第2章颜色空间变换 (征求意见稿) 清华大学计算机科学与技术系 智能技术与系统国家重点实验室 林福宗 2001年10月20日 最近一百多年以来,为了满足各种不同用途的需求,人们已经开发了许多不同名称的颜 色空间,尽管目前几乎所有的颜色空间都是从RGB颜色空间导出的,但随着科学和技术的 进步,人们还在继续开发形形色色的颜色空间。可以说表示颜色的颜色空间的数目是无穷的 而且可以说,现有的颜色空间还没有一个完全符合人的视觉感知特性、颜色本身的物理特性 或者发光物体和光反射物体的特性 本章选择了几种使用比较普通且与多媒体技术密切相关的颜色空间,介绍它们之间的转 换关系。在所介绍的这些颜色空间中,有些颜色空间彼此之间可直接转换,有些则要通过与 设备无关的颜色空间进行转换。各种不同颜色空间之间进行转换的目的各不相同,有的是为 了艺术家选择颜色的方便,有的是为了减少图像的数据量,有的是为了满足显示系统的要求 这就要求我们正确地选择颜色空间和颜色空间之间的转换关系,或者自己开发适合特定用途 的颜色空间 需要注意的是,①本章介绍的变换算法和其中的系数虽然参照了许多文献之后选择的 笔者也用 MATLAB60软件对某些数据进行过核实和校正,但教材中引用的物理数据却没 有条件逐一加以验证。因此,由这些物理数据导出的矩阵中的变换系数不一定能保证满足你 的需求,有些文献或者应用软件中使用的方法和系数也可能与本章介绍的方法和系数有所不 同。可以说,在颜色空间变换中目前也许还没有绝对准确的变换系数。②笔者近年来发现, 需要使用颜色空间转换的人越来越多,为了对颜色空间的变换算法有比较深入的了解,为此 从大量的颜色科学研究和技术开发项目中选择了一些用不同语言编写的核心子程序供参考, 列在附录中。此外,这些程序不一定能够直接使用,需要补充和重新编写。对这部分的内容, 读者可根据自己的能力和兴趣决定是否要阅读 2.1该用什么颜色空间 211颜色空间的分类问题 探讨颜色空间的分类问题,目的是为了借鉴前人开发颜色空间的思路,以便我们更好地 利用现有的颜色空间,或者改进现有颜色空间存在的问题,同时也为了我们开发新的颜色空 间打下基础 在无数的颜色空间中,已经在各行各业应用的颜色空间包括本教材介绍的 American YIQ, BT601, Bt 709, CIE 1931 RGB, CIE 1931 xyY, CIE 1931 XYZ, CIE 1976 LAB, CIE 1976 LUV, CIE Lab/CIE L*a*b*, CIE LSH, CIE uvY, CIEL*u*v*, CIELAB LCh, CIELUV LCh, CMY, CMYK, European YUV, HIS, HLS/HSL, HSL/HSB, HSV, ITU-R BT601 Y'CbCr ITU-R BT709 Y'CbCr. Kodak Photo CD yCC. Kodak PhotoYCC. Munsell Hvc. photoYcc SMPTE240 MYPbPr和 SMPTE-C RGB等,以及本教材没有介绍的许多颜色空间,例如, Xerox Corporation YES颜色空间,其中的Y代表亮度,E代表红绿轴的色度S代表黄蓝轴1 第 2 章 颜色空间变换 (征求意见稿) 清华大学计算机科学与技术系 智能技术与系统国家重点实验室 林福宗 2001 年 10 月 20 日 最近一百多年以来，为了满足各种不同用途的需求，人们已经开发了许多不同名称的颜 色空间，尽管目前几乎所有的颜色空间都是从 RGB 颜色空间导出的，但随着科学和技术的 进步，人们还在继续开发形形色色的颜色空间。可以说表示颜色的颜色空间的数目是无穷的， 而且可以说，现有的颜色空间还没有一个完全符合人的视觉感知特性、颜色本身的物理特性 或者发光物体和光反射物体的特性。 本章选择了几种使用比较普通且与多媒体技术密切相关的颜色空间，介绍它们之间的转 换关系。在所介绍的这些颜色空间中，有些颜色空间彼此之间可直接转换，有些则要通过与 设备无关的颜色空间进行转换。各种不同颜色空间之间进行转换的目的各不相同，有的是为 了艺术家选择颜色的方便，有的是为了减少图像的数据量，有的是为了满足显示系统的要求。 这就要求我们正确地选择颜色空间和颜色空间之间的转换关系，或者自己开发适合特定用途 的颜色空间。 需要注意的是，①本章介绍的变换算法和其中的系数虽然参照了许多文献之后选择的， 笔者也用 MATLAB 6.0 软件对某些数据进行过核实和校正，但教材中引用的物理数据却没 有条件逐一加以验证。因此，由这些物理数据导出的矩阵中的变换系数不一定能保证满足你 的需求，有些文献或者应用软件中使用的方法和系数也可能与本章介绍的方法和系数有所不 同。可以说，在颜色空间变换中目前也许还没有绝对准确的变换系数。②笔者近年来发现， 需要使用颜色空间转换的人越来越多，为了对颜色空间的变换算法有比较深入的了解，为此 从大量的颜色科学研究和技术开发项目中选择了一些用不同语言编写的核心子程序供参考， 列在附录中。此外，这些程序不一定能够直接使用，需要补充和重新编写。对这部分的内容， 读者可根据自己的能力和兴趣决定是否要阅读。 2.1 该用什么颜色空间 2.1.1 颜色空间的分类问题 探讨颜色空间的分类问题，目的是为了借鉴前人开发颜色空间的思路，以便我们更好地 利用现有的颜色空间，或者改进现有颜色空间存在的问题，同时也为了我们开发新的颜色空 间打下基础。 在无数的颜色空间中，已经在各行各业应用的颜色空间包括本教材介绍的 American Y'I'Q', BT.601, Bt.709, CIE 1931 RGB, CIE 1931 xyY, CIE 1931 XYZ, CIE 1976 LAB, CIE 1976 LUV, CIE Lab/CIE L*a*b*, CIE LSH , CIE uvY, CIEL*u*v*, CIELAB LCh, CIELUV LCh, CMY, CMYK, European Y'U'V', HIS, HLS/HSL, HSL/HSB, HSV, ITU-R BT.601 Y'CbCr, ITU-R BT.709 Y'CbCr, Kodak Photo CD YCC , Kodak PhotoYCC, Munsell HVC, PhotoYCC, SMPTE-240M Y'PbPr 和 SMPTE-C RGB 等，以及本教材没有介绍的许多颜色空间，例如， Xerox Corporation YES 颜色空间，其中的 Y 代表亮度, E 代表红-绿轴的色度,S 代表黄-蓝轴