多媒体编程基础之色彩空间

Posted 2020-08-11 monkey1992

一、概念

　　1.关于色彩

　　色彩是人的眼睛对于不同频率的光线的不同感受，色彩既是客观存在的（不同频率的光）又是主观感知的，有认识差异。人类对于色彩的认识经历了极为漫长的过程，直到近代才逐步完善起来，但至今，人类仍不能说对色彩完全了解并准确表述了，许多概念不是那么容易理解。

　　2.色彩空间

　　“色彩空间”一词源于西方的“Color Space”，又称作“色域”，色彩学中，人们建立了多种色彩模型，以一维、二维、三维甚至四维空间坐标来表示某一色彩，这种坐标系统所能定义的色彩范围即色彩空间。我们经常用到的色彩空间主要有RGB、CMYK、Lab、YUV等。

　　3.色彩模型

　　色彩模型是使用一组值（通常使用三个、四个值或者颜色成分）表示颜色方法的抽象数学模型。例如三原色光模式(RGB) 和印刷四分色模式(CMYK) 都是色彩模型。但是一个与绝对色彩空间没有函数映射关系的色彩模型或多或少地都是与特定应用要求几乎没有关系的任意色彩系统。

　　在色彩模型和一个特定的参照色彩空间之间加入一个特定的映射函数，就在参照色彩空间中出现了一个明确的"footprint"。这个 "footprint" 称为色域，并且与色彩模型一起定义为一个新的色彩空间。例如 Adobe RGB 和 sRGB 是两个基于 RGB 模型的不同绝对色彩空间。

二、色彩空间并不是唯一的

　　许多人都知道在绘画时可以使用红色、黄色和蓝色这三种原色生成不同的颜色，这些颜色就定义了一个色彩空间。我们将品红色的量定义为X 坐标轴、青色的量定义为Y坐标轴、黄色的量定义为Z坐标轴，这样就得到一个三维空间，每种可能的颜色在这个三维空间中都有唯一的一个位置。

　　但是，这并不是唯一的一个色彩空间。例如，当在计算机监视器上显示颜色的时候，通常使用RGB（红色、绿色、蓝色）色彩空间定义，这是另外一种生成同样颜色的方法，红色、绿色、蓝色被当作X、Y和Z坐标轴。另外一个生成同样颜色的方法是使用色相（X轴）、饱和度（Y轴）和明度（Z轴）表示，这种方法称为HSB色彩空间。另外还有许多其它的色彩空间，许多可以按照这种方法用三维（X、Y、Z）、更多或者更少维表示，但是有些根本不能用这种方法表示。

三、如何定义一个色彩空间

　　正式定义一个色彩空间时通常采用的标准是CIELAB或CIEXYZ色彩空间，他们是为了涵盖正常人可见范围所有色彩所设计提出的，因此是最精确的色彩空间，但过于复杂，不适合于日常使用。

除了上述定义，在一般情况下色彩空间可以不使用色彩模型定义。这类空间，比如潘通（PANTONE），通过一套名称或者数字来定义，并有实际存在的配套的物理色板。

由于每个色彩空间都是用绝对参考框架的功能来定义颜色，色彩空间及设备档案可以通过模拟和数字呈现将使颜色再现出来。

四、色彩空间密度

　　RGB色彩空间根据实际使用设备系统能力的不同，有各种不同的实现方法。截至2006年，最常用的是24-位实现方法，也就是红绿蓝每个通道有8位或者256色级。基于这样的24-位RGB模型的色彩空间可以表现256×256×256 ≈ 1677万色。一些实现方法采用每原色16位，能在相同范围内实现更高更精确的色彩密度。这在宽域色彩空间中尤其重要，因为大部分通常使用的颜色排列的相对更紧密。

五、色彩空间种类

　　1.CIE 1931 XYZ色彩空间是第一次基于人眼对于色彩感知度量建立色彩空间的尝试，它是几乎所有其它色彩空间的基础，CIE色彩空间的变体有：

　　①CIELUV色彩空间 - 可以更加方便的显示颜色差异；

　　②CIE 1964 U*V*W*统一色彩空间；

　　③CIELAB色彩空间。

　　2.利用原色相混的比例表示的色彩空间

　　①RGB采用加法混色法，因为它是描述各种“光”通过何种比例来产生颜色。光线从暗黑开始不断叠加产生颜色。RGB描述的是红绿蓝三色光的数值。RGBA是在RGB上增加阿尔法通道实现透明效果。

　　基于RGB模式的普通色彩空间有sRGB， Adobe RGB和Adobe Wide Gamut RGB。

　　②CMYK印刷过程中使用减法混色法，因为它描述的是需要使用何种油墨，通过光的反射显示出颜色。它是在一种白色介质（画板，页面等）上使用油墨来体现图像。CMYK描述的是青，品红，黄和黑四种油墨的数值。根据不同的油墨，介质，和印刷特性，存在多种CMYK色彩空间。（可以通过色点扩张或者转换各种油墨数值从而得到不同的外观）。

　　3.利用不同的概念表示的色彩空间

　　①HSV (色相hue, 饱和度saturation, 明度value)，也称HSB (B指brightness)是艺术家们常用的，因为与加法减法混色的术语相比，使用色相，饱和度等概念描述色彩更自然直观。HSV是RGB色彩空间的一种变形，它的内容与色彩尺度与其出处——RGB色彩空间有密切联系。

　　②HSL (色相hue，饱和度saturation，亮度lightness/luminance)，也称HLS或HSI (I指intensity)与HSV非常相似，仅用亮度（lightness）替代了明度（brightness）。二者区别在于，一种纯色的明度等于白色的明度，而纯色的亮度等于中度灰的亮度.

　　4.电视常用色彩空间

　　xvYCC是一个新的国际数字视频颜色空间标准，基于孟塞尔颜色系统系统创制，并已被国际电子技术委员会接受。一旦你决定采用何种色彩模式，只要你是用电脑工作，就必须先声明定义色彩空间编码问题。

　　5.商用色彩空间

　　①孟塞尔颜色系统

　　②色票

　　③美国的PMS色票（Pantone Matching System®）

　　④瑞典的NCS色票（Natural Color System®）

　　⑤德国的RAL色票（Reichsausschuß für Lieferbedingungen）

　　⑥日本的DIC色票（大日本油墨化工）

　　6.特殊用途的色彩空间

　　RG Chromaticity是用于计算机视觉的色彩空间，它可以显示光线的颜色，如红、黄、绿等，但是不能显示它的亮度如暗与亮。

　　7.过时的色彩空间

　　早期的色彩空间有两个成分，大部分放弃了蓝色的成分这是因为三个成分将会使得处理过程变得复杂，但是得到的结果仅仅是图像真实度的少许提升，而不能象从单色到两个成分彩色那样有大幅提升。

　　早期的色彩空间有：

　　①早期Technicolor电影用的RG；

　　②早期彩色打印用的RGK。

六、设备的色彩空间

　　每台设备（如显示器或打印机）都有自己的色彩空间并只能生成其色域内的颜色。将图像从某台设备移至另一台设备时，因为每台设备按照自己的色彩空间解释 RGB 或 CMYK 值，所以图像颜色可能会发生变化。[1]为了保证图像在不同设备上显示效果一致，必须使用色彩管理。

 

参考文献：

1.中文维基百科： https://zh.wikipedia.org/wiki/色彩空間

2.WikiPedia:  https://en.wikipedia.org/wiki/Color_space#Lists

3.百度百科： http://baike.baidu.com/link?url=z_hENU7LtEzVucR195Y5bm5EI0FpLW69Y46-BxL_H_HJPEYnAwatfUSKZ1yxVLmZM5XNVHlm5dZ9me9JEXolKK

本文内容完全摘自以上文章，整理出来是为了梳理出关键信息，便于更好的理解。更多信息请访问以上链接。