彩色空间_matlab如何将rgb图像转换到lab彩色空间 - CSDN
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  • 常用的颜色空间

    千次阅读 2018-09-08 23:43:05
    颜色空间通常用三个相对独立的属性来描述,三个独立的变量综合作用,自然构成一个空间坐标,这就是颜色空间(颜色模型)。而颜色可以由不同的角度,用三个不同属性加以描述,就产生了不同的颜色空间。但被描述的...

    概述
    颜色空间通常用三个相对独立的属性来描述,三个独立的变量综合作用,自然构成一个空间坐标,这就是颜色空间(颜色模型)。而颜色可以由不同的角度,用三个不同属性加以描述,就产生了不同的颜色空间。但被描述的颜色对象本身是客观的,不同颜色空间只是从不同的角度去衡量同一个对象。

    常见的颜色空间有:
    1、RGB::是最常见的面向硬件设备的彩色模型,它是人的视觉系统密切相连的模型,根据人眼结构,所有的颜色都可以看做是3种基本颜色——红r、绿g、蓝b的不同比例的组合。国际照度委员会CIE规定的红绿蓝三种基本色的波长分别为700nm、546.1nm、435.8nm。
    RGB模型空间是一个正方体,如下图:
    这里写图片描述
    这里写图片描述
    原点对应黑色,离原点最远的顶点对应白色,从黑到白的灰度分布值在体对角线上。

    一般为方便起见,将立方体归一化为单位立方体,这样所有的RGB值都在区间[0,1]之中。根据这个模型,每幅图像包括3个独立的基色平面,每种颜色亮度用0-255表示,3种颜色通道的变化以及他们相互之间的叠加可得到1670多万种颜色(2563=16777216)。

    2、HSV:HSV颜色空间是孟塞尔彩色空间的简化形式,是一种基于感知的颜色模型。它将彩色信号分为3种属性:色调(Hue,H),饱和度(Saturation,S),亮度(Value,V)。色调表示从一个物体反射过来的或透过物体的光波长,也就是说,色调是由颜色的名称来辨别的,如红、黄、蓝;亮度是颜色的明暗程度;饱和度是颜色的深浅,如深红、浅红。
    HSV颜色空间反映了人观察色彩的方式,具有两个显著的特点:

    • 亮度分量与图像的彩色信息无关
    • “色调”和“饱和度”分量与人感受颜色的方式是紧密相连的
      这里写图片描述

    3、YCbCr:YCbCr进行了图像子采样,是视频图像和数字图像中常用的色彩空间。Y代表亮度,Cb和Cr代表蓝色分量和红色分量。该模型的数据可以是双精度类型的,但存储空间为8位无符号整形数据空间。Y的取值范围为16~235,蓝红分量的取值范围为16~240。在通用的图像压缩算法中(如JPEG算法),首要的步骤就是将图像的颜色空间转换为YCbCr空间。

    4、Lab:Lab颜色空间是由CIE(国际照明委员会)制定的一种色彩模式。自然界中任何一点色都可以在Lab空间 中表达出来,它的色彩空间比RGB空间还要大。它是一种设备无关的颜色系统,也是一种基于生理特征的颜色系统。这也就意味着,它是用数字化的方法来描述人的视觉感应。,所以它弥补了RGB和CMYK模式必须依赖于设备色彩特性的不足。 由于Lab的色彩空间要 比RGB模式和CMYK模式的色彩空间大。这就意味着RGB以及CMYK所能描述的色彩信息在Lab空间中都能 得以影射。Lab颜色空间取坐标Lab,其中L亮度;a的正数代表红色,负端代表绿色;b的正数代表黄色, 负端代表兰色(a,b)有L=116f(y)-16, a=500[f(x/0.982)-f(y)], b=200[f(y)-f(z/1.183 )];其中: f(x)=7.787x+0.138, x<0.008856; f(x)=(x)1/3,x>0.008856
    这里写图片描述

    5、YUV:在彩色电视中,用Y、C1, C2彩色表示法分别表示亮度信号和两个色差信号,C1,C2的含义与具体的应用有关。在NTSC彩色电视制中,C1,C2分别表示I、Q两个色差信号;在PAL彩色电视制中,C1,C2分别表示U、V两个色差信号;在CCIR 601数字电视标准中,C1,C2分别表示Cr,Cb两个色差信号。所谓色差是指基色信号中的三个分量信号(即R、G、B)与亮度信号之差。根据美国国家电视制式委员会,NTSC制式的标准,当白光的 亮度用Y来表示时,它和红、绿、蓝三色光的关系可用如下式的方程描述:Y=0.3R+0.59G+0.11B 这就是常用 的亮度公式。色差U、V是由B-Y、R-Y按不同比例压缩而成的。如果要由YUV空间转化成RGB空间,只要进行 相反的逆运算即可。与YUV色彩空间类似的还有Lab色彩空间,它也是用亮度和色差来描述色彩分量,其中L为 亮度、a和b分别为各色差分量。
    例如在PAL彩色电视制中:
    PAL的YUV颜色空间与RGB颜色空间的转换关系如下:
    Y=0.30R+0.59G+0.11B
    U=0.493(B-Y) = -0.15R-0.29G+0.44B
    V=0.877(R-Y) = 0.62R-0.52G-0.10B

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  • 颜色空间

    2014-11-22 18:44:22
    颜色空间   一.概述 颜色通常用三个相对独立的属性来描述,三个独立变量综合作用,自然就构成一个空间坐标,这就是颜色空间(颜色模型)。而颜色可以由不同的角度,用三个一组的不同属性加以描述,就产生了不同...

    颜色空间

     

    一.概述

    颜色通常用三个相对独立的属性来描述,三个独立变量综合作用,自然就构成一个空间坐标,这就是颜色空间(颜色模型)。而颜色可以由不同的角度,用三个一组的不同属性加以描述,就产生了不同的颜色空间。但被描述的颜色对象本身是客观的,不同颜色空间只是从不同的角度去衡量同一个对象。

     

    最常见的几种颜色空间是:

    1. RGB            用于扫描仪和显示设备 、计算机系统

    2. CMYK          用于打印机、印刷出版业

    3. YUV/YIQ    用于视频和电视

    4. HIS/HSB/HSV/HSL

    5. CIE 颜色空间,包括:CIE XYZ,CIE Lab,CIE YUV等颜色空间

     

    二.各颜色空间

    2.1 RGB颜色空间

    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(additive color)

    国际照明委员会(CIE)规定以700nm(红)、546.1nm (绿)、435.8nm (蓝)三个色光为三基色。又称为物理三基色。自然界的所有颜色都可以通过选用这三基色按不同比例混合而成。

    计算机彩色显示器的输入需要RGB三个彩色分量,通过三个分量的不同比例,在显示屏幕上合成所需要的任意颜色。RGB颜色空间的三个分量又称为三个通道,RGB分别反映了颜色在某个通道上的亮度值。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)

    RGB颜色模型是三维直角坐标颜色系统中的一个正方体。
    如下图

    在正方体的主对角线上,各原色的量相等,产生由暗到亮的白色,即灰度。(0,0,0)为黑,(255,255,255)为白,正方体的其他6个角点分别为红、黄、绿、青、蓝和品红。RGB颜色模型构成的颜色空间是CIE原色空间的一个真子集。RGB颜色模型通常用于彩色阴极射线管和彩色光栅图形显示器。RGB三原色是加性原色。

     

    2.2 CMY颜色空间 (cyan,magenta,yellow)

    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Subtractive color

    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。

    油墨或颜料的三基色是青(Cyan)、品红(Magenta)和黄(Yellow),简称为CMY。CMY颜色模型是以红、绿、蓝三色的补色青(Cyan)、品红(Magenta)、黄(Yellow)为原色构成的颜色模型。理论上说,任何一种由颜料表现的色彩都可以用这三种基色按不同的比例混合而成,这种色彩表示方法称CMY色彩空间表示法。彩色打印机和彩色印刷系统都采用CMY色彩空间。

    CMY颜色模型对应的直角坐标系的子空间与RGB颜色模型对应的子空间几乎完全相同。

     

    2.3 YUV/YIQ颜色空间

    在现代彩色电视系统中,通常采用三管彩色摄像机或彩色CCD(点耦合器件)摄像机,它把摄得的彩色图像信号,经分色、分别放大校正得到RGB,再经过矩阵变换电路得到亮度信号Y和两个色差信号RYBY,最后发送端将亮度和色差三个信号分别进行编码,用同一信道发送出去。这就是我们常用的YUV颜色空间。

     

    采用YUV颜色空间的重要性是它的亮度信号Y和色度信号U、V是分离的。如果只有Y信号分量而没有U、V分量,那么这样表示的图就是黑白灰度图。彩色电视采用YUV空间正是为了用亮度信号Y解决彩色电视机与黑白电视机的兼容问题,使黑白电视机也能接收彩色信号。

     

    电视信号在发射时,转换成YUV形式,接受时再还原成RGB三基色信号,由显像管显示(RGBàYUVà编码发送------YUVàRGBà显示)。

     

    2.4 HSI颜色空间 

    HSI色彩空间是从人的视觉系统出发,用色调(Hue)、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。

     

    2.5 CIE颜色模型

    CIE(国际照明委员会)颜色模型包括一系列颜色模型,这些颜色模型是由国际照明委员会提出的,是基于人的眼睛对RGB的反应,被用于精确表示对色彩的接收。

    这些颜色模型被用来定义所谓的独立于设备的颜色。它能够在任何类型的设备上产生真实的颜色,例如:扫描仪、监视器和打印机。这些模型被广泛地使用,因为它们很容易被用于计算机,描述颜色的范围。

    CIE的模型包括:CIE XYZ, CIE L*a*b和 CIE YUV等.

    2.5.1 CIE XYZ

    XYZ三刺激值的概念是以色视觉的三元理论为根据的,它说明人眼具有接受三原色(红、绿、蓝)的接受器,而所有的颜色均被视作该三原色的混合色。1931年CIE制定了一种假想的标准观察者, 
    1931年CIE制定了一种假想的标准观察者,配色函数x(λ),y(λ),z(λ)
    XYZ三刺激值是利用这些标准观察者配色函数计算得来的。 
         在此基础上,CIE于1931年规定了Yxy颜色空间,其中Y为亮度,x,y是从三刺激值XYZ计算得来的色坐标。它代表人类可见的颜色范围。

     

    2.5.2 CIE L*a*b*

    L*a*b*颜色空间是在1976年制定的,它是CIE XYZ颜色模型的改进型,以便克服原来的Yxy颜色空间存在的在x,y色度图上相等的距离并不相当于我们所觉察到的相等色差的问题。它的“L”(明亮度),“a"(绿色到红色)和“b”(蓝色到黄色)代表许多的值。与XYZ比较,CIE L*a*b*颜色更适合于人眼的感觉。利用CIE L*a*b*,颜色的亮度(L)、灰阶和饱和度(a,b)可以单独修正,这样,图像的整个颜色都可以在不改变图像或其亮度的情况下,发生改变。

     

     

    注1.          彩色电视的制式及其颜色空间

     

    电视信号是视频处理的重要信息源。电视信号的标准也称为电视的制式。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。

     

    1NTSC

    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。NTSC制规定:场频为每秒60场,帧频为每秒30帧,扫描线为525行,偶场在前,奇场在后。

    2PAL

    PAL(Phase Alternate Lock)是联邦德国1962年制定的一种兼容电视制式。PAL意指“相位逐行交变”,我国和大部分西欧国家都使用这种制式。PAL制规定,PAL采用隔行扫描方式,PAL制电视的供电频率为50Hz,场频为每秒50场,帧频为每秒25帧,扫描线为625行,奇场在前,偶场在后。

    3SECAM

    SECAM(Sequential Color and Memory)称为顺序传送彩色与存储,是用于法国、俄罗斯及几个东欧国家的彩色电视制式。但基本技术及广播方式与NTSC和PAL有很大的区别。

     

    彩色电视的颜色空间

    在彩色电视中,用YC1, C2彩色表示法分别表示亮度信号和两个色差信号,C1C2的含义与具体的应用有关。在NTSC彩色电视制中,C1,C2分别表示IQ两个色差信号;在PAL彩色电视制中,C1,C2分别表示UV两个色差信号;在CCIR 601数字电视标准中,C1,C2分别表示CrCb两个色差信号。所谓色差是指基色信号中的三个分量信号(即R、G、B)与亮度信号之差。

     

    NTSC的YIQ颜色空间与RGB颜色空间的转换关系如下:

    Y=0.30R+0.59G+0.11B 
    I=0.74(R-Y)-0.27(B-Y) = 0.60R+0.28G+0.32B 
    Q=0.48(R-Y)-0.27(B-Y) = 0.21R+0.52G+0.31B

    PAL的YUV颜色空间与RGB颜色空间的转换关系如下:
    Y=0.30R+0.59G+0.11B 
    U=0.493(B-Y) = -0.15R-0.29G+0.44B 
    V=0.877(R-Y) = 0.62R-0.52G-0.10B

     

    视频图像采样

    模拟视频的数字化包括不少技术问题,如电视信号具有不同的制式而且采用复合的YUV信号方式,而计算机工作在RGB空间;电视机是隔行扫描,计算机显示器大多逐行扫描;电视图像的分辨率与显示器的分辨率也不尽相同等等。因此,模拟视频的数字化主要包括色彩空间的转换、光栅扫描的转换以及分辨率的统一。

    模拟视频一般采用分量数字化方式,先把复合视频信号中的亮度和色度分离,得到YUV或YIQ分量,然后用三个模/数转换器对三个分量分别采样并进行数字化,最后再转换成RGB空间。 
    1、图像子采样

    对彩色电视图像进行采样时,可以采用两种采样方法。一种是使用相同的采样频率对图像的亮度信号(Y)和色差信号(Cr,Cb)进行采样,另一种是对亮度信号和色差信号分别采用不同的采样频率进行采样。如果对色差信号使用的采样频率比对亮度信号使用的采样频率低,这种采样就称为图像子采样(subsampling)。由于人的视觉对亮度信号的敏感度高于对色差的敏感度,这样做利用人的视觉特性来节省信号的带宽和功率,通过选择合适的颜色模型,可以使两个色差信号所占的带宽明显低于Y的带宽,而又不明显影响重显彩色图像的观看。

    目前使用的子采样格式有如下几种:
      (1) 4:4:4 这种采样格式不是子采样格式,它是指在每条扫描线上每4个连续的采样点取4个亮度Y样本、4个红色差Cr样本和4个蓝色差Cb样本,这就相当于每个像素用3个样本表示。
      (2) 4:2:2 这种子采样格式是指在每条扫描线上每4个连续的采样点取4个亮度Y样本、2个红色差Cr样本和2个蓝色差Cb样本,平均每个像素用2个样本表示。
      (3) 4:1:1 这种子采样格式是指在每条扫描线上每4个连续的采样点取4个亮度Y样本、1个红色差Cr样本和1个蓝色差Cb样本,平均每个像素用1.5个样本表示。
      (4) 4:2:0 这种子采样格式是指在水平和垂直方向上每2个连续的采样点上取2个亮度Y样本、1个红色差Cr样本和1个蓝色差Cb样本,平均每个像素用1.5个样本表示。

     

    注2.          各颜色空间的相互转换

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  • 颜色空间总结

    万次阅读 2018-06-19 14:22:17
    颜色空间总结RGB、HSV、YUV转自 http://blog.csdn.net/lg1259156776/。 https://blog.csdn.net/LG1259156776/article/details/48317339什么是颜色Wiki是这样说的:颜色或色彩是通过眼、脑和我们的生活经验所产生的一...

    颜色空间总结

    RGB、HSV、YUV,LAB


    转自 http://blog.csdn.net/lg1259156776/。  https://blog.csdn.net/LG1259156776/article/details/48317339

    什么是颜色

    Wiki是这样说的:颜色或色彩是通过眼、脑和我们的生活经验所产生的一种对光的视觉效应。嗯,简单点说,颜色就是人对光的一种感觉,由大脑产生的一种感觉。感觉是一个很主观的东西,你怎么确定你看到的红色和我看到的是一样的呢?这个视频解释的很不错。我们需要先假设正常人对于同一种光产生的感觉基本是一致的,讨论才能继续下去。

    人的视网膜上布满了感光细胞,当有光线传入人眼时,这些细胞就会将刺激转化为视神经的电信号,最终在大脑得到解释。视网膜上有两类感光细胞:视锥细胞和视杆细胞。

    视锥细胞大都集中在视网膜的中央,每个视网膜大概有700万个左右。每个视锥细胞包含有一种感光色素,分别对红、绿、蓝三种光敏感。这类细胞能在较明亮的环境中提供辨别颜色和形成精细视觉的功能。


    视杆细胞分散分布在视网膜上,每个视网膜大概有1亿个以上。这类细胞对光线更为敏感(敏感程度是视锥细胞的100多倍),一个光子就足以激发它的活动。视杆细胞不能感受颜色、分辨精细的空间,但在较弱的光线下可以提供对环境的分辨能力(比如夜里看到物体的黑白轮廓)。

    当一束光线进入人眼后,视细胞会产生4个不同强度的信号:三种视锥细胞的信号(红绿蓝)和视感细胞的信号。这其中,只有视锥细胞产生的信号能转化为颜色的感觉。三种视锥细胞(S、M和L类型)对波长长度不同的光线会有不同的反应,每种细胞对某一段波长的光会更加敏感,如下图。这些信号的组合就是人眼能分辨的颜色总和。 
    三种视锥细胞(S、M和L类型)对单色光谱刺激的反应,横坐标为光的波长,纵坐标为产生信号的强度 
    此处输入图片的描述


    这里有一个重要的理论:我们可以用3种精心选择的单色光来刺激视锥细胞,模拟出人眼所能感知的几乎所有的颜色(例如红绿光的混合光,和单色黄光,刺激视锥细胞产生的视神经信号是等效的),这就是三色加法模型。所以说”三原色”的原理是由生理因素造成的。


    颜色的数字化

    根据上面的理论,只需要选定三原色,并且对三原色进行量化,那就可以将人的颜色知觉量化为数字信号了。三色加法模型中,如果某一种颜色(C),和另外一种三色混合色,给人的感觉相同时,这三种颜色的份量就称为该颜色(C)的三色刺激值。对于如何选定三原色、如何量化、如何确定刺激值等问题,国际上有一套标准——CIE标准色度学系统。

    CIE(国际照明委员会)是位于欧洲的一个国际学术研究机构,1931年,CIE在会议上根据之前的实验成果提出了一个标准——CIE1931-RGB标准色度系统。

    CIE1931-RGB系统选择了700nm(R) 546.1nm(G) 435.8nm(B) 三种波长的单色光作为三原色。之所以选这三种颜色是因为比较容易精确地产生出来(汞弧光谱滤波产生,色度稳定准确)。

    此处输入图片的描述 
    从上图可以看到,三个颜色的刺激值R、G、B如何构成某一种颜色:例如580nm左右(红绿线交叉点)的黄色光,可以用1:1(经过亮度换算..)的红绿两种原色混合来模拟. 
    如果要根据三个刺激值R、G、B来表现可视颜色,绘制的可视图形需要是三维的。为了能在二维平面上表现颜色空间,这里需要做一些转换。颜色的概念可以分为两部分:亮度(光的振幅,即明暗程度)、色度(光的波长组合,即具体某种颜色)。我们将光的亮度(Y)变量分离出来,之后用比例来表示三色刺激值: 

    r=RR+G+Bg=GR+G+Bb=BR+G+Br=RR+G+Bg=GR+G+Bb=BR+G+B

    这样就能得出r+g+b=1。由此可见,色度坐标r、g、b中只有两个变量是独立的。这样我们就把刺激值R、G、B转换成r、g、Y(亮度)三个值,把r、g两个值绘制到二维空间得到的图就是色域图。 
    此处输入图片的描述 
    上图中,马蹄形曲线就表示单色的光谱(即光谱轨迹)。例如540nm的单色光,可以看到由r=0、g=1、b=(1-r-g)=0三个原色的分量组成。再例如380-540nm波段的单色光,由于颜色匹配实验结果中红色存在负值的原因,该段色域落在了r轴的负区间内。自然界中,人眼可分辨的颜色,都落在光谱曲线包围的范围内。

    CIE1931-RGB标准是根据实验结果制定的,出现的负值在计算和转换时非常不便。CIE假定人对色彩的感知是线性的,因此对上面的r-g色域图进行了线性变换,将可见光色域变换到正数区域内。CIE在CIE1931-RGB色域中选择了一个三角形,该三角形覆盖了所有可见色域,之后将该三角形进行如下的线性变换,将可见色域变换到(0,0)(0,1)(1,0)的正数区域内。即假想出三原色X、Y、Z,它们不存在于自然界中,但更方便计算。 

    XYZ=1b21b11b21b31b12b22b32b13b23b33RGB=10.176970.490.176970.000.310.812400.010.200.010630.99RGB[XYZ]=1b21[b11b12b13b21b22b23b31b32b33][RGB]=10.17697[0.490.310.200.176970.812400.010630.000.010.99][RGB]

    得到的结果就是下图: 
    此处输入图片的描述 
    注意这里的颜色只是示意,事实上没有设备能完全还上面所有的自然色域

    这个图有些有意思的性质:

    该色度图所示意的颜色包含了一般人可见的所有颜色,即人类视觉的色域。色域的马蹄形弧线边界对应自然界中的单色光。色域下方直线的边界只能由多种单色光混合成。 
    在该图中任意选定两点,两点间直线上的颜色可由这两点的颜色混合成。给定三个点,三点构成的三角形内颜色可由这三个点颜色混合成。 
    给定三个真实光源,混合得出的色域只能是三角形(例如液晶显示器的评测结果),绝对不可能完全覆盖人类视觉色域。 
    这就是CIE1931-XYZ标准色度学系统。该系统是国际上色度计算、颜色测量和颜色表征的统一标准,是几乎所有测色仪器的设计与制造依据。


    常见颜色模型

    颜色模型就是描述用一组数值来描述颜色的数学模型。例如coding时最常见的RGB模型,就是用RGB三个数值来描述颜色。通常颜色模型分为两类:设备相关和设备无关。

    设备无关的颜色模型:这类颜色模型是基于人眼对色彩感知的度量建立的数学模型,例如上面提到的CIE-RGB、CIE-XYZ颜色模型,再比如由此衍生的CIE-xyY、CIE-L*u*v、CIE-L*a*b等颜色模型。这些颜色模型主要用于计算和测量。

    设备相关的颜色模型:以最长见的RGB模型为例,一组确定的RGB数值,在一个液晶屏上显示,最终会作用到三色LED的电压上。这样一组值在不同设备上解释时,得到的颜色可能并不相同。再比如CMYK模型需要依赖打印设备解释。常见的设备相关模型有:RGB、CMYK、YUV、HSL、HSB(HSV)、YCbCr等。这类颜色模型主要用于设备显示、数据传输等。

    下面就对这些颜色模型一一作出解释。

    CIE-RGB

    正如上面写的,这个模型是由真实的人眼颜色匹配实验得出的模型,RGB分别表示那三个固定波长的光的份量。 
    此处输入图片的描述

    CIE-XYZ

    上面也有,就是根据CIE-RGB进行变换得到的颜色模型,XYZ分别表示三个假想色的光的份量。通常简写为XYZ颜色模型。 
    此处输入图片的描述

    CIE-Yxy

    该模型由CIE-XYZ衍生得来。其中x=XX+Y+Z,y=YX+Y+Zx=XX+Y+Z,y=YX+Y+Z, Yxy中的Y表示光的亮度。这个模型投影到x-y平面上即上面的CIE1931-XYZ色度图。其中x、y分量的取值范围是[0,1]。有时该模型也被称作CIE-xyY。 
    此处输入图片的描述 
    还有许多,不再详尽说明。


    RGB

    最常见的颜色模型,设备相关。三个数值代表R、G、B分量,取值均为[0,255]。 
    此处输入图片的描述 
    通常设备(例如笔记本的液晶显示屏)能表现的色域大概是下面这样。 
    此处输入图片的描述

    CMYK、CMY

    这个颜色模型常用于印刷出版。CMYK表示青(Cyan)品红(Magenta)黄(Yellow)黑(BlacK)四种颜料。由于颜料的特性,该模型也是与设备相关的。相对于RGB的加色混色模型,CMY是减色混色模型,颜色混在一起,亮度会降低。之所以加入黑色是因为打印时由品红、黄、青构成的黑色不够纯粹。 
    此处输入图片的描述 
    通常其能表现的色域很小,如下图。 
    此处输入图片的描述

    HSL、HSV

    HSL和HSV的颜色模型比较相近,它们用来描述颜色相对于RGB等模型显得更加自然。电脑绘画时,这两个模型非常受到欢迎。

    HSL和HSV中,H都表示色相(Hue)。通常该值取值范围是[0°,360°],对应红橙黄绿青蓝紫-红这样顺序的颜色,构成一个首尾相接的色相环。色相的物理意义就是光的波长,不同波长的光呈现了不同的色相。

    HSL和HSV中,S都表示饱和度(Saturation)(有时也称为色度、彩度)即色彩的纯净程度。例如龙袍的金黄色饱和度就比屎黄色高。对应到到物理意义上:即一束光可能由很多种不同波长的单色光构成,波长越多越分散,则色彩的纯净程度越低,而单色的光构成的色彩纯净度就很高。

    两个颜色模型不同的就是最后一个份量。 
    HSL中的L表示亮度(Lightness/Luminance/Intensity)。根据缩写不同HSL有时也称作HLS或HSI(就是说HSL、HLS、HSI是一回事)。 
    HSV中的V表示明度(Value/Brightness)。根据缩写不同,HSV有时也被称作HSB(就是说HSV和HSB是一回事)。

    至于亮度和明度的区别,可以看下面的图。一种纯色的明度是白色的明度,而纯色的亮度等于中灰色的亮度。 
    此处输入图片的描述 
    下面的图能更好的对比HSL和HSV的区别:在圆柱体外围是纯色(红黄绿蓝紫…)HSL中,这圈纯色位于亮度(L)等于1/2的部位,而在HSV中是在明度(Value)等于1的部位。 
    此处输入图片的描述 
    将上面的圆柱体裁掉无用的部分,得到的是如下的锥形,就能更明显的看出HSL和HSV的区别了。 
    此处输入图片的描述

    YUV、YCbCr(YCC)、YPbPr、YDbDr、YIQ

    这些颜色模型大都是用在电视系统、数位摄影等地方。其中的Y分量都表示的是明亮度(Luminance、Luma)。

    YUV颜色模型中,U、V表示的是色度(Chrominance/Chroma)。YUV是欧洲电视系统所采用的颜色模型(属于PAL制式),颜色被分为一个亮度信号和两个色差信号进行传输。

    YCbCr(简称YCC)中,Cb和Cr蓝色(blue)和红色(red)的色度。YCbCr是YUV的压缩和偏移的版本。

    YPbPr类似YCbCr,与之不同的是,YPbPr选用的CIE色度坐标略有不同。一般SDTV传输的色差信号被称作Cb、Cr,而HDTV传输的色差信号被称作Pb、Pr。

    YDbDr也类似YCbCr,同样也是色度坐标不同。YDbDr是SECAM制式电视系统所用的颜色模型。

    YIQ也和上面的类似。。是用在了NTSC制式的的电视系统里。 
    此处输入图片的描述
    全球电视系统制式分布,PAL用YUV、SECAM用YDbDr、NTSC用YIQ


    下面再说一些人听懂的话: 
    YCbCr颜色空间,也就是YUV,YUV主要用于优化彩色视频信号的传输,使其向后相容老式黑白电视。与RGB视频信号传输相比,它最大的优点在于只需占用极少的频宽(RGB要求三个独立的视频信号同时传输)。其中“Y”表示明亮度(Luminance或Luma),也就是灰阶值;而“U”和“V” 表示的则是色度(Chrominance或Chroma),作用是描述影像色彩及饱和度,用于指定像素的颜色。“亮度”是透过RGB输入信号来建立的,方法是将RGB信号的特定部分叠加到一起。“色度”则定义了颜色的两个方面─色调与饱和度,分别用Cr和CB来表示。其中,Cr反映了GB输入信号红色部分与RGB信号亮度值之间的差异。而CB反映的是RGB输入信号蓝色部分与RGB信号亮度值之同的差异。 
      采用YUV色彩空间的重要性是它的亮度信号Y和色度信号U、V是分离的。如果只有Y信号分量而没有U、V分量,那么这样表示的图像就是黑白灰度图像。彩色电视采用YUV空间正是为了用亮度信号Y解决彩色电视机与黑白电视机的兼容问题,使黑白电视机也能接收彩色电视信号。 
       
      Y代表的灰度级较高,而CrCb则相对灰度值要少些。 
    这里写图片描述 
    从上图可以看出区别,Y对应的就是灰度或者说是亮度,而Cb、Cr则相对灰度级较少,人眼分辨差异较大。


    补充:

    YCrCb即YUV,主要用于优化彩色视频信号的传输,使其向后相容老式黑白电视。与RGB视频信号传输相比,它最大的优点在于只需占用极少的频宽(RGB要求三个独立的视频信号同时传输)。其中“Y”表示明亮度(Luminance或Luma),也就是灰阶值;而“U”和“V” 表示的则是色度(Chrominance或Chroma),作用是描述影像色彩及饱和度,用于指定像素的颜色。“亮度”是透过RGB输入信号来建立的,方法是将RGB信号的特定部分叠加到一起。“色度”则定义了颜色的两个方面─色调与饱和度,分别用Cr和CB来表示。其中,Cr反映了RGB输入信号红色部分与RGB信号亮度值之间的差异。而CB反映的是RGB输入信号蓝色部分与RGB信号亮度值之间的差异。   采用YUV色彩空间的重要性是它的亮度信号Y和色度信号U、V是分离的。如果只有Y信号分量而没有U、V分量,那么这样表示的图像就是黑白灰度图像。彩色电视采用YUV空间正是为了用亮度信号Y解决彩色电视机与黑白电视机的兼容问题,使黑白电视机也能接收彩色电视信号。   

    YUV与RGB相互转换的公式如下(RGB取值范围均为0-255)︰  

     Y = 0.299R + 0.587G + 0.114B   

       U = -0.147R - 0.289G + 0.436B   

       V = 0.615R - 0.515G - 0.100B   

       R = Y + 1.14V

       G = Y - 0.39U - 0.58V   

       B = Y + 2.03U   

    在DirectShow中,常见的RGB格式有RGB1、RGB4、RGB8、RGB565、RGB555、RGB24、RGB32、ARGB32等;常见的YUV格式有YUY2、YUYV、YVYU、UYVY、AYUV、Y41P、Y411、Y211、IF09、IYUV、YV12、YVU9、YUV411、YUV420等。   

    在人脸检测中也常常用到YCrCb空间,因为一般的图像都是基于RGB空间的,在RGB空间里人脸的肤色受亮度影响相当大,所以肤色点很难从非肤色点中分离出来,也就是说在此空间经过处理后,肤色点是离散的点,中间嵌有很多非肤色,这为肤色区域标定(人脸标定、眼睛等)带来了难题。如果把RGB转为YCrCb空间的话,可以忽略Y(亮度)的影响,因为该空间受亮度影响很小,肤色会产生很好的类聚。

    这样就把三维的空间将为二维的CrCb,肤色点会形成一定得形状,如:人脸的话会看到一个人脸的区域,手臂的话会看到一条手臂的形态,对处理模式识别很有好处,根据经验某点的CrCb值满足:133≤Cr≤173,77≤Cb≤127 那么该点被认为是肤色点,其他的就为非肤色点。


    Lab颜色

    RGB颜色空间相比,Lab是一种不常用的色彩空间。它是在1931年国际照明委员会(CIE)制定的颜色度量国际标准的基础上建立起来的。1976年,经修改后被正式命名为CIELab。它是一种设备无关的颜色系统,也是一种基于生理特征的颜色系统。这也就意味着,它是用数字化的方法来描述人的视觉感应。Lab颜色空间中的L分量用于表示像素的亮度,取值范围是[0,100],表示从纯黑到纯白;a表示从红色到绿色的范围,取值范围是[127,-128]b表示从黄色到蓝色的范围,取值范围是[127,-128]。下图所示为Lab颜色空间的图示;


        需要提醒的是,Lab颜色空间比计算机显示器、打印机甚至比人类视觉的色域都要大,表示为 Lab 的位图比 RGB 或 CMYK 位图获得同样的精度要求更多的每像素数据。虽然我们在生活中使用RGB颜色空间更多一些,但也并非Lab颜色空间真的一无所有。例如,在 Adobe Photoshop图像处理软件中,TIFF格式文件中,PDF文档中,都可以见到Lab颜色空间的身影。而在计算机视觉中,尤其是颜色识别相关的算法设计中,rgb,hsv,lab颜色空间混用更是常用的方法。


    为了使用颜色空间,首先应该了解各种颜色空间的特性。颜色空间的分类有多种方法。

    1.按使用类别分类

    彩色色度学模型:CIE-RGB、CIE-XYZ、均匀色差彩色模型(CIE 1976Luv和CIE Lab)

    工业彩色模型:RGB彩色显示模型、CMYK彩色印制模型、彩色传输模型YUV(PAL)、YIQ(NTSC)、YCrCb(数字高清晰度电视)

    视觉彩色模型:HVC(孟赛尔)、HSB(Photoshop)、HLS(Windows画图和Apple Color Picker)、HSI(图像分割)、HSY(电视)、Ohta(图像分割)等。

    2.按颜色感知分类

    混合颜色模型:按3种基色的比例混合而成的颜色。RGB、CMYK、XYZ等

    非线形亮度/色度颜色模型:用一个分量表示非色彩的感知,用两个分量表示色彩的感知,这两个分量都是色差属性。L*a*b、L*u*v、YUV、YIQ等。

    强度/饱和度/色调模型:用强度描述亮度或灰度等光强的感知,用饱和度和色调描述色彩的感知,这两个分量接近人眼对颜色的感觉。如HIS、HSL、HSV、LCH等


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  • 数字图像彩色空间

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    RGB 彩色空间 RGB色彩模式是工业界的一种颜色标准,是通过对红(R)、绿(G)、蓝(B)三个颜色通道的变化以及它们相互之间的叠加来得到各式各样的颜色的,RGB即是代表红、绿、蓝三个通道的颜色,这个标准几乎包括了人类...

    简介

    图像的不同表示方法有时候可以有效提高我们解决图像问题的效率。选择正确的图像表示方法至关重要
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    RGB 彩色空间

    RGB色彩模式是工业界的一种颜色标准,是通过对红(R)、绿(G)、蓝(B)三个颜色通道的变化以及它们相互之间的叠加来得到各式各样的颜色的,RGB即是代表红、绿、蓝三个通道的颜色,这个标准几乎包括了人类视力所能感知的所有颜色,是目前运用最广的颜色系统之一。
    目前的显示器大都是采用了RGB颜色标准,在显示器上,是通过电子枪打在屏幕的红、绿、蓝三色发光极上来产生色彩的,目前的电脑一般都能显示32位颜色,有一千万种以上的颜色。
    RGB表示方式本身与人类直觉不太符合,在图像(颜色相关的)特征提取中,有时候并不直接使用RGB图。
    RGB

    HSV 彩色空间

    HSV模型是一种面向用户的颜色模型。
    - 色调H
    用角度度量,取值范围为[0,360],从红色开始按逆时针方向计算,红色为0,绿色为120,蓝色为240。它们的补色是:黄色为60,青色为180,品红为300。
    H
    - 饱和度S
    饱和度S表示颜色接近光谱色的程度。一种颜色,可以看成是某种光谱色与白色混合的结果。其中光谱色所占的比例愈大,颜色接近光谱色的程度就愈高,颜色的饱和度也就愈高。饱和度高,颜色则深而艳。光谱色的白光成分为0,饱和度达到最高。通常取值范围为0\%~100\%,值越大,颜色越饱和。
    这里写图片描述
    - 明度V
    明度表示颜色明亮的程度,对于光源色,明度值与发光体的光亮度有关;对于物体色,此值和物体的透射比或反射比有关。通常取值范围为0%(黑)到100%(白)。
    这里写图片描述

    Lab 彩色空间

    它是一种设备无关的颜色系统,也是一种基于生理特征的颜色系统。这也就意味着,它是用数字化的方法来描述人的视觉感应。Lab颜色空间中的L分量用于表示像素的亮度,取值范围是[0,100],表示从纯黑到纯白;a表示从红色到绿色的范围,取值范围是[127,-128];b表示从黄色到蓝色的范围,取值范围是[127,-128]。
    LALabB

    CMYK 彩色空间

    印刷四色模式是彩色印刷时采用的一种套色模式,利用色料的三原色混色原理,加上黑色油墨,共计四种颜色混合叠加,形成所谓“全彩印刷”。四种标准颜色是:
    C:Cyan = 青色,又称为‘天蓝色’或是‘湛蓝’M:Magenta = 品红色,又称为‘洋红色’;Y:Yellow = 黄色;K:Key Plate(blacK) = 定位套版色(黑色)。
    数字图像处理一般不会涉及到此模型,仅在此介绍。

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