颜色空间 与 RGB、YUV

背景

理解颜色空间对于音视频开发起到辅助理解的作用;是作为基础概念,要求我们是应该理解的

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
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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
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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。

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