颜色空间概述

一、颜色的基本概念

亮度、色调、饱和度

Y亮度：亮度是人眼对被观察物体明亮程度的感觉，主要表现光的强和弱。

H色调：色调是人眼对光源产生的色彩感觉，它反映颜色的种类。

S饱和度：饱和度是指颜色的纯度即掺入白光的程度，表示颜色深浅的程度。例如：红 + 白光 =粉红色饱和度下降

红 + 另一种颜色的光色调发生变化

色调和饱和度通称为——色度。

三基色(RGB)的原理

自然界常见的各种颜色光，都是由红(R)、绿(G)、蓝(B)三种颜色光按不同比例相配而成，同样绝大多数颜色也可以分解成红、绿、蓝三种色光，这就是色度学中最基本的原理—三基色原理（颜色加法）。

红+绿=黄

红+蓝=品红

绿+蓝=青

红+绿+蓝=白

RGB和黑白电视信号不兼容，希望空中发射的信号转换成YUV信号。

亮度Y与RGB的关系如下：

NTSC电视制式：

Y=0.299R+0.587G+0.114B

PAL电视制式的亮度方程为：

Y=0.222R+0.707G+0.071B

二、彩色空间表示

1．RGB彩色空间

一个能发出光波的物体称为有源物体，它的颜色由该物体发出的光波决定，使用RGB相加混合模型。

计算机彩色显示器的输入需要RGB三个分量按不同比例，在显示屏幕上合成所需要的任意颜色。在RGB彩色空间，任意彩色光F的配色方程可表达为：

F = r[R]（红色百分比） +g[G]（绿色百分比） + b[B]（蓝色百分比）

2．CMYK色彩空间

一个能不发光波的物体称为无源物体，它的颜色由该物体吸收或者反射哪些光波决定，使用CMY相减混合模型。

彩色印刷或彩色打印的纸张是不能发射光线的，因而印刷机或彩色打印机就只能使用一些能够吸收特定的光波而反射其它光波的油墨或颜料。

印刷三原色（CMYK模式）：青（Cyan)、品红（Magenta)、黄（Yellow)

组合颜色：青+品红=蓝；品红+黄=红；黄+青=绿；青+黄+品红=黑。

青色，品红，黄色分别是红、绿、蓝三色的补色。

3．YUV和YIQ彩色空间

电视系统中用YUV和YIQ模型来表示的彩色图像。

·PAL彩色电视制式中使用YUV模型：Y表示亮度信号，U、V表示色差信号，UV构成彩色的两个分量。

·NTSC彩色电视制式中使用YIQ模型，Y表示亮度，I、Q是两个彩色分量。YUV 彩色空间特点

·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信号构成的另外两幅单色图是相互独立的。由于Y，U，V是独立的，所以可以对这些单色图分别进行编码。黑白电视机能够接收彩色电视信号也就是利用了YUV分量之间的独立性。

电视系统为什么采用YUV或YIQ模型呢？

·眼对彩色图象细节的分辨本领比对黑白图象低，因此，对色差信号， U , V，可以采用“大面积着色原理”。

大面积着色原理

·用亮度信号Y 传送细节，用色差信号U . V 进行大面积涂色。因此，彩色信号的清晰度由亮度信号的带宽保证，而把色差信号的带宽变窄。正是由于这个原因，在多媒体计算机中，采用了YUV彩色空间，数字化的表示，通常采用Y:U:V = 8:4:4，或者 Y:U:V = 8:2:2。

·例如8:2:2具体的做法是：对亮度信号Y，每个像素都用8位2进制数表示（可以有256级亮度），而U ， V 色差信号每4个像素点用一个8位数表示，即画面的粒子变粗，但这样能够节约存储空间，将一个像素用24为表示压缩

为用12位表示，节约1/2存储空间，而人的眼睛基本上感觉不出这种细节的

损失，这实际上也是图像压缩技术的一种方法。

YIQ彩色空间的优点

·美国，日本等国采用了NTSC制式，选用的是YIQ彩色空间。Y仍为亮度信号，I，Q仍为色差信号，他们与U, V不同，（但可以相互转换）。

优点：

·人眼的彩色视觉的特性表明，人眼分辨红、黄之间颜色变化的能力最强，而

分辨蓝与紫之间颜色变化的能力最弱。通过一定的变化，I对应于人眼最敏感

的色度，而Q对应于人眼最不敏感的色度。这样，传送Q可以用较窄的频宽，而传送分辨率较强的I信号时，可以用较宽的频带。对应于数字化的处理，可

以用不同位数的字节数来记录这些分量。

4．HIS彩色空间

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。这种模型相当复杂，但的确能把色调、亮度和色饱和度的变化情形表现得很清楚。

HSI彩色空间的优点：

·我们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。

·采用HSI彩色空间减少彩色图象处理的复杂性，增加快速性，它更接近人对彩色的认识和解释。例如对色调、饱和度和亮度通过算法进行操作。

在图象处理和计算机视觉中的大量算法，都可以在HIS空间中方便的使用。它们可以分开处理而且是互相独立的，因此HIS彩色空间可以大大简化图像分析和处理的工作量。

三、彩色空间的转换及实现技术

1．RGB与CMYK彩色空间的转换

CMYK为减基色，RGB为加基色，两个空间正好互补，用白色减去RGB空间中的某一彩色值就等于同种颜色在CMYK空间中的值。

红色＋青色＝绿色＋品红＝蓝色＋黄色＝白色

RGB相加混色CMYK相减混色对应色彩

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

2．YUV(YCbCr)、YIQ、HIS与RGB之间的转换

四、彩色电视信号制式

目前各国的电视制式不尽相同，不同制式之间的主要区别在于不同的刷新速度、颜色编码系统和传送频率等。目前世界上常用的电视制式有中国、欧洲使用的PAL制，美国、日本使用的NTSC制及法国等国所使用的SECAM制。

1．NTSC制

NTSC(National Television Standard Committe)是美国国家电视系统委员会在1953年制定的一种兼容的彩色电视制式，是目前常用的视频标准，在美国、日本和其他国家广为使用。它定义了彩色电视机对于所接受的电视信号的解码方式、色彩的处理方式、屏幕的扫描频率。NTSC制规定水平扫描线有625条，以每秒30帧速率传送。NTSC采用隔行扫描方式，每一帧画面由两次扫描完成，每一次扫描画出一个场需要1/60秒,两个场构成一帧。