标题：颜色空间
颜色空间
颜色空间也称彩色模型(又称彩色空间或彩色系统）它的用途是在某些标准下用通常可接受的方式对彩色加以说明。本质上，彩色模型是坐标系统和子空间的阐述。位于系统的每种颜色都有单个点表示。现在采用的大多数颜色模型都是面向硬件或面向应用的。颜色空间从提出到现在已经有上百种，大部分只是局部的改变或专用于某一领域。科学研究中有不少逻辑性等方面比HSХ更高的颜色空间。　
颜色空间有许多种，常用有RGB，CMY，HSV,HSI等。
RGB（红绿蓝）是依据人眼识别的颜色定义出的空间，可表示大部分颜色。但在科学研究一般不采用RGB颜色空间，因为它的细节难以进行数字化的调整。它将色调，亮度，饱和度三个量放在一起表示，很难分开。它是最通用的面向硬件的彩色模型。该模型用于彩色监视器和一大类彩色视频摄像。
CMY是工业印刷采用的颜色空间。它与RGB对应。简单的类比RGB来源于是物体发光，而CMY是依据反射光得到的。具体应用如打印机：一般采用四色墨盒，即CMY加黑色墨盒。
HSV,HSI两个颜色空间都是为了更好的数字化处理颜色而提出来的。有许多种HSX颜色空间，其中的X可能是V,也可能是I，依据具体使用而X含义不同。H是色调，S是饱和度，I是强度。
L*a*b颜色空间用于计算机色调调整和彩色校正。它独立于设备的彩色模型实现。这一方法用来把设备映射到模型及模型本社的彩色分布质量变化。
  颜色空间等能量的蓝、绿、红三原色分别作为X、Y、Z轴构成颜色空间
RGB
RGB是通过红绿蓝三原色来描述颜色的颜色空间，R=Red、G=Green、B=Blue。
YIQ
YIQ色彩空间属于NTSC系统。这里Y是指颜色的明视度，即亮度。其实Y就是图像灰度值，I和Q都指的是指色调，即描述图像色彩与饱和度的属性。在YIQ颜色空间中，Y分量表示图像的亮度信息，I分量和Q分量则携带着颜色信息，I分量表示从橙色到青色的颜色变化，而Q分量则表示从紫色到黄绿色的颜色变化。YIQ颜色空间具有能将图像中的亮度分量分离提取出来的优点，并且YIQ颜色空间与RGB颜色空间之间是线性变换的关系，计算量小，聚类特性也比较好，可以适应光照强度不断变化的场合，因此能够有效地用于彩色图像处理。
  橙子RGB图像、NTSC图像与YIQ各分量图像RGB和YIQ的对应关系用下面的方程式表示：
Y = 0.299R + 0.587G + 0.114B
I = 0.596R - 0.275G - 0.321B
Q = 0.212R - 0.523G + 0.311B
YUV/YCbCr/YPbPr
YUV是通过亮度-色差来描述颜色的颜色空间。
亮度信号经常被称作Y，色度信号是由两个互相独立的信号组成。视颜色系统和格式不同，两种色度信号经常被称作UV或PbPr或CbCr。这些都是由不同的编码格式所产生的，但是实际上，他们的概念基本相同。在DVD中，色度信号被存储成Cb和Cr（C代表颜色，b代表蓝色，r代表红色）。
几种颜色空间的优缺点
RGB颜色空间是图像处理中最基本、最常用、面向硬件的颜色空间。我们采集到的彩色图像，一般就是被分成R、G、B的成分加以保存的。然而，自然环境下获取的果实图像容易受自然光照、叶片遮挡和阴影等情况的影响，即对亮度比较敏感。而RGB颜色空间的分量与亮度密切相关，即只要亮度改变，3个分量都会随之相应地改变。所以，RGB颜色空间适合于显示系统，却并不适合于图像处理。HIS颜色空间用H（色调）、I（亮度）和S(饱和度)来表示。它有两个特点：①I分量与图像的彩色信息无关，所以对彩色处理只要考虑其它两个分量即可；②H与S分量与人眼感受颜色的方式很接近。可是，HIS颜色空间存在奇异点，在距离奇异点较近处，如果R、G、B分量有微小地变化就可能会导致H分量的巨大波动，致使系统不稳定。另一方面，HIS变换与RGB变换都是非线性变换，耗时多，无法满足机器手进行采摘工作的实时性需要。L*a*b*颜色空间可以直接通过使用颜色空间内的几何距离来做不同颜色之间的比较分析，所以可以有效地、方便地用在测量较小的色差上。可是尽管非线性变换空间可以消除其各个颜色分量之间存在的相关性，可用于数字图像处理，但因为是非线性变换，所以计算量比较大，并且颜色空间同样存在奇异点的问题。
4:4、4:2:2、4:2:0
在最近十年中，视频工程师发现人眼对色度的敏感程度要低于对亮度的敏感程度。在生理学中，有一条规律，那就是人类视网膜上的视网膜杆细胞要多于视网膜锥细胞，说得通俗一些，视网膜杆细胞的作用就是识别亮度，而视网膜锥细胞的作用就是识别色度。所以，你的眼睛对于亮和暗的分辨要比对颜色的分辨精细一些。正是因为这个，在我们的视频存储中，没有必要存储全部颜色信号。既然眼睛看不见，那为什么要浪费存储空间（或者说是金钱）来存储它们呢？
像Beta或VHS之类的消费用录像带就得益于将录像带上的更多带宽留给黑—白信号（被称作“亮度”），将稍少的带宽留给彩色信号（被称作“色度”）。
在MPEG2（也就是DVD使用的压缩格式）当中，Y、Cb、Cr信号是分开储存的（这就是为什么分量视频传输需要三条电缆）。其中Y信号是黑白信号，是以全分辨率存储的。但是，由于人眼对于彩色信息的敏感度较低，色度信号并不是用全分辨率存储的。YUV 4:4:4色度信号分辨率最高的格式是4:4:4，也就是说，每4点Y采样，就有相对应的4点Cb和4点Cr。换句话说，在这种格式中，色度信号的分辨率和亮度信号的分辨率是相同的。这种格式主要应用在视频处理设备内部，避免画面质量在处理过程中降低。当图像被存储到Master Tape，比如D1或者D5，的时候，颜色信号通常被削减为4:2:2。  YUV 4:4:4采样概念图YUV 4:2:2其次就是4:2:2，每4点Y采样，就有2点Cb和2点Cr。在这里，每个象素都有与之对应的亮度采样，同时一半的色度采样被丢弃，所以我们看到，色度采样信号每隔一个采样点才有一个。当着张画面显示的时候，缺少的色度信息会由两侧的颜色通过内插补点的方式运算得到。就像上面提到的那样，人眼对色度的敏感程度不如亮度，大多数人并不能分辨出4:2:2和4:4:4颜色构成的画面之间的不同。  YUV 4:2:2采样概念图YUV 4:2:0概念上4:2:0颜色格式非交错画面中亮度、色度采样信号的排列情况。同4:2:2格式一样，每条扫描线中，只有一半的色度采样信息。与4:2:2不同的是，不光是横向的色度信息被“扔掉”了一半，纵向的色度信息也被“扔掉”了一半，整个屏幕中色度采样只有亮度采样的四分之一。同时，YUV 4:2:0是所有采样方式中颜色分辨率最低的一种。
请注意，在4:2:0颜色格式中，色度采样被放在了两条扫描线中间。为什么会这样呢？很简单：DVD盘上的颜色采样是由其上下两条扫描线的颜色信息“平均”而来的。比如，图三中，第一行颜色采样（Line 1和Line 2中间夹着的那行）是由Line 1和Line 2“平均”得到的，第二行颜色采样（Line 3和Line 4中间夹着的那行）也是同样的道理，是由Line 3和Line 4得到的。
虽然文章中多次提到“平均”这个概念，但是这个“平均”可不是我们通常意义上的(a+B)/2的平均。颜色的处理有极其复杂的算法保证其最大限度地减少失真，接近原始质量。
事实上4:2:0是一个混乱的称呼，按照字面上理解，4:2:0应该是每4点Y采样，就有2点Cb和0点Cr，但事实上完全不是这样。事实上，4:2:0的意思是，色度采样在每条横向扫描线上只有亮度采样的一半，扫描线的条数上，也只有亮度的一半！换句话说，无论是横向还是纵向，色度信号的分辨率都只有亮度信号的一半。举个例子，如果整张画面的尺寸是720*480，那么亮度信号是720*480，色度信号只有360*240。在4:2:0中，“缺失”的色度采样不单单要由左右相邻的采样通过内插补点计算补充，整行的色度采样也要通过它上下两行的色度采样通过内插补点运算获得。这样做的原因是为了最经济有效地利用DVD的存储空间。诚然，4:4:4的效果很棒，但是如果要用4:4:4存储一部电影，我们的DVD盘的直径至少要有两英尺（六十多  非交错的YUV 4:2:0概念图厘米）！
YV12、YUY2
在个人计算机上，这些YUV读出来以后会以一些格式包装起来，送给软件或硬件处理。包装的方式分成两种，一种是Packed format，把Y和相对应的UV包在一起。另一种是Planar format，把Y和U和V三种分别包装，拆成三个plane（平面）。
其中YV12和YUY2都是一种YUV的包装格式，YV12是Planar format，YUY2则是Packed format。
YV12和YUY2的不同，在于YV12是YUV 4:2:0格式，也就是DVD/VCD上原本储存的格式。YUY2则是YUV 4:2:2格式。