多媒体技术基础第6章颜色空间变换
多媒体技术基础 第6章 颜色空间变换
第6章#颜色空间变换目录6.1该用什么颜色空间6.4电视系统颜色空间6.1.1颜色空间的分类问题6.4.1电视系统的颜色空间6.1.2颜色空间的变换问题6.4.2European Y'U'V6.1.3颜色空间的选择6.4.3 American Y'TQ'6.4.4SMPTE-CRGB6.2计算机图形颜色空间6.4.5ITU-R BT.601 Y'CbCr6.2.1RGB.CMY和CMYK6.4.6ITU-R BT.709 Y'CbCr6.2.2HSV和RGB6.4.7SMPTE-240MYPbPr6.2.3HSL/HSB和RGB6.4.8KodakPhotoYCC颜色6.2.4 HSI和RGB空间6.3设备无关的颜色空间6.3.1CIE XYZ和CIELAB6.3.2CIEXYZ和CIELUV6.3.3CIEXYZ和RGB，BT.601BT.7092/432025年10月26日第6章颜色空间变换
2025年10月26日 第6章 颜色空间变换 2/43 第6章 颜色空间变换目录 6.1 该用什么颜色空间 6.1.1 颜色空间的分类问题 6.1.2 颜色空间的变换问题 6.1.3 颜色空间的选择 6.2 计算机图形颜色空间 6.2.1 RGB, CMY和CMYK 6.2.2 HSV和RGB 6.2.3 HSL/HSB和RGB 6.2.4 HSI和RGB 6.3 设备无关的颜色空间 6.3.1 CIE XYZ和CIELAB 6.3.2 CIE XYZ和CIELUV 6.3.3 CIE XYZ和RGB，BT.601， BT.709 6.4 电视系统颜色空间 6.4.1 电视系统的颜色空间 6.4.2 European Y'U'V' 6.4.3 American Y'I'Q' 6.4.4 SMPTE-C RGB 6.4.5 ITU-R BT.601 Y'CbCr 6.4.6 ITU-R BT.709 Y'CbCr 6.4.7 SMPTE-240M Y'PbPr 6.4.8 Kodak PhotoYCC颜色 空间
6.1该用什么颜色空间■6.1.1颜色空间的分类问题>从颜色感知的角度可考虑分成如下3类.混合(mixture)型颜色空间：按三种基色的比例合成颜色，如RGB，CMY(K)和XYZ■非线性亮度/色度(luma/chroma)型颜色空间：用一个分量表示非色彩的感知，用两个独立的分量表示色彩的感知，如L*a*b,L*u*v，YUV和YIQ。当需要黑白图像时，使用这样的系统就非常方便强度/饱和度/色调(intensity/saturation/hue)型颜色空间：用饱和度和色调描述色彩的感知，可使颜色的解释更直观，而且对消除光亮度的影响很有用，如HSI,HSL,HSV和LCh3/432025年10月26日第6章颜色空间变换
2025年10月26日 第6章 颜色空间变换 3/43 6.1 该用什么颜色空间 ◼ 6.1.1 颜色空间的分类问题 ➢ 从颜色感知的角度可考虑分成如下3类 ◼ 混合(mixture)型颜色空间：按三种基色的比例合 成颜色，如RGB，CMY(K)和XYZ ◼ 非线性亮度/色度(luma/chroma)型颜色空间：用 一个分量表示非色彩的感知，用两个独立的分量 表示色彩的感知，如L*a*b, L*u*v，YUV和YIQ。 当需要黑白图像时，使用这样的系统就非常方便 ◼ 强度/饱和度/色调(intensity/saturation/hue)型颜色 空间：用饱和度和色调描述色彩的感知，可使颜 色的解释更直观，而且对消除光亮度的影响很有 用，如HSI, HSL, HSV和LCh
6.1该用什么颜色空间（续1）>从技术角度可考虑分成如下3类■（1)RGB型颜色空间/计算机图形颜色空间：主要用于电视机和计算机的颜色显示系统，如RGB，HSI,HSL和HSV。在显示技术和印刷技术中，常被称为颜色模型(colormode)XYZ型颜色空间/CIE颜色空间：由国际照明委员会（CIE）定义的颜色空间，用作颜色的基本度量方法。该颜色空间是与设备无关的颜色表示法，在科学计算中得到广泛应用。对不能直接相互转换的两个颜色空间，可利用这类颜色空间作为过渡性的颜色空间，如CIE1931XYZ，L*a*b，L*u*v和LCh等YUV型颜色空间/电视系统颜色空间：由广播电视需求的推动而开发的颜色空间，如YUV，YIQ，ITU-RBT.601Y'CbCr,ITU-RBT.709Y'CbCr和SMPTE-240MY'PbPr。主要目的是通过压缩色度信息以有效地播送彩色电视图像4/432025年10月26日第6章颜色空间变换
2025年10月26日 第6章 颜色空间变换 4/43 6.1 该用什么颜色空间(续1) ➢ 从技术角度可考虑分成如下3类 ◼ (1) RGB型颜色空间/计算机图形颜色空间：主要用于电视 机和计算机的颜色显示系统，如RGB，HSI, HSL和HSV。 在显示技术和印刷技术中，常被称为颜色模型(color mode) ◼ XYZ型颜色空间/CIE颜色空间：由国际照明委员会(CIE) 定义的颜色空间，用作颜色的基本度量方法。该颜色空间 是与设备无关的颜色表示法，在科学计算中得到广泛应用。 对不能直接相互转换的两个颜色空间，可利用这类颜色空 间作为过渡性的颜色空间，如CIE 1931 XYZ，L*a*b， L*u*v和LCh等 ◼ YUV型颜色空间/电视系统颜色空间：由广播电视需求的 推动而开发的颜色空间，如YUV，YIQ，ITU-R BT.601 Y'CbCr, ITU-R BT.709 Y'CbCr和SMPTE-240M Y'PbPr。主 要目的是通过压缩色度信息以有效地播送彩色电视图像
6.1该用什么颜色空间（续2)按照上述观点对颜色空间进行的分类综合在表6-1中这样分类虽然并不很科学，也不是绝对的，但对颜色空间的认识多少会有些帮助。表6-1颜色空间的分类类型RGB型XYZ型YUV型混合型(mixture)RGBXYZ非线性亮度/色度L*a*b*YUVL*u**YIQ(luma/chroma)强度/饱和度/色调HSI, HSLLCh/CHLHSV(intensity/saturation/hue)5/432025年10月26日第6章颜色空间变换
2025年10月26日 第6章 颜色空间变换 5/43 6.1 该用什么颜色空间(续2) ➢ 按照上述观点对颜色空间进行的分类综合在表6-1中。 这样分类虽然并不很科学，也不是绝对的，但对颜 色空间的认识多少会有些帮助。 类型 RGB型 XYZ型 YUV型 混合型(mixture) RGB XYZ - 非线性亮度/色度 (luma/chroma) - L* a *b * L* u * v * YUV YIQ 强度/饱和度/色调 (intensity/saturation/hue) HSI, HSL HSV LCh/CHL 表6-1 颜色空间的分类
6.1该用什么颜色空间（续3）16.1.2颜色空间的变换问题为满足不同的应用需求，需要在各种不同的颜色空间之间进行转换如为艺术家选择颜色的方便、减少图像的数据量或满足显示系统的要求，几平所有的颜色空间都是从RGB颜色空间导出的因对视觉感知特性还不十分清楚，故对变换的计算模型产生不同程度的怀疑常见颜色空间之间的变换关系见图6-1，可见，有些颜色空间之间可以直接变换，如RGB和HSL，RGB和HSB，RGB和R'G'B'R'G'B'和Y'CrCb，CIEXYZ和CIEL*a*b*等■有些颜色空间之间不能直接变换，如，RGB和CIELa*b*CIEXYZ和HSL，HSL和Y'CbCr等，它们之间的变换需要借助其他颜色空间进行过渡6/432025年10月26日第6章颜色空间变换
2025年10月26日 第6章 颜色空间变换 6/43 6.1 该用什么颜色空间(续3) ◼ 6.1.2 颜色空间的变换问题 ➢ 为满足不同的应用需求，需要在各种不同的颜色空 间之间进行转换 ◼ 如为艺术家选择颜色的方便、减少图像的数据量或满足显 示系统的要求 ➢ 几乎所有的颜色空间都是从RGB颜色空间导出的 ◼ 因对视觉感知特性还不十分清楚，故对变换的计算模型产 生不同程度的怀疑 ➢ 常见颜色空间之间的变换关系见图6-1，可见 ◼ 有些颜色空间之间可以直接变换，如RGB和HSL，RGB和 HSB，RGB和R'G'B', R'G'B'和Y'CrCb，CIE XYZ和CIE L*a*b*等 ◼ 有些颜色空间之间不能直接变换，如，RGB和CIE La*b*, CIE XYZ和HSL，HSL和Y'CbCr等，它们之间的变换需要 借助其他颜色空间进行过渡
6.1该用什么颜色空间（续4）线性光(x.y）色度感知均匀面向色调刺激极坐标CIEL*u*v*CIEL"huCuCIEXYY投影变换投影变换CIEXYZ极坐标CIEL*habCabCIEL*a*b*非线性变换3X3非线性变换非线性HSL,HSB线性RGB非线性变换变换函数R'GB'3X3非线性Y'CbCr图像编码系统图6-1部分颜色空间的转换关系[1]7/432025年10月26日第6章颜色空间变换
2025年10月26日 第6章 颜色空间变换 7/43 6.1 该用什么颜色空间(续4) 图6-1部分颜色空间的转换关系[1]
6.1该用什么颜色空间（续5）■6.1.3颜色空间的选择RGB与CMY颜色空间·RGB(red，greenandblue）：在图像显示系统中得到广泛应用■CMY(cyan magenta yellow）：在印刷和打印系统中得到广泛应用，CMYK(cyanmagentayellowblack)中的黑色是为改善打印质量而增加的颜色分量RGB和CMY(K)颜色空间都是与设备相关颜色指定不直观8/432025年10月26日第6章颜色空间变换
2025年10月26日 第6章 颜色空间变换 8/43 6.1 该用什么颜色空间(续5) ◼ 6.1.3 颜色空间的选择 ➢ RGB与CMY颜色空间 ◼ RGB(red，green and blue) ：在图像显示系统中得 到广泛应用 ◼ CMY(cyan magenta yellow)：在印刷和打印系统 中得到广泛应用 ◆ CMYK(cyan magenta yellow black)中的黑色是为改善打 印质量而增加的颜色分量 ◼ RGB 和CMY(K)颜色空间 ◆ 都是与设备相关 ◆ 颜色指定不直观
6.1该用什么颜色空间（续6计算机图形颜色空间■计算机绘图用的颜色空间包括Hsv(hue,saturationand value)HSL/HLS(hue,saturationandlightness)HSI(hue , saturation and intensity)HSB(hue, saturationand brightness)HCI(hue,chroma/colourfulness,intensity)HVC(hue,valueandchroma)这些颜色空间都是从RGB变换来的、与设备相关的类似的颜色空间，特点指定颜色方式非常直观，很容易选择所需要的色调，把亮度从颜色信息中分离出来9/432025年10月26日第6章颜色空间变换
2025年10月26日 第6章 颜色空间变换 9/43 6.1 该用什么颜色空间(续6) ➢ 计算机图形颜色空间 ◼ 计算机绘图用的颜色空间包括 ◆ HSV(hue，saturation and value) ◆ HSL/HLS(hue，saturation and lightness) ◆ HSI(hue，saturation and intensity) ◆ HSB(hue，saturation and brightness) ◆ HCI(hue，chroma/colourfulness，intensity) ◆ HVC (hue，value and chroma) ◼ 这些颜色空间都是从RGB变换来的、与设备相关 的类似的颜色空间，特点 ◆ 指定颜色方式非常直观，很容易选择所需要的色调 ◆ 把亮度从颜色信息中分离出来
6.1该用什么颜色空间（续7）电视系统的颜色空间，电视系统的颜色空间包括YUV：用在PAL和SECAM模拟彩色电视制式中，Y表示亮度，U和V表示两个色差分量YIQ：用在NTSC模拟彩色电视制式中，Y表示亮度，I和Q表示两个彩色分量YCbCr/YCbCr2：用于数字电视，在ITU-RBT.601和BT.709等推荐标准中有明确的定义Y‘PbPr/Y'Pb‘Pr：用于高清晰度电视这些颜色空间是亮度和色度(luminance-chrominance)分离的电视播送颜色空间(televisiontransmissioncolorspaces)数字电视和模拟电视的颜色空间都把RGB颜色空间分离成亮度和色度，目的是为了更有效地压缩图像的数据量这些颜色空间都是与设备相关的，而且在闭环系统中的使用条件也相当严格10/432025年10月26日第6章颜色空间变换
2025年10月26日 第6章 颜色空间变换 10/43 6.1 该用什么颜色空间(续7) ➢ 电视系统的颜色空间 ◼ 电视系统的颜色空间包括 ◆ YUV：用在PAL和SECAM模拟彩色电视制式中， Y表示亮 度，U和V表示两个色差分量 ◆ YIQ：用在NTSC模拟彩色电视制式中， Y表示亮度，I和Q 表示两个彩色分量 ◆ Y‘CbCr/Y’Cb‘ Cr’ ：用于数字电视, 在ITU-R BT.601和BT.709 等推荐标准中有明确的定义 ◆ Y‘PbPr/Y’Pb‘Pr’：用于高清晰度电视 ◆ . ◼ 这些颜色空间是亮度和色度(luminance-chrominance)分离的 电视播送颜色空间(television transmission color spaces) ◼ 数字电视和模拟电视的颜色空间都把RGB颜色空间分离成 亮度和色度，目的是为了更有效地压缩图像的数据量 ◼ 这些颜色空间都是与设备相关的，而且在闭环系统中的使 用条件也相当严格