多媒体技术教程第6章颜色空间变换

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1、多媒体技术教程第6章颜色空间变换林福宗清华大学计算机科学与技术系linfz@mail.tsinghua.edu.cn2008年9月第6章颜色空间变换第6章颜色空间变换前言——颜色科学简史6.1描述颜色的几个术语6.1.1什么是颜色6.1.2色调6.1.3饱和度6.1.4亮度6.1.5颜色空间6.2该用什么颜色空间6.2.1颜色空间的分类问题6.2.2颜色空间的选择6.3计算机图形颜色空间6.3.1RGB,CMY和CMYK6.3.2HSV6.3.3HSL/HSB6.3.4HSI和RGB6.4电视系统颜色空间6.4.1电视系统的颜色空间6.4.2EuropeanY

2、'U'V'6.4.3AmericanY'I'Q'6.4.4SMPTE-CRGB6.4.5ITU-RBT.601Y'CbCr6.4.6ITU-RBT.709Y'CbCr6.4.7SMPTE-240MY'PbPr练习与思考题参考文献和站点7/15/20212第6章颜色空间变换前言最近一百多年来，为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表示颜色的颜色空间的数目是无穷的，现有的颜色空间也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

3、性或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，详细推导过程请看2008年清华大学出版社出版的《多媒体技术基础》(第3版)7/15/20213第6章颜色空间变换颜色科学简史IsaacNewton(1642-1727)的色园1666年开始研究颜色，把红色和紫色首尾相接形成色圆/色轮(colorcircle/wheel)。也称牛顿色圆(Newtoncolorcircle)，见图5-1度量颜色的一种方法，圆周表示色调，圆的半径表示饱和度为揭示红(R)、绿(G)和蓝(B)相加混色奠定了基础，其互补色是C

4、，M，Y牛顿还揭示了一个重要的事实：白光包含所有可见光谱的波长，并用棱镜演示了这个事实图5-1牛顿色圆7/15/20214第6章颜色空间变换颜色科学简史(续1)ThomasYoung(1773–1829)的假设在1802年，认为人的眼睛有三种不同类型的颜色感知接收器，大体上相当于红、绿和蓝三种基色的接收器JamesClerkMaxwell(1831–1879)的色度学19世纪60年代，探索了三种基色的关系认为三种基色相加产生的色调不能覆盖整个感知色调的色域，而使用相减混色产生的色调却可以认为彩色表面的色调和饱和度对眼睛的敏感度比明度低Maxwell的工作被认为

5、是现代色度学的基础HermannvonHelmholtz(1821-1894)的理论认为Young的看法非常重要，使用三种基色相加可产生范围很宽的颜色把这个想法用于定量研究，因此有时把他们的想法称为Young-Helmholtz理论。7/15/20215第6章颜色空间变换颜色科学简史(续2)物理科学实验20世纪20年代对科学家们提出的理论进行了实验，表明红、绿和蓝相加混色的确能产生某个色域里的所有可见颜色，但不能产生所有的光谱色(单一波长的颜色)，尤其是在绿色范围里如果加入一定量的红光，所有颜色都可呈现，并用三色激励值(tristimulusvalues)表示

6、R，G，B基色，但必须允许红色激励值为负值(即用补色)国际照明委员会(CIE)的贡献1931年定义了标准颜色体系，规定所有的激励值应该为正值，并用x和y两个坐标表示所有可见的颜色绘制的CIE色度图(CIEchromaticitydiagram)是用xy平面表示的马蹄形曲线，为大多数定量的颜色度量方法奠定了基础生理学实验眼睛的不同锥体对颜色吸收性能的猜想直到1965年前后才做详细的生理学实验进行验证，结果表明，在眼睛中的确存在三种不同类型的锥体，ThomasYoung的假设是正确的7/15/20216第6章颜色空间变换6.1描述颜色的几个术语6.1.1什么是颜色

7、颜色是人的视觉系统对可见光的感知结果，感知到的颜色由光波的波长决定视觉系统能感觉的波长范围为380～780nm，感知到的颜色和波长之间的对应关系见图6-1纯颜色用光的波长定义，称为光谱色(spectralcolor)用不同波长的光进行组合时可产生相同的颜色感觉区分颜色的三个特性色调(hue)饱和度(saturation)明度(brightness)7/15/20217第6章颜色空间变换6.1描述颜色的几个术语(续1)图6-1光谱色7/15/20218第6章颜色空间变换6.1描述颜色的几个术语(续2)6.1.2色调(hue)视觉系统对一个区域呈现的颜色的感觉，即

8、对可见物体辐射或发射的光波波长的感觉色