1基本概念

所謂顏色模型就是指某個三維顏色空間中的一個可見光子集,它包含某個顏色域的所有顏色。例如,RGB顏色模型就是三維直角坐標顏色系統的一個單位正方體。顏色模型的用途是在某個顏色域內方便的指定顏色,由於每一個顏色域都是可見光的子集,所以任何一個顏色模型都無法包含所有的可見光。在大多數的彩色圖形顯示設備一般都是使用紅、綠、藍三原色,我們的真實感圖形學中的主要的顏色模型也是RGB模型,但是紅、綠、藍顏色模型用起來不太方便,它與直觀的顏色概念如色調、飽和度和亮度等沒有直接的聯繫。

2顏色模型的種類

顏色模型主要有HSV、RGB、HSI、CHL、LAB、CMY等。它們在不同的行業各有所指,但在計算機技術方面運用最為廣泛。

3顏色模型詳細介紹

HSI顏色模型
HSI色彩空間是從人的視覺系統出發,用色調(Hue)、色飽
HSI

  HSI

和度(Saturation或Chroma)和亮度 (Intensity或Brightness)來描述色彩。HSI色彩空間可以用一個圓錐空間模型來描述。用這種 描述HIS色彩空間的圓錐模型相當複雜,但確能把色調、亮度和色飽和度的變化情形表現得很清楚。 通常把色調和飽和度通稱為色度,用來表示顏色的類別與深淺程度。由於人的視覺對亮度的敏感 程度遠強於對顏色濃淡的敏感程度,為了便於色彩處理和識別,人的視覺系統經常採用HSI色彩空間, 它比RGB色彩空間更符合人的視覺特性。在圖像處理和計算機視覺中大量演算法都可在HSI色彩空間中 方便地使用,它們可以分開處理而且是相互獨立的。因此,在HSI色彩空間可以大大簡化圖像分析 和處理的工作量。HSI色彩空間和RGB色彩空間只是同一物理量的不同表示法,因而它們之間存在著 轉換關係。
CMYK顏色模型
CMYK(Cyan, Magenta, Yellow)顏色空間應用於印刷工業,
CMYK與RGB的關係

  CMYK與RGB的關係

印刷業通過青(C)、品(M)、黃(Y)三原色油墨的不同網點面積率的疊印來表現豐富多彩的顏色和階調,這便是三原色的CMY顏色空間。實際印刷中,一般採用青 (C)、品(M)、黃(Y)、黑(BK)四色印刷,在印刷的中間調至暗調增加黑版。當紅綠藍三原色被混合時,會產生 白色,但是當混合藍綠色、紫紅色和黃色三原色時會產生黑色。既然實際用的墨水並不會產生純正的顏色, 黑色是包括在分開的顏色,而這模型稱之為CMYK。CMYK顏色空間是和設備或者是印刷過程相關的,則工藝方法、 油墨的特性、紙張的特性等,不同的條件有不同的印刷結果。所以CMYK顏色空間稱為與設備有關的表色空間。 而且,CMYK具有多值性,也就是說對同一種具有相同絕對色度的顏色,在相同的印刷過程前提下,可以用分種 CMYK數字組合來表示和印刷出來。這種特性給顏色管理帶來了很多麻煩,同樣也給控制帶來了很多的靈活性。 在印刷過程中,必然要經過一個分色的過程,所謂分色就是將計算機中使 用的RGB顏色轉換成印刷使用的CMYK 顏色。在轉換過程中存在著兩個複雜的問題,其一是這兩個顏色模型在表現顏色的範圍上不完全一樣,RGB的色域較大而CMYK則較小,因此就要進行色域壓縮;其二是這兩個顏色都是和具體的設備相關的,顏色本身沒有 絕對性。因此就需要通過一個與設備無關的顏色模型來進行轉換,即可以通過以上介紹的XYZ或LAB色空間來進行轉換。
HSB顏色模型
HSB(Hue, Saturation, Brightness)顏色模型,這個顏色模型都是用戶台式機圖形程序的顏色表示, 用六角形錐體表示自己的顏色模型。
XYZ顏色模型
國際照明委員會(CIE)在進行了大量正常人視覺測量和統計,1931年建立了「標準色度觀察者」, 從而奠定了現代CIE標準色度學的定量基礎。由於「標準色度觀察者」用來標定光譜色時出現負刺激值,計算不便,也不易理解,因此1931年CIE在RGB系統基礎上,改用三個假想的原色X、Y、 Z建立了一個新的色度系統。將它匹配等能光譜的三刺激值,定名為"CIE1931 標準色度觀察者 光譜三刺激值",簡稱為"CIE1931標準色度觀察者"。這一系統叫做"CIE1931標準色度系統"或稱為" 2° 視場XYZ色度系統"。CIEXYZ顏色模型稍加變換就可得到Yxy色彩空間,其中Y取三刺激值中Y的值, 表示亮度,x、y反映顏色的色度特性。定義如下:在色彩管理中,選擇與設備無關的顏色模型是 十分重要的,與設備無關的顏色模型由國際照明委員會(CIE)制定,包括CIEXYZ和CIELAB兩個標準。 它們包含了人眼所能辨別的全部顏色。而且,CIEYxy測色制的建立給定量的確定顏色創造了條件。 但是,在這一空間中,兩種不同顏色之間的距離值並不能正確地反映人們色彩感覺差別的大小, 也就是說在CIEYxy色廈圖中,在 不同的位置不同方向上顏色的寬容量是不同的,這就是Yxy顏色模型的不均勻性。這一缺陷的存在,使得在Yxy及XYZ空間不能直觀地評價顏色。
YUV顏色模型
在現代彩色電視系統中,通常採用三管彩色攝像機或彩色CCD(點耦合器件)攝像機,它把攝得的彩色圖像 信號,經分色、分別放大校正得到RGB,再經過矩陣變換電路得到亮度信號Y和兩個色差信號R-Y、B-Y, 最後發送端將亮度和色差三個信號分別進行編碼,用同一通道發送出去。這就是我們常用的YUV色彩空間。 採用YUV色彩空間的重要性是它的亮度信號Y和色度信號U、V是分離的。如果只有Y信號分量而沒有U、V分量, 那麼這樣表示的圖就是黑白灰度圖。彩色電視採用YUV空間正是為了用亮度信號Y解決彩色電視機與黑白電視機 的兼容問題,使黑白電視機也能接收彩色信號。根據美國國家電視制式委員會,NTSC制式的標準,當白光的 亮度用Y來表示時,它和紅、綠、藍三色光的關係可用如下式的方程描述:Y=0.3R+0.59G+0.11B 這就是常用 的亮度公式。色差U、V是由B-Y、R-Y按不同比例壓縮而成的。如果要由YUV空間轉化成RGB空間,只要進行 相反的逆運算即可。與YUV色彩空間類似的還有Lab色彩空間,它也是用亮度和色差來描述色彩分量,其中L為 亮度、a和b分別為各色差分量。
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