【音视频基础】(八):CIE颜色空间四之从CIE xyY到CIE YUV

本篇隶属于文集:《零基础入门音视频开发》,查看文集全部文章,请点击文字链接。
想看最新文章,可以直接关注微信公众号:金架构

接着上篇的CIE xyY颜色空间继续,上篇中我们分析了下xyY中的xyY三个值是怎么来的,并且引进了它的二维色度图。那么接下来,我们就对它的色度图,分析一下

上篇中我们说过,色度是色调和饱和度的统称,所以xyY的色度图,并没有展现亮度Y,因而它只有xy两个坐标轴

1. CIE xyY色度图中看色调和饱和度

直观的来看,如下图:


CIE xyY色度图
1.1 饱和度

图中W点为白光E的坐标,饱和度为0,谱色轨迹上饱和度为100%。在图中对饱和度相同的各点,进行连线,形成一圈一圈的舌形线,称为等饱和度线。

1.2 色调

W点向谱色轨迹上各点连线,形成的发散线段,叫做等色调波长线。线段上任何一点的波长,与谱色轨迹上的单色波长相同。比如图中M点的波长为540nm,那么WM线上个彩色点的波长都为540nm。

这两句应该比较好理解,那么通过控制变量,在等色调波长线上,看饱和度是个什么情况呢?

比如图中的WM线,在M点饱和度为100%,越靠近W点,饱和度越低,也就是渗入的白光越高,到了W点,则完全成为白光。如果这样理解比较费力,可以反向理解,从W点到M点,掺入的单色光越来越多,到M点达到饱和。

分析一下就可以看出,在xyY色度图上颜色呈现很清晰。

1. 3 色度图上看色域
色域是啥?

(1)在图中,就是一个闭合曲线所包围的区域。

(2)在显示设备上,它表示了显示设备可以显示的所有颜色的集合。

我们先分析(1),在xyY色度图上,谱色轨迹所包围的区域,就是这个颜色空间所能呈现的色域。通常我们会对这个色域进行划分,这样就比较好判断,某种颜色在坐标系上的范围。如下图:

xyY颜色空间色域图

再来看二,这个比较重要,来分析这个之前先来看个问题,为什么显示设备不能显示xyY的整块色域呢?

原因很简单,因为三基色不同。我们首先要明白,图中xyY形成的整块色域,使用的是CIE规定的标准三基色,分别为700nm(R),546.1nm(G),435.8nm(B),可以对照上图找下,分别为色度图的三角。

而在显示设备上,我们是使用红、蓝、绿三种荧光粉,发出的非标准谱色光,作为显像的三基色。所以我们的显示设备,能显示的色域只占图中的一部分。

就拿彩色电视来说,他们能重现的颜色的最大范围如下图:

NTSC和PAL电视重现的颜色范围

细心点可以看到,NTSC和PAL电视显示的色域也不同(NTSC和PAL为电视制式,后面会讲)。那是因为彩色电视的制式不一样,他们采用的三基色荧光粉也不一样。

这张图是NTSC和PAL电视,显像三基色的色度坐标,可以看到他们使用的三基色坐标并不一致。

而打印机、电影、电视,他们能重现的色域,差别就更大了。

几种设备重现的彩色范围

图中可以看出,因为电影需要比较生动,细腻的画质,所以它能呈现的彩色范围更大。

通过以上就可以知道,CIE xyY在色度图上的表现很直观,并且做研究很标准、很方便,但是它依然有缺点

2. CIE xyY色度图的缺点

我们通过上面几张图,似乎并没有看到缺点。不过有个缺点是我们上篇就说过的,它没有显示亮度。不过这个也无关紧要,重要的是另一个缺点。请看下图:

这张图代表了CIE xyY色度图的感知均匀性,什么意思呢?我们都知道,人眼对颜色的感知并不是线性的,比如之前说的,人眼感觉绿色就比红和蓝要亮。

而图中的线段,就代表了人眼对相邻色的鉴别能力。图中每条线段,表示一对颜色,在人眼看来,它们是相同的颜色。在图中可以看出,各个线段的长短并不一致,这就是感知不均匀。线段短的,说明人眼对这片区域的颜色变化更敏感。

这个缺点看起来对普通人无关紧要,但是对科学家就要命啦,所以他们在CIE xyY的基础上,又做了一层转换。

3. CIE YUV颜色空间

如上所说,这种颜色空间是在xyY的基础上,经过了一层线性变换得来的。在色度图上,两个点之间的色差与我们对颜色的感知是均匀的。

而YUV里面的Y,还和XYZ或者xyY中的Y一样,而U和V定义如下:

然后这帮人,为了进一步减小色差与感知的非线性,又开发了CIE YU'V'颜色空间,注意是带撇的。

4. CIE YU'V'

其中的Y依然不变,u’和v’定义如下图

5. CIE颜色空间总结(重要)

至此,CIE的XYZ、xyY、YUV、YU'V'等颜色空间介绍完毕,还有CIE LUV和CIE LAB打算不讲啦,理由是啥?

理由:

因为这个系列的最终目标,是视频编码和图像处理,而在视频编码里我们使用的YUV,并不是CIE YUV,注意我们常说的YUV和CIE YUV并不是一回事,下篇会讲他们为啥不是一回事。

那为什么又要讲CIE这几个颜色空间呢?因为如果要成为一名专业的音视频开发人员,这些知识必不可少。并且,最重要的,还是在了解这几个颜色空间时,所采取的思路,和分析的方法。

而且在了解了这几个颜色空间之后,后面的YUV、YCbCr也就很好理解啦。因为从命名上就可以看出,它们差别不大,如果你认真看了这几篇,可以说是小菜一碟,哈哈~

而CIE LUV和CIE LAB,以后如果在做图像处理时用到,到时候再补一篇也可以~

你可能感兴趣的:(【音视频基础】(八):CIE颜色空间四之从CIE xyY到CIE YUV)