【導(dǎo)讀】spacesasRGBspace,CMYspace,YUVspace,YCbCrspace,recognition.

　　

【正文】 入其他顏色空間中。但是， RGB 空間與顏色直覺不一致，而且過于容易被光線影響。此空間的三個顏色分量是互相關(guān)聯(lián)的【 2】。 CMY 空間通過 RGB 空間分量補充性分量來表現(xiàn)顏色。常被用于彩色電視系統(tǒng)的 YUV 空間通過 Y,U,V 三個波道來定義像素。 Y 表示的是亮度信息 ， U 和 V 是色差，并決定整體色差，而 RGB 則是靠三個分量之間的差別來影響整體色差的。 HIS 空間與人類對顏色的直覺相一致，其三個分量互相獨立，并且可以分別覺察到每個分量的變化，但是 HSI 空間中的非線性變化可能導(dǎo)致當(dāng)飽和度低的時候出現(xiàn)大量的運算及顏色空間的異常。然而在 YCbCr 顏色空間中，色度成分和亮度成分是相互依賴的。除此之外，由于從 YCbCr 空間到 RGB 空間的轉(zhuǎn)換是很簡單的線性轉(zhuǎn)化，所以前者通常被應(yīng)用于視頻編碼壓縮領(lǐng)域。 YUV 空間， YCbCr 空間和 HSI 空間都用二維來表現(xiàn)光譜，用第三維來表現(xiàn)顏色的強度，這使他 們比 RGB 空間更容易適應(yīng)光線強度的變化。顏色識別技術(shù)現(xiàn)已被應(yīng)用于各項領(lǐng)域，發(fā)展迅速；如產(chǎn)品表面，汽車牌照定位，人臉及皮膚紋理識別【 36】。隨著顏色空間的變化，顏色識別的影響也會有所不同。本文通過研究 RGB 空間， CMY 空間， YUV 空間， YCbCr 空間， I1I2I3 空間及 HSI空間這幾個常用顏色空間的顏色特征可除性，得出結(jié)論：在上述基于距離判據(jù)的顏色空間中， HSI 最具可除性；并為顏色識別提供理論基礎(chǔ)。 建立并選擇一個適合的顏色空間對獲得一種有效的顏色特征來描述色彩圖像的特征至關(guān)重要。 不同的顏色空間用于不同的研究目的。顏色空間是指用三維空間的數(shù)組來定義顏色。在色彩圖像的處理過程中，顏色空間又稱顏色模型，或顏色坐標(biāo)。通過某些轉(zhuǎn)化，可以將一個色彩空間轉(zhuǎn)換為另一個。下面是一些顏色空間的介紹及其轉(zhuǎn)化。 A. RGB 顏色空間 陜西科技大學(xué) 10 光譜的三個原色是紅（ R），綠（ G），藍（ B），所有的顏色都能用三種基本組合起來形成。在數(shù)碼影像中， R， G， B 的取值范圍 0 到 255。在三維坐標(biāo)空間中的多維數(shù)據(jù)集可用于描述 RGB 顏色空間，紅，綠，藍分別為軸線，如圖表 1 所示。 RGB 顏色空間最主要的缺點如下所列： 1. 非直觀性。很難從 RGB 數(shù)據(jù)庫中看到顏色本身所表示的認(rèn)知屬性。 2. 非一致性。 RGB 顏色空間中兩種顏色間的感知區(qū)別與其間的距離是不同 的。 3. 依賴于硬件設(shè)備 總之， RGB 空間與設(shè)備相關(guān)，是一個不完備的直觀顏色說明。為了解決這些 問題，采用其他更符合顏色視覺特征的顏色空間，使得 RGB 空間可以很容易映射 到其中。 B． CMY(CMYK)顏色空間 CMY 空間是笛卡爾直角坐標(biāo)系的空間結(jié)構(gòu)，其三個主要組件是青色（ C），品紅（ M），黃色（ Y）。相減混色模式以吸收三基色比例不同而形成不同的顏色。 CMY 空間被廣泛應(yīng)用于像噴墨 打印機一類的非發(fā)射顯示器。理論上來說，三種等量基色可形成黑色，但是由于目前制造工藝還不能造出高純度的油墨， CMY 相加的結(jié)果實際是一種暗紅色。一般而言，要想得到高純度的黑色就要加入第四個基色，也就是黑色；這就是 CMYK 顏色空間。 CMY 空間不是很直觀且非線性，它的三個組件是紅，綠，藍三個互相補充的顏色，在 CMY 模型中，顏色是從白光中減去一定成分得到的。其轉(zhuǎn)化如下所示：從 RGB 空間到 CMY 空間的轉(zhuǎn)化如下所示： C． YUV 和 YCbCr 顏色空間 YUV 空間和 YCbCr 空間都含有一個亮度元素和兩個色度元素。在 YUV 空間中， Y表示明亮度，而 U 和 V 表示的則是色差，它的亮度信號 Y 和色度信號 U、 V 是分離的，而且， YUV 空間可以減少由人類視覺特性的數(shù)字彩色圖像所需的存儲容量。在 YCbCr 空間中， Y 是指亮度分量， Cb 指藍色色度分量，而 Cr 指紅色色度分量；其優(yōu)點顯而易見：顏色分量與亮度元素相分離，并可從 RGB 空間進行線性轉(zhuǎn)換。通過以下方程式可大致解釋從 RGB 到 YUV 的轉(zhuǎn)換關(guān)系： 顏色空間 它反映了人的視覺系統(tǒng)感知彩色的方式，以色調(diào)（ H）、飽和度（ S）和強度（ I）三種基本特征量來感知顏色；與其相似的還有 HSV 顏色空間（色相 h，飽和度 s，色調(diào) v）和 HSB 顏色空間（色相 h，飽和度 s，亮度 b），這些都屬于極坐標(biāo)空間的結(jié)構(gòu)，它們共同的優(yōu)點是可以直觀的描述顏色，且大多可以從 RGB 空間進行線性轉(zhuǎn)換。 HSI 模型的建立基于兩個重要的事實： 一是 I 分量與圖像的彩色信息無關(guān)；二是 H 和 S 分量與人感受顏色的方式是緊密相聯(lián)的，其中 H 分量對顏色的描述能力最接近于人類的視覺，因此，它的區(qū)分力也是最強的【 8】。 RGB 空間到 HSI 空間的轉(zhuǎn)換如下方程式所示： 有三元素的 HSI 顏色空間與人類習(xí)慣相適應(yīng)，可以更好的描述顏色。但色差中依然存在非線 性的缺點，尤其是 H 分量的顏色與角度。 E． I1I2I3 顏色空間 RGB 空間到 I1I2I3 空間的線性轉(zhuǎn)換如下方程式以得到三個顏色直方特征： 由公式（ 7）可知， I1,I2,I3 的數(shù)值可正可負，在圖像識別中， I1I2I3 空間具有最佳的非相關(guān)性。 陜西科技大學(xué) 11 通過顏色空間，抽象、主觀的視覺感知可被轉(zhuǎn)化為三維空間中的特定位置、矢量，從而有可能使彩色圖像和設(shè)備的顏色特征可視化。顏色空間是顏色識別的重要工具，各種混合系統(tǒng)有其相應(yīng)的顏色空間并有不同的屬性和各自的優(yōu)缺點。顏色空間的有效性是處 理彩色圖像的關(guān)鍵，可除性標(biāo)準(zhǔn)則被用來檢測不同顏色空間對顏色的分類。距離判據(jù)具有簡明清晰的概念，即，類屬中距離越小，類屬間距離越大，可除性便越大。下面的特征分析運算法則便是基于距離判據(jù)【 10】。 計算均值向量和 i 類樣本的協(xié)方差， N 是總樣本數(shù)， Ni 是 i 類樣本數(shù)。 計 算 總 的 均 值 向 量和協(xié)方差 。 構(gòu)造 i 類 樣 本 的 散 射 矩陣。 構(gòu) 建 在 同一類 樣 本 的 總 散 射 矩陣。 構(gòu) 建 不同的 類之間 樣 本 的 總 散 射 矩陣。 定義評價指標(biāo)，如下所示： 顏色被人的眼睛分為十一類，紅色、綠色、藍色、黃色、紫色、橙色、粉紅色、棕色、灰色、白色和黑色，如圖表 2。 對 RGB 空間 ,CMY 空間 ,YUV 空間 ,I1I2I3空間 ,和 HSI 空間分別進行評估運算，特征參數(shù)和評價指標(biāo)如表格 I 所示。 從表格 I 可知， HSI 空間與其它四個所分析的顏色空間相比最具可除性。 必須選擇有效的顏色空間來處理彩色圖像。本文在可除性標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，對五個常用的顏色空間進行分析和比較，實驗結(jié)果表明 HSI 顏色空間 具有最強的可除性。這也為顏色識別中的顏色空間選擇提供了基礎(chǔ)。 感謝 本項目由遼寧省自然科學(xué)基金資助（項目編號： 20202153）。