5.2.1 彩色图像空间

计算机图形学领域定义的颜色模型，就是在某种特定上下文中对于颜色的特性和行为的解释方法，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，彩色模型是对坐标系统和子空间的阐述，位于系统的每种颜色都用单个点表示。从应用的角度来看，人们提出的众多彩色模型可以分为两类：一类面向诸如彩色显示器或彩色打印机之类的硬设备（可以与具体设备相关，也可以独立于具体设备）；另一类面向视觉感知或者说以彩色处理分析为目的的应用，如动画中的彩色图形、各种图像处理的算法等。因此，在彩色图像处理中，选择合适的颜色模型是很重要的。

1.RGB颜色空间

最典型最常用的面向硬设备的彩色模型是RGB模型。RGB模型是一种与人的视觉系统结构密切相连的模型。根据人眼结构，所有颜色都可看作是3种基本颜色——红（Red，R），绿（Green，G）和蓝（Blue，B）——的不同组合。国际照度委员会（CIE）所规定的红绿蓝这3种基本色的波长分别为700nm，546.1nm，435.8nm。

RGB模型可以建立在笛卡儿坐标系统里，其中3个轴分别为RGB。RGB的模型空间是个正方体，如图5-1所示，原点对应黑色，离原点最远的顶点对应白色，从黑到白的灰度分布值在体对角线上，立方体内其余各点对应不同的颜色。一般为方便起见，总将立方体归一化为单位立方体，这样所有RGB值都在区间[0,1]之中。

根据这个模型，每幅彩色图包括3个独立的基色平面，每种颜色的亮度大小用数字0～255表示，通过对R、G、B 3个颜色通道的变化以及它们相互之间的叠加可得到1670万种颜色。

2.YCbCr颜色空间

YCbCr空间实际上是YUV颜色空间的缩放和偏移，YCbCr进行了图像子采样，是视频图像和数字图像中常用的色彩空间。Y 代表亮度，Cb、Cr分别为蓝色分量和红色分量。YCbCr模型中的数据可以是双精度类型，但存储空间为8位无符号整型数据空间。Y的取值范围为16～235，Cb和Cr的取值范围为16～240。在目前通用的图像压缩算法中（如JPEG算法），首要的步骤就是将图像颜色空间转换为YCbCr空间。

3.NTSC颜色空间

NTSC空间是一种用于电视图像的颜色空间。NTSC使用的是YIQ色彩坐标系，其中，Y为光亮度，表示灰度信息；I 为色调，表示颜色信息；Q 为饱和度，也表示颜色信息。因此，该空间的主要优点就是将灰度信息和颜色信息区分表示。

4.HSV颜色空间

HSV颜色空间是孟塞尔彩色空间的简化形式，是一种基于感知的颜色模型，如图5-2所示，它把彩色信号表示为3种属性：色调（Hue，H）、饱和度（Saturation，S）和亮度（Value，V）。色调表示从一个物体反射过来的或透过物体的光波长，也就是说，色调是由颜色的名称来辨别的，如红、橙、绿等；亮度是颜色的明暗程度；饱和度指颜色的深浅，例如同样是红色，也会因颜色深浅不同而分为深红和浅红。

HSV颜色空间反映了人观察彩色的方式，具有两个显著特点：亮度分量与图像的彩色信息无关；色调和饱和度分量与人感受颜色的方式是紧密相连的。