择了几种使用比较普通且与多媒体技术 密切相关的颜色空间，介绍它们之间的转换关系。
各种不同颜色空间之间进行转换的目的各不相 同，有的是为了艺术家选择颜色的方便，有的是为 了减少图像的数据量，有的是为了满足显示系统的 要求。
二、颜色空间的变换问题
线性 光 刺激
(x,y)色 度
感知均 匀
CIE XYZ 3×3
投影 变 换
CIE xyY
极 坐标 CIE L*u*v*
投影 变 换
非线性 变 换
CIE L*a*b*
非线性 变 换
极 坐标
面 向色 调 CIE L*huvCuv CIE L*habCab
线性 RGB
变 换 函数
非线性 R'G'B'
7.2 计算机图形颜色空间
1. RGB到HSV的转换
(1) RGB→HSV (Travis)算法描述 Given RGB values, find the max and min. V = max S = (max-min) / max
If S = 0, H is undefined else
R1 = (max-R) / (max-min) G1 = (max-G) / (max-min) B1 = (max-B) / (max-min) if R = max and G = min, H = 5 + B1 else if R = max and G not= min, H = 1 - G1 else if G = max and B = min, H = R1 + 1 else if G = max and B not=min, H = 3 - B1 else if R = max, H = 3 + G1 else H = 5 - R1 H beHtw=eeHn*060an(dco3n6v0e)rts to degrees so S and V lie between 0 and 1,
础上开发的相加混色颜色空间。主要用于图像显示 系统中。RGB颜色空间是与设备相关的。
CMY(cyan magenta yellow)也是在三基色理论 基础上开发的相减混色颜色空间。该空间主要用在 印刷和打印系统。CMY(K)颜色空间是与设备相关的。
7.1 该用什么颜色空间
2. 计算机图形颜色空间 HSV 、HSL/HLS 、HSI 、HSB 、HCI 、HVC
7.2 计算机图形颜色空间
(2) HSV→RGB (Foley and VanDam)算法描述 if S = 0 and H = undefined, R = G = B = V if H = 360, H = 0 H = H / 60 i = floor(H) f=H-I p = V*(1-S) q = V*(1-(S*f)) t = V*(1 - (S * (1-f))) if i = 0, R = v, G = t, B = p if i = 1, R = q, G = v, B = p if i = 2, R = p, G = v, B = t if i = 3, R = p, G = q, B = v if i = 4, R = t, G = p, B = v if i = 5, R = v, G = p, B = q
(2) CMYK→CMY
Cyan min(1,Cyan (1- Black) Black) Magenta min(1, Magenta (1- Black) Black) Yellow min(1,Yellow (1- Black) Black)
7.2 计算机图形颜色空间
7.1 该用什么颜色空间
类型
RGB型
XYZ型 YUV型
混合型(mixture)
RGB
XYZ
-
Leabharlann Baidu
非线性亮度/色度 (luma/chroma)
-
强度/饱和度/色调 (intensity/saturation/hue )
HSI, HSL, HSV
L*a*b* L*u*v*
YUV YIQ
LCH/CHL
7.1 该用什么颜色空间
YCC等颜色空间是为电视系统开发的。这些颜色空间 是 亮 度 和 色 度 (luminance-chrominance) 分 离 的 电 视 播 送颜色空间。
YUV是PAL和SECAM模拟彩色电视制式采用的 颜色空间，Y表示亮度，UV用来表示色差，U、V是 构成彩色的两个分量。
YIQ 是 NTSC 模 拟 彩 色 电 视 制 式 采 用 的 颜 色 空 间 ， 其中的Y表示亮度，I、Q是两个彩色分量。
3. RGB和CMYK (1) RGB→CMYK
B min(1- R,1- G,1- B) C (1- R - B) /(1- B) M (1- G - B) /(1- B) Y (1- B - B) /(1- B)
7.2 计算机图形颜色空间
(2) CMYK→RGB
R 1- min(1,C *(1- B) B) G 1- min(1, M *(1- B) B) B 1- min(1,Y *(1- B) B)
等都是类似的颜色空间，它们都是从RGB颜色空间 变换而来的，而且都是与设备相关的颜色空间。它 们的优点是指定颜色方式非常直观，很容易选择所 需要的色调(颜色)，稍微调整它的饱和度和亮度就 可改变颜色。它们是一种以色调为基础的颜色空间。
7.1 该用什么颜色空间
3. 电视系统颜色空间 YUV, YIQ, Y‘CbCr/Y’Cb‘Cr’, Y‘PbPr/Y’Pb‘Pr’和
7.1 该用什么颜色空间
从技术上角度区分，颜色空间可考虑分成如下三类： (1)RGB型颜色空间/计算机图形颜色空间：这类模型 主要用于电视机和计算机的颜色显示系统。例如， RGB，HSI, HSL和HSV等颜色空间。 (2) XYZ型颜色空间/CIE颜色空间：这类颜色空间是 由国际照明委员会定义的颜色空间，通常作为国际性 的颜色空间标准，用作颜色的基本度量方法。 (3) YUV型颜色空间/电视系统颜色空间：由广播电视 需求的推动而开发的颜色空间，主要目的是通过压缩 色度信息以有效地播送彩色电视图像。
7.2 计算机图形颜色空间
(2) RGB→HSV(Foley and VanDam)算法描述 max = maximum of RGB min = minimum of RGB V = max S = (max - min) / max if S = 0, H is undefined,
else delta = max-min if R = max, H = (G-b)/delta if G = max, H = 2 + (B-R)/delta if B = max, H = 4 + (R-G)/delta H = H*60 if H < 0, H = H + 360
if main_colour = 0, R = V, G = var3, B = var1 if main_colour = 1, R = var2, G = V, B = var1 if main_colour = 2, R = var1, G = V, B = var3 if main_colour = 3, R = var1, G = var2, B = V if main_colour = 4, R = var3, G = var1, B = V if main_colour = 5, R = V, G = var1, B = var2 where int(x) converts x to an integer value.
7.1 该用什么颜色空间
一、颜色空间的分类问题
从颜色感知的角度来分类，颜色空间可考虑分成如 下三类： (1) 混合(mixture)型颜色空间：按三种基色的比例合 成颜色。例如，RGB，CMY(K)和XYZ等 (2) 非线性亮度/色度(luma/chroma)型颜色空间：用 一个分量表示非色彩的感知，用两个独立的分量表 示色彩的感知。当需要黑白图像时，这样的系统非 常方便。例如，L*a*b, L*u*v，YUV和YIQ等。 (3) 强度/饱和度/色调(intensity/saturation/hue)型颜 色空间：用饱和度和色调描述色彩的感知，可使颜 色的解释更直观，而且对消除光亮度的影响很有用。 例如，HSI, HSL, HSV和LCH等。
YUV表示法的另一个优点是可以利用人眼的特性 来降低数字彩色图像所需要的存储容量。人眼对彩 色细节的分辨能力远比对亮度细节的分辨能力低。
7.2 计算机图形颜色空间
一、RGB, CMY和CMYK
RGB(red，green and blue)和CMY(cyan, magenta and yellow)是最流行的颜色空间，它们都是与设备 相关的颜色空间，前者用在显示器上，后者用在打 印设备上。RGB称为相加混色是因为它使用不同数量 的红、绿和蓝三种基色相加而产生颜色，而CMY称为 相减混色是因为白光中减去不同数量的青、品红和 黄三种颜色而产生颜色。在印刷设备中，黑色分量 加到CMY空间，因此，形成另一种颜色空间，叫做 CMYK(cyan, magenta，yellow and black)。
HSL, HSB 非线性 变 换
图 像编 码 系统
3×3
非线性 Y'CbCr
(1)有些颜 色空间之 间可以直 接变换。
(2) 有些颜色 空间之间 不能直接 变换。
7.1 该用什么颜色空间
三、什么颜色空间适合我
1.RGB与CMY颜色空间 RGB(red，green and blue)是在三基色理论基
7.2 计算机图形颜色空间
2. HSV到RGB的转换 (1) HSV→RGB (Travis)算法描述 Convert H degrees to a hexagon section hex = H / 360 main_colour = int(hex) sub_colour = hex - main_colour var1 = (1-S)*V var2 = (1 -(S * sub_colour)) * V var3 = (1 -(S * (1 - sub_colour))) * V then

1

M

B 1 Y
其中，C、M和Y的取值范围是[0,1]。
7.2 计算机图形颜色空间
2. CMY和CMYK (1) CMY→CMYK
Black min(Cyan, Magenta,Yellow) Cyan (Cyan - Black) /(1- Black) Magenta (Magenta - Black) /(1- Black) Yellow (Yellow - Black) /(1- Black)
7.2 计算机图形颜色空间
1. RGB和CMY (1) RGB→CMY
C 1 R

M


1

G
Y 1 B
其中，R、G和B的取值范围是[0,1]。
7.2 计算机图形颜色空间
(2) CMY→RGB
R 1 C
G

Y'CbCr和Y'PbPr是数字电视采用的标准,
7.1 该用什么颜色空间
无论是数字的还是模拟的颜色空间，这些颜色 空间都把RGB颜色空间分离成亮度和色度，目的是为 了更有效地压缩图像的数据量，以便充分利用传输 通道的带宽或者节省存储容量。这些颜色空间都是 与设备相关的。
7.1 该用什么颜色空间
YUV表示法的重要性是它的亮度信号(Y)和色度 信号(U，V)是相互独立的，也就是Y信号分量构成 的黑白灰度图与用U，V信号构成的两幅单色图是相 互独立的。黑白电视能接收彩色电视信号也就是利 用了YUV分量之间的独立性。
7.2 计算机图形颜色空间
二、HSV和RGB
色调H：用角度度量，取值 范围为0o～360o。从红色开 始按逆时针方向计算，红 色 为 0o ， 绿 色 为 120o, 蓝 色 为240o。它们的补色是：黄 色为60o，青色为180o,品红 为300o。 饱和度S：取值范围为 0.0～1.0。 亮度值V：取值范围为0.0(黑色)～1.0(白色)。