RGB、Lab、YUV、HSI、HSV等颜色空间的区别

àì夳堔傛蜴生んèń 2022-05-28 07:37 693阅读 0赞

文章主要来源于两篇博客

https://blog.csdn.net/skyereeee/article/details/7265415

https://blog.csdn.net/weiweigfkd/article/details/20898937

颜色空间（彩色模型、色彩空间、 彩色系统etc）是对色彩的一种描述方式，定义有很多种，区别在于面向不同的应用背景。

例如显示器中采用的RGB颜色空间是基于物体发光定义的（RGB正好对应光的三原色：Red，Green，Blue）；工业印刷中常用的CMY颜色空间是基于光反射定义的（CMY对应了绘画中的三原色：Cyan，Magenta，Yellow）；HSV、HSL两个颜色空间都是从人视觉的直观反映而提出来的（H是色调，S是饱和度，I是强度）。

**RG****B颜色空间** 基于颜色的加法混色原理，从黑色不断叠加Red，Green，Blue的颜色，最终可以得到白色光。

如图1：

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图1：加法混色

将R、G、B三个通道作为笛卡尔坐标系中的X、Y、Z轴，就得到了一种对于颜色的空间描述，如图2。

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图2：RGB颜色空间

在计算机中编程RGB每一个分量值都用8位（bit）表示，可以产生256\*256\*256=16777216中颜色，这就是经常所说的“24位真彩色”。

RGB(red,green,blue)颜色空间最常用的用途就是显示器系统，彩色阴极射线管,彩色光栅图形的显示器 都使用R、G、B数值来驱动R、G、B 电子枪发射电子，并分别激发荧光屏上的R、G、B三种颜色的荧光粉 发出不同亮度的光线，并通过相加混合产生各种颜色；扫描仪也是通过吸收原稿经反射或透射而发送来 的光线中的R、G、B成分，并用它来表示原稿的颜色。RGB色彩空间称为与设备相关的色彩空间,因为不同 的扫描仪扫描同一幅图像，会得到不同色彩的图像数据；不同型号的显示器显示同一幅图像，也会有不同 的色彩显示结果。显示器和扫描仪使用的RGB空间与CIE 1931 RGB真实三原色表色系统空间是不同的，后者 是与设备无关的颜色空间。btw：Photoshop的色彩选取器(Color Picker)。可以显示HSB、RGB、LAB和CMYK 色彩空间的每一种颜色的色彩值。

相比于RGB，**CMY（CMYK）颜色空间**是另一种基于颜色减法混色原理的颜色模型。在工业印刷中它描述的是需要在白色介质上使用何种油墨，通过光的反射显示出颜色的模型。CMYK描述的是青，品红，黄和黑四种油墨的数值。如图3：

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图3：减法混色

CMYK颜色空间的颜色值与RGB颜色空间中的取值可以通过线性变换相互转换。

HSV颜色空间是根据颜色的直观特性由A. R. Smith在1978年创建的一种颜色空间, 也称六角锥体模型(Hexcone Model)。RGB和CMY颜色模型都是面向硬件的，而HSV（Hue  
Saturation Value）颜色模型是面向用户的。

这个模型中颜色的参数分别是：色调（H：hue），饱和度（S：saturation），亮度（V：value）。这是根据人观察色彩的生理特征而提出的颜色模型（人的视觉系统对亮度的敏感度要强于色彩值，这也是为什么计算机视觉中通常使用灰度即亮度图像来处理的原因之一）。  
色调H：用角度度量，取值范围为0°～360°，从红色开始按逆时针方向计算，红色为0°，绿色为120°,蓝色为240°。它们的补色是：黄色为60°，青色为180°,品红为300°；  
饱和度S：取值范围为0.0～1.0；  
亮度V：取值范围为0.0(黑色)～1.0(白色)。如图4、5：

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图4：HSV坐标系

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图5：HSV颜色空间

HSV模型的三维表示从RGB立方体演化而来。设想从RGB沿立方体对角线的白色顶点向黑色顶点观察，就可以看到立方体的六边形外形。六边形边界表示色彩，水平轴表示纯度，明度沿垂直轴测量。与加法减法混色的术语相比，使用色相，饱和度等概念描述色彩更自然直观。

HSV颜色空间  
HSV(hue,saturation,value)颜色空间的模型对应于圆柱坐标系中的一个圆锥形子集，圆锥的顶面对应于V=1. 它包含RGB模型中的R=1，G=1，B=1 三个面，所代表的颜色较亮。色彩H由绕V轴的旋转角给定。红色对应于 角度0° ，绿色对应于角度180°，蓝色对应于角度270°。在HSV颜色模型中，每一种颜色和它的补色相差180° 。 饱和度S取值从0到1，所以圆锥顶面的半径为１。HSV颜色模型所代表的颜色域是CIE色度图的一个子集，这个 模型中饱和度为百分之百的颜色，其纯度一般小于百分之百。在圆锥的顶点(即原点)处，V=0,H和S无定义， 代表黑色。圆锥的顶面中心处S=0，V=1,H无定义，代表白色。从该点到原点代表亮度渐暗的灰色，即具有不同 灰度的灰色。对于这些点，S=0,H的值无定义。可以说，HSV模型中的V轴对应于RGB颜色空间中的主对角线。 在圆锥顶面的圆周上的颜色，V=1，S=1,这种颜色是纯色。HSV模型对应于画家配色的方法。画家用改变色浓和 色深的方法从某种纯色获得不同色调的颜色，在一种纯色中加入白色以改变色浓，加入黑色以改变色深，同时 加入不同比例的白色，黑色即可获得各种不同的色调。

HSL颜色空间与HSV类似，只不过把V：Value替换为了L：Lightness。这两种表示在用目的上类似，但在方法上有区别。二者在数学上都是圆柱，但HSV（色相，饱和度，色调）在概念上可以被认为是颜色的倒[圆锥体][Link 1]（黑点在下顶点，白色在上底面圆心），HSL在概念上表示了一个双圆锥体和圆球体（白色在上顶点，黑色在下顶点，最大横切面的圆心是半程灰色）。注意尽管在HSL和HSV中“色相”指称相同的性质，它们的“饱和度”的定义是明显不同的。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观念，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。

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。另外，这种模式是以数字化方式来描述人的视觉感应，  
与设备无关，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。  
。不像[RGB][]和[CMYK][]色彩空间，Lab颜色被设计来接近人类视觉。它致力于感知均匀性，它的L分量密切匹配人类亮度感知。因此可以被用来通过修改a和b分量的输出[色阶][Link 2]来做精确的颜色平衡，或使用L分量来调整亮度对比。

YUV颜色空间  
在现代彩色电视系统中，通常采用三管彩色摄像机或彩色CCD(点耦合器件)摄像机，它把摄得的彩色图像 信号，经分色、分别放大校正得到RGB，再经过矩阵变换电路得到亮度信号Y和两个色差信号R－Y、B－Y， 最后发送端将亮度和色差三个信号分别进行编码，用同一信道发送出去。这就是我们常用的YUV色彩空间。 采用YUV色彩空间的重要性是它的亮度信号Y和色度信号U、V是分离的。如果只有Y信号分量而没有U、V分量， 那么这样表示的图就是黑白灰度图。彩色电视采用YUV空间正是为了用亮度信号Y解决彩色电视机与黑白电视机 的兼容问题，使黑白电视机也能接收彩色信号。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。

HSI颜色空间  
HSI色彩空间是从人的视觉系统出发，用色调(Hue)、色饱和度(Saturation 或Chroma)和亮度 (Intensity或Brightness)来描述色彩。HSI色彩空间可以用一个圆锥空间模型来描述。用这种 描述HIS色彩空间的圆锥模型相当复杂，但确能把色调、亮度和色饱和度的变化情形表现得很清楚。 通常把色调和饱和度通称为色度，用来表示颜色的类别与深浅程度。由于人的视觉对亮度的敏感 程度远强于对颜色浓淡的敏感程度，为了便于色彩处理和识别，人的视觉系统经常采用HSI色彩空间， 它比RGB色彩空间更符合人的视觉特性。在图像处理和计算机视觉中大量算法都可在HSI色彩空间中 方便地使用，它们可以分开处理而且是相互独立的。因此，在HSI色彩空间可以大大简化图像分析 和处理的工作量。HSI色彩空间和RGB色彩空间只是同一物理量的不同表示法，因而它们之间存在着 转换关系。

HSL颜色空间  
HSL(hue,saturation,lightness)颜色空间，这个颜色空间都是用户台式机图形程序的颜色表示， 用六角形锥体表示自己的颜色模型。  
  
  
HSB颜色空间  
HSB(hue,saturation,brightness)颜色空间，这个颜色空间都是用户台式机图形程序的颜色表示， 用六角形锥体表示自己的颜色模型。  
  
  
Ycc颜色空间  
柯达发明的颜色空间,由于PhotoCd在存储图像的时候要经过一种模式压缩，所以 PhotoCd采用了 Ycc颜色空间，Ycc空间将亮度作由它的主要组件，具有两个 单独的颜色通道，采用Ycc颜色空间 来保存图像，可以节约存储空间。  
  
  
XYZ颜色空间  
国际照明委员会(CIE)在进行了大量正常人视觉测量和统计,1931年建立了"标准色度观察者"， 从而奠定了现代CIE标准色度学的定量基础。由于"标准色度观察者"用来标定光谱色时出现负 刺激值，计算不便，也不易理解，因此1931年CIE在RGB系统基础上，改用三个假想的原色X、Y、 Z建立了一个新的色度系统。将它匹配等能光谱的三刺激值，定名为"CIE1931 标准色度观察者光谱三刺激值"，简称为"CIE1931标准色度观察者"。这一系统叫做"CIE1931标准色度系统"或称为" 2° 视场XYZ色度系统"。CIEXYZ颜色空间稍加变换就可得到Yxy色彩空间，其中Y取三刺激值中Y的值，表示亮度，x、y反映颜色的色度特性。定义如下：在色彩管理中，选择与设备无关的颜色空间是十分重要的，与设备无关的颜色空间由国际照明委员会(CIE)制定，包括CIEXYZ和CIELAB两个标准。它们包含了人眼所能辨别的全部颜色。而且，CIEYxy测色制的建立给定量的确定颜色创造了条件。但是，在这一空间中，两种不同颜色之间的距离值并不能正确地反映人们色彩感觉差别的大小，也就是说在CIEYxy色厦图中，在不同的位置不同方向上颜色的宽容量是不同的，这就是Yxy颜色空间 的不均匀性。这一缺陷的存在，使得在Yxy及XYZ空间不能直观地评价颜色。

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[Link 1]: http://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%9C%86%E9%94%A5%E4%BD%93
[RGB]: http://zh.wikipedia.org/wiki/RGB
[CMYK]: http://zh.wikipedia.org/wiki/CMYK
[Link 2]: http://zh.wikipedia.org/w/index.php?title=%E8%89%B2%E9%98%B6&action=edit&redlink=1