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【影象基礎】影象顏色空間

  • RGB顏色空間
  • HSV顏色空間
  • Lab顏色空間
  • YUV顏色空間
  • CMY顏色空間
  • HSL顏色空間
  • HSB顏色空間
  • Ycc顏色空間
  • XYZ顏色空間

RGB顏色空間

1、計算機色彩顯示器和彩色電視機顯示色彩的原理一樣,都是採用R、G、B相加混色的原理,通過發射出三種不同強度的電子束,使螢幕內側覆蓋的紅、綠、藍磷光材料發光而產生色彩。這種色彩的表示方法稱為RGB色彩空間表示。

2、在RGB顏色空間中,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:F=r[R]+r[G]+r[B]。RGB色彩空間還可以用一個三維的立方體來描述。當三基色分量都為0(最弱)時混合為黑色光;當三基色都為k(最大,值由儲存空間決定)時混合為白色光。

在這裡插入圖片描述

HSV顏色空間

1、HSV是一種將RGB色彩空間中的點在倒圓錐體中的表示方法。HSV即色相(Hue)、飽和度(Saturation)、明度(Value),又稱HSB(B即Brightness)。色相是色彩的基本屬性,就是平常說的顏色的名稱,如紅色、黃色等。飽和度(S)是指色彩的純度,越高色彩越純,低則逐漸變灰,取0-100%的數值。明度(V),取0-max(計算機中HSV取值範圍和儲存的長度有關)。HSV顏色空間可以用一個圓錐空間模型來描述。圓錐的頂點處,V=0,H和S無定義,代表黑色。圓錐的頂面中心處V=max,S=0,H無定義,代表白色。

2、RGB顏色空間中,三種顏色分量的取值與所生成的顏色之間的聯絡並不直觀。而HSV顏色空間,更類似於人類感覺顏色的方式,封裝了關於顏色的資訊:“這是什麼顏色?深淺如何?明暗如何?” 在這裡插入圖片描述

3、RGB和HSV轉換

(1)從RGB到HSV

設max等於r、g和b中的最大者,min為最小者。對應的HSV空間中的(h,s,v)值為: 在這裡插入圖片描述

h在0到360°之間,s在0到100%之間,v在0到max之間。

(2)從HSV到RGB 在這裡插入圖片描述

Lab 顏色空間

Lab顏色空間中的L分量用於表示畫素的亮度,取值範圍是[0,100],表示從純黑到純白;a表示從紅色到綠色的範圍,取值範圍是[127,-128];b表示從黃色到藍色的範圍,取值範圍是[127,-128]。下圖所示為Lab顏色空間的圖示;

在這裡插入圖片描述

YUV 顏色空間

在現代彩色電視系統中,通常採用三管彩色攝像機或彩色CCD(點耦合器件)攝像機,它把攝得的彩色影象 訊號,經分色、分別放大校正得到RGB,再經過矩陣變換電路得到亮度訊號Y和兩個色差訊號R-Y、B-Y, 最後傳送端將亮度和色差三個訊號分別進行編碼,用同一通道傳送出去。這就是我們常用的YUV色彩空間。 採用YUV色彩空間的重要性是它的亮度訊號Y和色度訊號U、V是分離的。如果只有Y訊號分量而沒有U、V分量, 那麼這樣表示的圖就是黑白灰度圖。彩色電視採用YUV空間正是為了用亮度訊號Y解決彩色電視機與黑白電視機 的相容問題,使黑白電視機也能接收彩色訊號。根據美國國家電視制式委員會,NTSC制式的標準,當白光的 亮度用Y來表示時,它和紅、綠、藍三色光的關係可用如下式的方程描述:Y=0.3R+0.59G+0.11B 這就是常用 的亮度公式。色差U、V是由B-Y、R-Y按不同比例壓縮而成的。如果要由YUV空間轉化成RGB空間,只要進行 相反的逆運算即可。與YUV色彩空間類似的還有Lab色彩空間,它也是用亮度和色差來描述色彩分量,其中L為 亮度、a和b分別為各色差分量。 YUV、YCbCr: 該顏色空間主要是基於人眼對亮度比對色度敏感這一特性而來的,將顏色分量和亮度分量分離開來。早期的黑白電視機和彩色電視機的原理也是有此而來的,具體轉換公式可以參照ITU標準公式。

RGB三顏色分量轉換為YUV422之後,影象的資料量便減少了1/3,如果是YUV420,則資料量便減少了一半。常用這種轉換後的資料進行影象壓縮編碼。

也有一些影象邊緣增強的演算法,在此顏色空間展開。主要是因為色彩資訊和亮度資訊分離開來了。

CMY 顏色空間

CMY是一種顏料混合配色體系 RGB是一種光混合配色體系 C - Cyan青 〈互補色〉 R - Red 紅 M - Magenta 品紅 〈互補色〉 G - Green 綠 Y - Yellow 黃 〈互補色〉 B - Blue 藍

工業印刷中用前一種配色體系(因為是用顏料印刷),但是如果用CMY來配黑色的話很難,往往配出的是一種灰黑色,所以實際應用時還單獨有黑色,即K - 黑色,故而工業中實用的印刷使用CMYK體系。C和R相反,M和G相反,Y和B相反。

HSL顏色空間

HSL(hue,saturation,lightness)顏色空間,這個顏色空間都是使用者桌上型電腦圖形程式的顏色表示, 用六角形錐體表示自己的顏色模型。

HSB顏色空間

HSB(hue,saturation,brightness)顏色空間,這個顏色空間都是使用者桌上型電腦圖形程式的顏色表示, 用六角形錐體表示自己的顏色模型。

Ycc顏色空間

柯達發明的顏色空間,由於PhotoCd在儲存影象的時候要經過一種模式壓縮,所以 PhotoCd採用了 Ycc顏色空間,Ycc空間將亮度作由它的主要元件,具有兩個 單獨的顏色通道,採用Ycc顏色空間 來儲存影象,可以節約儲存空間。

XYZ顏色空間

國際照明委員會(CIE)在進行了大量正常人視覺測量和統計,1931年建立了"標準色度觀察者", 從而奠定了現代CIE標準色度學的定量基礎。由於"標準色度觀察者"用來標定光譜色時出現負刺激值,計算不便,也不易理解,因此1931年CIE在RGB 系統基礎上,改用三個假想的原色X、Y、 Z建立了一個新的色度系統。將它匹配等能光譜的三刺激值,定名為"CIE1931 標準色度觀察者 光譜三刺激值",簡稱為"CIE1931標準色度觀察者"。這一系統叫做"CIE1931標準色度系統"或稱為" 2° 視場XYZ色度系統"。CIEXYZ顏色空間稍加變換就可得到Yxy色彩空間,其中Y取三刺激值中Y的值, 表示亮度,x、y反映顏色的色度特性。定義如下:在色彩管理中,選擇與裝置無關的顏色空間是 十分重要的,與裝置無關的顏色空間由國際照明委員會(CIE)制定,包括CIEXYZ和CIELAB兩個標準。 它們包含了人眼所能辨別的全部顏色。而且,CIEYxy測色制的建立給定量的確定顏色創造了條件。 但是,在這一空間中,兩種不同顏色之間的距離值並不能正確地反映人們色彩感覺差別的大小, 也就是說在CIEYxy色廈圖中,在 不同的位置不同方向上顏色的寬容量是不同的,這就是Yxy顏色空間 的不均勻性。這一缺陷的存在,使得在Yxy及XYZ空間不能直觀地評價顏色。