5.2.1 彩色圖像空間

計算機(jī)圖形學(xué)領(lǐng)域定義的顏色模型，就是在某種特定上下文中對于顏色的特性和行為的解釋方法，它的用途是在某些標(biāo)準(zhǔn)下用通常可接受的方式對彩色加以說明。本質(zhì)上，彩色模型是對坐標(biāo)系統(tǒng)和子空間的闡述，位于系統(tǒng)的每種顏色都用單個點(diǎn)表示。從應(yīng)用的角度來看，人們提出的眾多彩色模型可以分為兩類：一類面向諸如彩色顯示器或彩色打印機(jī)之類的硬設(shè)備（可以與具體設(shè)備相關(guān)，也可以獨(dú)立于具體設(shè)備）；另一類面向視覺感知或者說以彩色處理分析為目的的應(yīng)用，如動畫中的彩色圖形、各種圖像處理的算法等。因此，在彩色圖像處理中，選擇合適的顏色模型是很重要的。

1.RGB顏色空間

最典型最常用的面向硬設(shè)備的彩色模型是RGB模型。RGB模型是一種與人的視覺系統(tǒng)結(jié)構(gòu)密切相連的模型。根據(jù)人眼結(jié)構(gòu)，所有顏色都可看作是3種基本顏色——紅（Red，R），綠（Green，G）和藍(lán)（Blue，B）——的不同組合。國際照度委員會（CIE）所規(guī)定的紅綠藍(lán)這3種基本色的波長分別為700nm，546.1nm，435.8nm。

RGB模型可以建立在笛卡兒坐標(biāo)系統(tǒng)里，其中3個軸分別為RGB。RGB的模型空間是個正方體，如圖5-1所示，原點(diǎn)對應(yīng)黑色，離原點(diǎn)最遠(yuǎn)的頂點(diǎn)對應(yīng)白色，從黑到白的灰度分布值在體對角線上，立方體內(nèi)其余各點(diǎn)對應(yīng)不同的顏色。一般為方便起見，總將立方體歸一化為單位立方體，這樣所有RGB值都在區(qū)間[0,1]之中。

根據(jù)這個模型，每幅彩色圖包括3個獨(dú)立的基色平面，每種顏色的亮度大小用數(shù)字0～255表示，通過對R、G、B 3個顏色通道的變化以及它們相互之間的疊加可得到1670萬種顏色。

2.YCbCr顏色空間

YCbCr空間實際上是YUV顏色空間的縮放和偏移，YCbCr進(jìn)行了圖像子采樣，是視頻圖像和數(shù)字圖像中常用的色彩空間。Y 代表亮度，Cb、Cr分別為藍(lán)色分量和紅色分量。YCbCr模型中的數(shù)據(jù)可以是雙精度類型，但存儲空間為8位無符號整型數(shù)據(jù)空間。Y的取值范圍為16～235，Cb和Cr的取值范圍為16～240。在目前通用的圖像壓縮算法中（如JPEG算法），首要的步驟就是將圖像顏色空間轉(zhuǎn)換為YCbCr空間。

3.NTSC顏色空間

NTSC空間是一種用于電視圖像的顏色空間。NTSC使用的是YIQ色彩坐標(biāo)系，其中，Y為光亮度，表示灰度信息；I 為色調(diào)，表示顏色信息；Q 為飽和度，也表示顏色信息。因此，該空間的主要優(yōu)點(diǎn)就是將灰度信息和顏色信息區(qū)分表示。

4.HSV顏色空間

HSV顏色空間是孟塞爾彩色空間的簡化形式，是一種基于感知的顏色模型，如圖5-2所示，它把彩色信號表示為3種屬性：色調(diào)（Hue，H）、飽和度（Saturation，S）和亮度（Value，V）。色調(diào)表示從一個物體反射過來的或透過物體的光波長，也就是說，色調(diào)是由顏色的名稱來辨別的，如紅、橙、綠等；亮度是顏色的明暗程度；飽和度指顏色的深淺，例如同樣是紅色，也會因顏色深淺不同而分為深紅和淺紅。

HSV顏色空間反映了人觀察彩色的方式，具有兩個顯著特點(diǎn)：亮度分量與圖像的彩色信息無關(guān)；色調(diào)和飽和度分量與人感受顏色的方式是緊密相連的。