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。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。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。7.1该用什么颜色空间类型RGB型XYZ型YUV型混合型(mixture)RGBXYZ-非线性亮度/色度(luma/chroma)-L*a*b*L*u*v*YUVYIQ强度/饱和度/色调(intensity/saturation/hue)HSI,HSL,HSVLCH/CHL7.1该用什么颜色空间二、颜色空间的变换问题线性RGBCIExyY线性光刺激(x,y)色度CIEXYZ感知均匀CIEL*u*v*CIEL*a*b*非线性R'G'B'非线性Y'CbCrHSL,HSBCIEL*huvCuv面向色调CIEL*habCab3×3投影变换投影变换非线性变换非线性变换极坐标极坐标非线性变换3×3变换函数图像编码系统(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，greenandblue)是在三基色理论基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(cyanmagentayellow)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。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。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CMYKRGB(red，greenandblue)和CMY(cyan,magentaandyellow)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，yellowandblack)。7.2计算机图形颜色空间1.RGB和CMY(1)RGB→CMY其中，R、G和B的取值范围是[0,1]。111CRMGYB7.2计算机图形颜色空间(2)CMY→RGB其中，C、M和Y的取值范围是[0,1]。111RCGMBY7.2计算机图形颜色空间2.CMY和CMYK(1)CMY→CMYK(2)CMYK→CMYmin(,,)(-)/(1-)(-)/(1-)(-)/(1-)BlackCyanMagentaYellowCyanCyanBlackBlackMagentaMagentaBlackBlackYellowYellowBlackBlackmin(1,(1-))min(1,(1-))min(1,(1-))CyanCyanBlackBlackMagentaMagentaBlackBlackYellowYellowBlackBlack7.2计算机图形颜色空间3.RGB和CMYK(1)RGB→CMYKmin(1-,1-,1-)(1--)/(1-)(1--)/(1-)(1--)/(1-)BRGBCRBBMGBBYBBB7.2计算机图形颜色空间(2)CMYK→RGBR1-min(1,*(1-))1-min(1,*(1-))1-min(1,*(1-))CBBGMBBBYBB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)。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GivenRGBvalues,findthemaxandmin.V=maxS=(max-min)/maxIfS=0,HisundefinedelseR1=(max-R)/(max-min)G1=(max-G)/(max-min)B1=(max-B)/(max-min)ifR=maxandG=min,H=5+B1elseifR=maxandGnot=min,H=1-G1elseifG=maxandB=min,H=R1+1elseifG=maxandBnot=min,H=3-B1elseifR=max,H=3+G1elseH=5-R1H=H*60(convertstodegreessoSandVliebetween0and1,Hbetween0and360)7.2计算机图形颜色空间(2)RGB→HSV(FoleyandVanDam)算法描述max=maximumofRGBmin=minimumofRGBV=maxS=(max-min)/maxifS=0,Hisundefined,elsedelta=max-minifR=max,H=(G-b)/deltaifG=max,H=2+(B-R)/deltaifB=max,H=4+(R-G)/deltaH=H*60ifH0,H=H+3607.2计算机图形颜色空间2.HSV到RGB的转换(1)HSV→RGB(Travis)算法描述ConvertHdegreestoahexagonsectionhex=H/360main_colour=int(hex)sub_colour=hex-main_colourvar1=(1-S)*Vvar2=(1-(S*sub_colour))*Vvar3=(1-(S*(1-sub_colour)))*Vthenifmain_colour=0,R=V,G=var3,B=var1ifmain_colour=1,R=var2,G=V,B=var1ifmain_colour=2,R=var1,G=V,B=var3ifmain_colour=3,R=var1,G=var2,B=Vifmain_colour=4,R=var3,G=var1,B=Vifmain_colour=5,R=V,G=var1,B=var2whereint(x)convertsxtoanintegervalue.7.2计算机图形颜色空间(2)HSV→RGB(FoleyandVanDam)算法描述ifS=0andH=undefined,R=G=B=VifH=360,H=0H=H/60i=floor(H)f=H-Ip=V*(1-S)q=V*(1-(S*f))t=V*(1-(S*(1-f)))ifi=0,R=v,G=t,B=pifi=1,R=q,G=v,B=pifi=2,R=p,G=v,B=tifi=3,R=p,G=q,B=vifi=4,R=t,G=p,B=vifi=5,R=v,G=p,B=qwhereflooristheCfloorfunction.7.2计算机图形颜色空间三、HSL/HSB和RGBHSL(hue,saturationandlightness)/HSB(hue,saturationandbrightness)颜色空间用于定义台式机图形程序中的颜色，而且它们都是利用三条轴定义颜色。7.2计算机图形颜色空间1.RGB→HSL的算法描述2.HSL→RGB的算法描述四、HSI和RGBHSI(Hue,SaturationandIntensity)颜色空间也是一种直观的颜色模型。色调H用角度表示，例如红橙黄绿青蓝紫等色调，角度从0o(红)→120o(绿)→240o(蓝)→360o(红)；颜色的纯度即饱和度分成低(0%-20%)中(40%-60%)和高(80%-100%)，低饱和度产生灰色而不管色调，中饱和度产生柔和的色调(pastel)，高饱和度产生鲜艳的颜色(vividcolor)；强度是颜色的明度，取值范围从0%(黑)～100%(最亮)。7.2计算机图形颜色空间1.RGB→HSI(GonzalezandWoods)算法描述I=1/3(R+G+B)S=1-(3/(R+G+B))*a//其中的a＝min(R,G,B)H=cos^(-1)((0.5*((R-G)+(R-B)))/((R-G)^2+(R-B)*(G-B))^(0.5))IfS=0,H=0//表示H无意义If(B/I)(G/I)thenH=360–H//H用角度表示，并用H=H/360进行标称化处理7.2计算机图形颜色空间7.2计算机图形颜色空间2.HSI→RGB算法描述首先用H=360*H把H换算成用角度表示。If0H=120thenB=1/3(1-S)R=1/3(1+((Sc