颜色空间之CIE、CMYK、HSI色度模型

颜色空间之CIE、CMYK、HSI色度模型
分类： 图像处理
国际照明委员会（CIE，Commission Internationale de L'Eclairage / International）的色度模型是最早使用的模型之一。

它是三维模型，其中，x和y两维定义颜色，第3维定义亮度。

CIE在1976年规定了两种颜色空间。

一种是用于自照明的颜色空间，叫做CIE LUV，如下图：
CIE 1976年 LUV色度图
另 一种用于非自照明的颜色空间，叫做CIE 1976 L*a*b，或者叫做CIE LAB。

CIE LAB 系统使用的坐标叫做对色坐标(opponent color coordinate)，如下图所示。

CIE LAB使用b*，a*和L*坐标轴定义CIE颜色空间。

其中，L*值代表光亮度，其值从0（黑色）到100（白色）。

b*和a*代表色度坐标，其中a*代 表红-绿轴，b*代表黄-蓝轴，它们的值从0到10。

a*=b*=0表示无色，因此L*就代表从黑到白的比例系数。

使用对色坐标（opponet color coordinate）的想法来自这样的概念：颜色不能同时是红和绿，或者同时是黄和蓝，但颜色可以被认为是红和黄、红和蓝、绿和黄以及绿和蓝的组合。

CIE LAB颜色空间
CIE xyY色度图是从XYZ直接导出的一个颜色空间，它使用亮度Y 参数和颜色坐标x, y来描述颜色。

xyY中的Y值与XYZ中的Y刺激值一致，表示颜色的亮度或者光亮度，颜色坐标x, y用来在二维图上指定颜色，这种色度图叫做CIE 1931色度图(CIE 1931 Chromaticity Diagram)，如下图(a)所示，图(b)为轮廓图。

例如图(a)的A点在色度图上的坐标是x＝0.4832，y＝0.3045，那么它的颜色与红苹 果的颜色相匹配。

CIE 1931色度图是用标称值表示的CIE色度图，x表示红色分量，y表示绿色分量。

E点代表白光，它的坐标为(0.33，0.33)；环绕在颜色空间边沿的 颜色是光谱色，边界代表光谱色的最大饱和度，边界上的数字表示光谱色的波长，其轮廓包含所有的感知色调。

所有单色光都位于舌形曲线上，这条曲线就是单色轨 迹，曲线旁标注的数字是单色(或称光谱色)光的波长值；自然界中各种实际颜色都位于这条闭合曲线内；RGB系统中选用的物理三基色在色度图的舌形曲线上。

颜色空间之CMYK
CMYK(cyan,magenta,yellow)颜色空间应用于印刷工业,印刷业通过青(C)、品(M)、黄(Y)三原色油墨的不同 网点面积率的叠印来表现丰富多彩的颜色和阶调，这便是三原色的CMY颜色空间。

实际印刷中，一般采用青 (C)、品(M)、黄(Y)、黑(BK)四色印刷，在印刷的中间调至暗调增加黑版。

当红绿蓝三原色被混合时，会产生白色，但是当混合蓝绿色、紫红色和黄色三原色时会产生黑色。

既然实际用的墨水并不会产生纯正的颜色， 黑色是包括在分开的颜色，而这模型称之为CMYK。

CMYK颜色空间是和设备或者是印刷过程相关的，则工艺方
法、 油墨的特性、纸张的特性等，不同的条件有不同的印刷结果。

所以CMYK 颜色空间称为与设备有关的表色空间。

而且，CMYK具有多值性，也就是说对同一种具有相同绝对色度的颜色，在相同的印刷过程前提下，可以用分种 CMYK 数字组合来表示和印刷出来。

这种特性给颜色管理带来了很多麻烦，同样也给控制带来了很多的灵活性。

在印刷过程中，必然要经过一个分色的过程，所谓分色就是将计算机中使 用的RGB颜色转换成印刷使用的CMYK 颜色。

在转换过程中存在着两个复杂的问题，其一是这两个颜色空间在表现颜色的范围上不完全一样，RGB的 色域较大而CMYK则较小，因此就要进行色域压缩；其二是这两个颜色都是和具体的设备相关的，颜色本身没有绝对性。

因此就需要通过一个与设备无关的颜色空间来进行转换，即可以通过以上介绍的XYZ或LAB色空间来进行转换。

CMYK与CMY之间得转换关系为：
[cpp] view plaincopy
1.// CMY -> CMYK：
2.K = min(C, M, Y);
3.if(K >= 255)
4. C = M = Y = 0;
5.else
6.{
7. float K1 = 255 – K;
8. C = 255 * (C – K) / K1;
9. M = 255 * (M – K) / K1;
10. Y = 255 * (Y – K) / K1;
11.}
12.
13.// CMYK -> CMY：
14.K1 = 1 – K / 255.0f;
15.C = C * K1 + K;
16.M = M * K1 + K;
17.Y = Y * K1 + K;
CMYK与RGB之间得转换关系为：
[cpp] view plaincopy
1.// RGB -> CMYK：
2.K = min(255 - R, 255 - G, 255 - B);
3.if(K >= 255)
4. C = M = Y = 0;
5.else
6.{
7. float K1 = 255 – K;
8. C = 255 * (255 - R – K) / K1;
9. M = 255 * (255 - G – K) / K1;
10. Y = 255 * (255 - B – K) / K1;
11.}
12.
13.// CMYK -> RGB：
14.K1 = 1 – K / 255.0f;
15.R = 255 – (C * K1 + K);
16.G = 255 – (M * K1 + K);
17.B = 255 – (Y * K1 + K);
颜色空间之HSI
分类： 图像处理 2010-12-16 20:30 2102人阅读 评论(2) 收藏 举报
图像处理算法工作
HSI色彩空间是从人的视觉系统出发，用色调(Hue)、色饱和度(Saturation 或Chroma)和亮度 (Intensity或Brightness)来描述色彩。

HSI色彩空间可以用一个圆锥空间模型来描述。

用这种描述HIS色彩空间的圆锥模型相当复杂，但确能把色调、亮度和色饱和度的变化情形表现得很清楚。

通常把色调和饱和度通称为色度，用来表示颜色的类别与深浅程度。

由于人的视觉对亮度的敏感 程度远强于对颜色浓淡的敏感程度，为了便于色彩处理和识别，人的视觉系统经常采用HSI色彩空间，它比RGB色彩空间更符合人的视觉特性。

在图像处理和计算机视觉中大量算法都可在HSI色彩空间中方便地使用，它们可以分开处理而且是相互独立的。

因此，在HSI色彩空间可以大大简化图像分析和处理的工作量。

HSI色彩空间和RGB色彩空间只是同一物理量的不同表示法，因而它们之间存在着转换关系。

RGB -> HSI：
HSI -> RGB：
其中R = 255 * r; G = 255 * g; B = 255 * b。