彩色数字图像的表示

彩色数字图像的表示

主要参考资料：

1. http://read.pudn.com/downloads135/ebook/575313/%E5%BD%A9%E8%89%B2%E5%9B%BE%E5%83%8F%E5%A4%84%E7%90%86.pdf
2. https://zh.wikipedia.org/wiki/HSL%E5%92%8CHSV%E8%89%B2%E5%BD%A9%E7%A9%BA%E9%97%B4

表示一副彩色图像有多种方法，分别是：RGB, CMY和CMYK, HSI, YIQ, YUV, YCbCr。

1. RGB直接表达的图像的三原色构成，Red, Green, Blue的分量，是图像成像，显示，打印等设备的基础。

2. CMY和CMYK

CMY(青，深红，黄)，CMYK(青，深红，黄，黑)，运用在大多数在纸上沉积彩色颜料的设备，如彩色打印机。

CMYK，打印中的主要颜色是黑色，等量的CMY原色产生黑色，但不纯，在CMY基础上，加入黑色，形成CMYK彩色空间。

3. HSI (HSL)

HSI(Hue-Saturation-Intensity(Lightness))以色调，饱和度，亮度来描述物体的颜色。类似于HSV，但对于一些人，HSL更好的反映了饱和度和亮度作为两个独立参数的直觉概念，但是对于另一些人，它的饱和度定义是错误的，因为非常柔和的几乎白色的颜色在 HSL 可以被定义为是完全饱和的，对于 HSV 还是 HSL 更适合于人类用户界面是有争议的。

下图比较了HSL和HSV色彩空间的比较，

左图是HSL，右图是HSV，可以看到，随着Lightness的增大，HSL颜色越来越趋近于白色，而随着Value的增大，颜色越来越趋近纯色。HSV也可以通过下图这种倒圆锥体来表示色彩空间。

HSL有2个特点，

1）L分量与图像的彩色信息无关；

2）H和S分量与人感受颜色的方式是紧密相连的；

将亮度L与色调H和饱和度S分开，避免颜色受到光照等条件的干扰，仅分析反映色彩本质的色调和饱和度。

广泛用于CV，图像检索和视频检索。

4. YIQ

Y指亮度（Brightness），即灰度值。I和Q指色调，描述色彩及饱和度，用于彩色电视广播，被北美的电视系统所采用。Y分量可提供黑白电视机的所有影像信息。

5. YUV

Y指亮度（Brightness），即灰度值和YIQ中的Y相同。U和V也指色调，不同于YIQ的I和Q，用于彩色电视广播，被欧洲的电视系统所采用。Y分量也可提供黑白电视机的所有影像信息。

6. YCbCr

Y指亮度，与YUV中的Y相同，Cb和Cr由U和V调整得到，也是jpeg图像格式所采用的彩色空间。

7. CIE1931

CIE 1931 XYZ色彩空间（也叫做CIE 1931色彩空间）是其中一個最先採用數學方式來定義的色彩空间，它由国际照明委员会（CIE）於1931年创立。这是一种从三基色触发定义的一种与设备无关的颜色模型。
CIE1931的色度图

CIE1931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。

各个颜色空间是可以相互转换的，公式可参考wikipedia，具体转换方法这里不再赘述。