【文章內(nèi)容簡介】 2. 顏色空間：色空間也稱彩色模型(又稱彩色空間或彩色系統(tǒng)），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。本質(zhì)上，彩色模型是坐標系統(tǒng)和子空間的闡述。位于系統(tǒng)的每種顏色都有單個點表示。所以例如，RGB顏色模型就是三維直角坐標顏色系統(tǒng)的一個單位正方體。顏色模型的用途是在某個顏色域內(nèi)方便的指定顏色，由于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。它的用途是在某些標準下用通?？山邮艿姆绞綄Σ噬右哉f明。一、 面向硬設備的彩色模型 面向硬設備的彩色模型非常適合在輸出顯示場合使用。 (1) RGB顏色空間最典型最常用的面向硬設備的彩色模型是RGB模型。電視攝像機和彩色掃描儀都是根據(jù)RGB模型工作的。RGB模型是一種與人的視覺系統(tǒng)結(jié)構密切相連的模型。自然界中的所有的已知顏色都可以由紅，綠，藍(R,G,B)三原色組合而成。針對含有紅色成分的多與少，可以將彩色圖像人為地分成0到255共256個等級，0表示包含紅色成分255表示含有100%的紅色成分。同理可得綠色和藍色也被分為256個等級。這樣，根據(jù)紅、綠、藍各種不同的組合我們就能表示出256*256*256(約1600萬)種顏色。當一幅圖中每個像素被賦不同的RGB值時，就能呈現(xiàn)五彩繽紛的顏色了，這就形成了彩色圖像。最強的紅，綠，藍三原色相加產(chǎn)生了白色。圖2 1根據(jù)這個模型，每幅彩色圖包括三個獨立的基色平面，反過來，如果一幅圖像可被表示為三個平面，使用這個模型就比較方便。2）CMY顏色空間CMY色彩系統(tǒng)也是一種常用的色彩表示方式，與RGB顏色空間有兩點不同：第一，CMY的三基色分別為青,品紅，黃（C,M,Y）。第二，計算機屏幕的顯示通常用RGB顏色系統(tǒng)，它是通過三種顏色的相加來產(chǎn)生其他顏色的，這種方法被稱作加色合成法，而CMY顏色空間是通過顏色的相減來產(chǎn)生其他顏色的，這種方法被稱為減色合成法。利用三色光疊加可以產(chǎn)生光的三補色：青（C,Cyan）、品紅（M,Magenta）、黃（Y,Yellow），分別是紅（R）、綠（G）、藍（B）三色的互補色。它們與熒光粉組合光顏色的顯示器不同，是通過打印彩墨（ink）、彩色涂料的反射光來顯現(xiàn)顏色的，是一種減色組合。由青、品紅和黃三色組成的色彩模型，使用時相當于從白色光中減去某種顏色，因此又叫減色系統(tǒng)。在笛卡兒坐標系中，CMY色彩模型與RGB色彩模型外觀相似，但原點和頂點剛好相反，CMY模型的原點是白色，相對的頂點是黑色。一種簡單而近似的從CMY到RGB的轉(zhuǎn)換為： R=1CG=1MB=1Y一、 面向視覺感知的彩色模型面向硬設備的彩色模型與人的視覺感知有一定距離且使用時不太方便，例如給定一個色彩信號，人很難判定其中的RGB分量，這時使用面向視覺感知的顏色模型比較方便。在面向視覺感知的彩色模型中，HSI（hue,saturation,intensity）是使用較多和基本的一個模型，其他還有HCV（hue,chroma,value）模型，HSV（hue, saturation, value）模型，HSB(hue，saturation，brightness)模型，L* a* b*模型等。這些模型是非線性的，既與人類顏色視覺感知比較接近，又獨立于顯示設備。1）HIS模型[6]（1）各分量意義HSI模型用H、S、I三參數(shù)描述顏色特性。H表示顏色的波長，稱為色調(diào)；S表示顏色的深淺程度，稱為飽和度；I表示強度或亮度。HSI顏色模型反映了人的視覺對色彩的感覺。色調(diào)H由角度表示，它反映了顏色最接近什么樣的光譜波長，即光的不同顏色。通常假定0176。表示的顏色為紅色， 120176。的為綠色， 240176。的為藍色。從0176。到360176。的色相覆蓋了所有可見光譜的彩色。飽和度S表征顏色的深淺程度，飽和度越高，顏色越深。飽和度參數(shù)是色環(huán)的原點（圓心）到彩色點的半徑的長度。在環(huán)的邊界上的顏色飽和度最高，其飽和度值為1，在中心的飽和度為0。 亮度I是指光波作用于感受器所發(fā)生的效應，其大小由物體反射系數(shù)來決定，反射系數(shù)越大，物體的亮度愈大，反之愈小。如果把亮度作為色環(huán)的垂線，那么H、S、I構成一個柱形彩色空間?；叶汝幱把刂S線自下而上亮度逐漸增大，由底部的黑漸變成頂部的白。圓柱頂部的圓周上的顏色具有最高亮度和最大飽和度。（2）HSI模型和RGB模型的轉(zhuǎn)換對任何三個歸一化到[0,1]范圍內(nèi)的RGB值，其對應的HIS模型中的H，S，I分量可由下面的公式計算。 R≠G或R≠B H=2 BGS=1I=(R+G+B)/32）HSV模型（1）各分量意義HSV色彩模型使用了用戶直觀的顏色描述方法，用H表示色相、S表示飽和度，V表示明度值，（2）HSV模型和RGB模型的轉(zhuǎn)換 B≤GH= 2 BGS= V=3）L* a* b*模型（1）各分量意義Lab色彩模型是由照度（L）和有關色彩的a, b三個要素組成。L表示照度（Luminosity），相當于亮度。a表示從紅色至綠色的范圍，b表示從黃色至藍色的范圍。L的值域由0到100，L=50時，就相當于50%的黑；a和b的值域都是由+127至128，其中+127 a就是紅色，漸漸過渡到128 a的時候就變成綠色；同樣原理，+127 b是黃色，128 b是藍色。所有的顏色就以這三個值交互變化所組成。Lab 中的數(shù)值描述正常視力的人能夠看到的所有顏色。因為 Lab 描述的是顏色的顯示方式，而不是設備（如顯示器、桌面打印機或數(shù)碼相機）生成顏色所需的特定色料的數(shù)量，所以 Lab 被視為與設備無關的顏色模型。 色彩管理系統(tǒng)使用 Lab 作為色標，將顏色從一個色彩空間轉(zhuǎn)換到另一個色彩空間。 （2） L* a* b*模型和RGB模型的轉(zhuǎn)換RGB 對 Lab 轉(zhuǎn)換，要經(jīng)過一個 XYZ 顏色模型作為中介，XYZ 是一種“虛擬元色”顏色模式，但不是真正人類視覺觀察的方式。為什么直觀“真實”的 RGB 之外還要引進一個抽象的 XYZ，原因在于 RGB 模式表達極高飽和度的顏色有困難，三刺激值會出現(xiàn)負值即只有用負的顏色才能表達非常高飽和度的顏色，而這種顏色是人眼可以分辨的。而以 XYZ 模式可以保證三刺激值都是正的有效數(shù)值。RGB 與 XYZ 的轉(zhuǎn)換關系是一個矩陣運算；┏ X ┓ ┏ R ┓┃ Y ┃＝ M*┃ G ┃┗ Z ┛ ┗ G ┛M 是一個 3x3 矩陣，反過來的轉(zhuǎn)換自然就是它的逆矩陣；┏ R ┓1 ┏ X ┓┃ G ┃= M*┃ Y ┃┗ B ┛ ┗ Z ┛具體寫出來，┏ ┓M=┃ ┃ ┗ ┛里面都是些毫無規(guī)律的小數(shù)，這些數(shù)據(jù)歸根結(jié)底都是實驗結(jié)果，是經(jīng)驗公式。大約 80 年前，CIE 找了幾百個人做實驗，經(jīng)過推算轉(zhuǎn)換得的到的這些數(shù)據(jù)。但是，這組數(shù)據(jù)并不是“唯一標準”，CIE 規(guī)定了一些嚴格的實驗條件和基本假設，滿足這些條件，才是上面的數(shù)據(jù)，同時還存在別的標準條件，數(shù)據(jù)不一樣。注意代碼中的一句注釋“Observer = 2176。, Illuminant = D65”，這就是條件，也就是 CIE 標準之一，“Observer = 2176?！笔撬^“CIE 二度觀察者”，同時還有“CIE 十度觀察者”標準；“Illuminant = D65”是標準白度假定，這個標準也叫做“XYZccir709”，同時還有“A illuminant 標準”、“C illuminant 標準”、“TL84 標準”等，沒有哪個是“最標準”或“標準的標準”，采用不同標準，矩陣的系數(shù)都不同。 這是轉(zhuǎn)換的前一半，后一半就是 XYZ 到 Lab 轉(zhuǎn)換。Y/Yn L= 116*((Y/Yn)^(1/3))16Y/Yn = L= *Y/Yna= 500*(f(X/Xn)f(Y/Yn))b= 200*(f(Y/Yn)f(Z/Zn))t f(t)= t^(1/3)t = f(t)= *t+16/116Xn= Yn= 1Zn= 其中 L、a、b 的公式都是分段表達的，但是重要的是大于 的部分，小于等于 的部分只是為邏輯合理加的小修正，實際上那個范圍不可能觀察到。 顏色空間的選擇（1）RGB顏色空間是基于三基色理論開發(fā)的顏色相加的顏色模型，它的物理意義很清晰，且顏色的生成不難實現(xiàn)，因此RGB顏色空間是電子輸入設備使用最多的顏色語言，如顯示器，掃描儀和數(shù)碼相機等。RGB顏色空間是和設備無關的，不同的RGB設備再現(xiàn)的顏色不可能完全相同。因為視覺對顏色的感知是非線性的，所以顏色的指定并不真切，這使它的應用范圍受到了局限。（2）CMY色彩模式也可稱為CMYK色彩模型，主要用于彩色打印。在彩色打印及彩色印