颜色空间

Posted 2022-01-07 kekec

颜色空间（Color Space）常见的包括：RGB、RGBA、CMYK、YUV、HSL和HSV/HSB

RGB（wiki中文）颜色模型

RGB颜色模型是基于人眼感光的生理特点，将红（Red）、绿（Green）、蓝（Blue）三原色的色光按不同的比例相加来让人眼感受到不同的颜色。

电视和计算机彩色显示器（CRT或LCD）都是使用该模型来产生颜色 

(0, 0, 0) 表示纯黑色，(255, 255, 255)表示纯白色。详见：RGB颜色对照表

RGBA（wiki中文）颜色模型

在RGB模型的基础上增加了不透明度参数alpha，使得alpha渲染和alpha合成变得可能。alpha=0为全透明，alpha=1为不透明

PNG是一种使用RGBA的图像格式

RGBA转RGB

在背景颜色Bkg(R, G, B)上，叠加一个Color(R, G, B, A)，得到的目标颜色Target为：

Target.R = Bkg.R * (1 - Color.A) + Color.R * Color.A
Target.G = Bkg.G * (1 - Color.A) + Color.G * Color.A
Target.B = Bkg.B * (1 - Color.A) + Color.B * Color.A

注1：各颜色分量都归一化到[0.0, 1.0]范围内

注2：A为0表示全透，为1表示不透

如下为一张纯白色图叠加一张透明图的结果

CMYK（wiki中文）颜色模型

CMYK用于印刷行业。光线叠加的原理是越叠越亮，然而打印机打印是油墨，颜料的叠加是颜色越多越黑 

C：Cyan ＝ 青色
M：Magenta ＝ 洋红色，又称为“品红色”
Y：Yellow ＝ 黄色
K：blacK ＝ 黑色

RGB与CMYK转换公式

RGB、CMYK各颜色分量的范围为：[0, 1]

RGB --> CMYK

当为纯黑色时，即RGB=(0,0,0)：，CMYK=(0,0,0,1)

其他情况时：

CMYK  -->  RGB

 

YUV（wiki中文）颜色模型

YUV（Y是明亮度 -- Luminance、Luma，U是色度 -- Chrominance、V是浓度 -- Chroma；UV代表彩度）是一种颜色编码方法，Y‘UV, YUV, YCbCr，YPbPr等专有名词都可以称为YUV。

白色是明亮的颜色，而灰色被认为是不太亮的白色。换句话说，白色和灰色的色度是一样的，而明亮度不同。

将亮度信息（Y）与色彩信息（UV）分离，没有 UV 信息一样可以显示完整的图像，只不过是黑白的，这样的设计刚好解决了彩色电视机与黑白电视的兼容问题。

下图为Y=0.5的UV颜色面板

RGB与YUV转换公式

RGB、YUV各颜色分量的范围为：[0, 1]

RGB --> YUV

Y= 0.299⋅R＋0.587⋅G＋0.114⋅B
U=－0.147⋅R－0.289⋅G＋0.436⋅B 
V= 0.615⋅R－0.515⋅G－0.100⋅B

注：将彩色图像转换成灰色图像，就是从RGB求得Y明亮度的过程   即：灰度 = 0.299⋅R+0.587⋅G+0.114⋅B

YUV --> RGB

R= Y＋1.14⋅V
G= Y－0.39⋅U－0.58⋅V
B= Y＋2.03⋅U

 

HSL和HSV/HSB（wiki中文）颜色模型

HSL（H是色相 -- Hue，S是饱和度 -- Saturation，L是亮度 -- Lightness） 注：windows的画图软件使用的是该模型

HSV（H是色相 -- Hue，S是饱和度 -- Saturation，V是明度 -- Value），又称HSB（B -- Brightness）   注：Adobe Photoshop使用的是该模型

都是一种将RGB色彩模型中的点在圆柱坐标系中的表示法。 

色相（Hue）是色彩的外相，是在不同波长的光照射下，人眼所感觉到的不同的颜色，如红色、黄色、蓝色等。范围：[0, 360)

windows的画图软件中将色相称之为色调，如下：

饱和度（Saturation）又称也叫色度或彩度，指色彩的纯度，越高色彩越纯（如大红就比玫红更红，即大红的饱和度要高），低则逐渐变灰，黑色、白色以及灰色都是饱和度=0的颜色。范围：[0, 1]

饱和度由光线强弱和在不同波长的强度分布有关。最高的饱和度一般由单波长的强光（例如激光）达到，在波长分布不变的情况下，光强度越弱则饱和度越低

亮度（Lightness）、明度（Value or Brightness）指颜色的亮度，不同的颜色具有不同的明度，例如黄色就比蓝色的明度高  范围：[0, 1]

 

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

① 在HSL中，饱和度分量总是从完全饱和色变化到等价的灰色（在HSV中，在极大值V的时候，饱和度从全饱和色变化到白色，这可以被认为是反直觉的）
② 在HSL中，亮度跨越从黑色过选择的色相到白色的完整范围（在HSV中，V分量只走一半行程，从黑到选择的色相）

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

 

HSL与HSV转换公式

H范围： [0, 360)      S范围：[0, 1]      L、V范围：[0, 1]

HSV  -->  HSL

HSL  -->  HSV

RGB与HSL转换公式

r、g、b的范围：[0, 1]；max为r, g和b中的最大者；min为r, g和b中的最小者。 

H范围： [0, 360)      S范围：[0, 1]      L范围：[0, 1]

RGB --> HSL

HSL --> RGB

当S=0时（为灰色的情况）：

当S ≠ 0时：

 

RGB与HSV转换公式

r、g、b的范围：[0, 1]；max为r, g和b中的最大者；minr, g和b中的最小者。 

H范围： [0, 360)      S范围：[0, 1]      V范围：[0, 1]

RGB --> HSV

HSV --> RGB