顏色模型

它們在不同的行業各有所指，但在計算機技術方面運用最為廣泛。

每一種顏色都是由色相（Hue，簡H），飽和度（Saturation，簡S）和色明度（Value，簡V）所表示的。HSV模型對應於圓柱坐標系中的一個圓錐形子集，圓錐的頂面對應於V=1。它包含RGB模型中的R=1，G=1，B=1三個面，所代表的顏色較亮。色彩H由繞V軸的旋轉角給定。紅色對應於角度0°，綠色對應於角度120°，藍色對應於角度240°。在HSV顏色模型中，每一種顏色和它的補色相差180°。飽和度S取值從0到1，所以圓錐頂面的半徑為1。

HSV顏色模型所代表的顏色域是CIE色度圖的一個子集，這個模型中飽和度為百分之百的顏色，其純度一般小於百分之百。在圓錐的頂點（即原點）處，V=0，H和S無定義，代表黑色。圓錐的頂面中心處S=0，V=1，H無定義，代表白色。從該點到原點代表亮度漸暗的灰色，即具有不同灰度的灰色。對於這些點，S=0，H的值無定義。

可以說，HSV模型中的V軸對應於RGB顏色空間中的主對角線。在圓錐頂面的圓周上的顏色，V=1，S=1，這種顏色是純色。HSV模型對應於畫家配色的方法。畫家用改變色濃和色深的方法從某種純色獲得不同色調的顏色，在一種純色中加入白色以改變色濃，加入黑色以改變色深，同時加入不同比例的白色，黑色即可獲得各種不同的色調。

HSI色彩空間是從人的視覺系統出發，用色調（Hue）、色飽和度（Saturation或Chroma）和亮度（Intensity或Brightness）來描述色彩。HSI色彩空間可以用一個圓錐空間模型來描述。用這種描述HIS色彩空間的圓錐模型相當複雜，但確能把色調、亮度和色飽和度的變化情形表現得很清楚。通常把色調和飽和度通稱為色度，用來表示顏色的類別與深淺程度。

由於人的視覺對亮度的敏感程度遠強於對顏色濃淡的敏感程度，為了便於色彩處理和識別，人的視覺系統經常採用HSI色彩空間，它比RGB色彩空間更符合人的視覺特性。在圖像處理和計算機視覺中大量演演算法都可在HSI色彩空間中方便地使用，它們可以分開處理而且是相互獨立的。因此，在HSI色彩空間可以大大簡化圖像分析和處理的工作量。HSI色彩空間和RGB色彩空間只是同一物理量的不同表示法，因而它們之間存在著轉換關係。

RGB（Red,Green,Blue）顏色模型通常使用於彩色陰極射線管等彩色光柵圖形顯示設備中，彩色光柵圖形的顯示器都使用R、G、B數值來驅動R、G、B電子槍發射電子，並分別激發熒光屏上的R、G、B三種顏色的熒光粉發出不同亮度的光線，並通過相加混合產生各種顏色；掃描儀也是通過吸收原稿經反射或透射而發送來的光線中的R、G、B成分，並用它來表示原稿的顏色。

RGB顏色模型稱為與設備相關的顏色模型，RGB顏色模型所覆蓋的顏色域取決於顯示設備熒光點的顏色特性，是與硬體相關的。它是我們使用最多，最熟悉的顏色模型。它採用三維直角坐標系。紅、綠、藍原色是加性原色，各個原色混合在一起可以產生複合色。如圖所示。

RGB顏色模型通常採用如圖所示的單位立方體來表示。在正方體的主對角線上，各原色的強度相等，產生由暗到明的白色，也就是不同的灰度值。（0，0，0）為黑色，（1，1，1）為白色。正方體的其他六個角點分別為紅、黃、綠、青、藍和品紅。

CMYK（Cyan,Magenta,Yellow）顏色空間應用於印刷工業，印刷業通過青（C）、品（M）、黃（Y）三原色油墨的不同網點面積率的疊印來表現豐富多彩的顏色和階調，這便是三原色的CMY顏色空間。實際印刷中，一般採用青（C）、品（M）、黃（Y）、黑（BK）四色印刷，在印刷的中間調至暗調增加黑版。當紅綠藍三原色被混合時，會產生白色，但是當混合藍綠色、紫紅色和黃色三原色時會產生黑色。既然實際用的墨水並不會產生純正的顏色，黑色是包括在分開的顏色，而這模型稱之為CMYK。CMYK顏色空間是和設備或者是印刷過程相關的，則工藝方法、油墨的特性、紙張的特性等，不同的條件有不同的印刷結果。所以CMYK顏色空間稱為與設備有關的表色空間。

而且，CMYK具有多值性，也就是說對同一種具有相同絕對色度的顏色，在相同的印刷過程前提下，可以用分種CMYK數字組合來表示和印刷出來。這種特性給顏色管理帶來了很多麻煩，同樣也給控制帶來了很多的靈活性。

在印刷過程中，必然要經過一個分色的過程，所謂分色就是將計算機中使用的RGB顏色轉換成印刷使用的CMYK顏色。在轉換過程中存在著兩個複雜的問題，其一是這兩個顏色模型在表現顏色的範圍上不完全一樣，RGB的色域較大而CMYK則較小，因此就要進行色域壓縮；其二是這兩個顏色都是和具體的設備相關的，顏色本身沒有絕對性。因此就需要通過一個與設備無關的顏色模型來進行轉換，即可以通過以上介紹的XYZ或LAB色空間來進行轉換。

HSL（Hue,Saturation,Lightness）顏色模型，這個顏色模型都是用戶台式機圖形程序的顏色表示，用六角形錐體表示自己的顏色模型。

HSB（Hue,Saturation,Brightness）顏色模型，這個顏色模型和HSL顏色模型同樣都是用戶台式機圖形程序的顏色表示，用六角形錐體表示自己的顏色模型。

柯達發明的顏色模型，由於PhotoCd在存儲圖像的時候要經過一種模式壓縮，所以PhotoCd採用了Ycc顏色模型，Ycc空間將亮度作由它的主要組件，具有兩個單獨的顏色通道，採用Ycc顏色模型來保存圖像，可以節約存儲空間。

國際照明委員會（CIE）在進行了大量正常人視覺測量和統計，1931年建立了“標準色度觀察者”，從而奠定了現代CIE標準色度學的定量基礎。由於“標準色度觀察者”用來標定光譜色時出現負刺激值，計算不便，也不易理解，因此1931年CIE在RGB系統基礎上，改用三個假想的原色X、Y、Z建立了一個新的色度系統。將它匹配等能光譜的三刺激值，定名為"CIE1931標準色度觀察者光譜三刺激值"，簡稱為"CIE1931標準色度觀察者"。這一系統叫做"CIE1931標準色度系統"或稱為"2°視場XYZ色度系統"。CIEXYZ顏色模型稍加變換就可得到Yxy色彩空間，其中Y取三刺激值中Y的值，表示亮度，x、y反映顏色的色度特性。定義如下：

在色彩管理中，選擇與設備無關的顏色模型是十分重要的，與設備無關的顏色模型由國際照明委員會（CIE）制定，包括CIEXYZ和CIELAB兩個標準。它們包含了人眼所能辨別的全部顏色。而且，CIEYxy測色制的建立給定量的確定顏色創造了條件。但是，在這一空間中，兩種不同顏色之間的距離值並不能正確地反映人們色彩感覺差別的大小，也就是說在CIEYxy色廈圖中，在不同的位置不同方向上顏色的寬容量是不同的，這就是Yxy顏色模型的不均勻性。這一缺陷的存在，使得在Yxy及XYZ空間不能直觀地評價顏色。

Lab顏色模型是由CIE（國際照明委員會）制定的一種色彩模式。自然界中任何一點色都可以在Lab空間中表達出來，它的色彩空間比RGB空間還要大。另外，這種模式是以數字化方式來描述人的視覺感應，與設備無關，所以它彌補了RGB和CMYK模式必須依賴於設備色彩特性的不足。

由於Lab的色彩空間要比RGB模式和CMYK模式的色彩空間大。這就意味著RGB以及CMYK所能描述的色彩信息在Lab空間中都能得以影射。Lab顏色模型取坐標Lab，其中L亮度；a的正數代表紅色，負端代表綠色；b的正數代表黃色，負端代表蘭色(a,b)有L=116f(y)-16,a=500[f(x/0.982)-f(y)],b=200[f(y)-f(z/1.183)]；其中：f(x)=7.787x+0.138,x<0.008856;f(x)=(x)1/3,x>0.008856

在現代彩色電視系統中，通常採用三管彩色攝像機或彩色CCD(點耦合器件)攝像機，它把攝得的彩色圖像信號，經分色、分別放大校正得到RGB，再經過矩陣變換電路得到亮度信號Y和兩個色差信號R－Y、B－Y，最後發送端將亮度和色差三個信號分別進行編碼，用同一通道發送出去。這就是我們常用的YUV色彩空間。採用YUV色彩空間的重要性是它的亮度信號Y和色度信號U、V是分離的。如果只有Y信號分量而沒有U、V分量，那麼這樣表示的圖就是黑白灰度圖。彩色電視採用YUV空間正是為了用亮度信號Y解決彩色電視機與黑白電視機的兼容問題，使黑白電視機也能接收彩色信號。

根據美國國家電視制式委員會，NTSC制式的標準，當白光的亮度用Y來表示時，它和紅、綠、藍三色光的關係可用如下式的方程描述：Y=0.3R+0.59G+0.11B這就是常用的亮度公式。色差U、V是由B－Y、R－Y按不同比例壓縮而成的。如果要由YUV空間轉化成RGB空間，只要進行相反的逆運算即可。與YUV色彩空間類似的還有Lab色彩空間，它也是用亮度和色差來描述色彩分量，其中L為亮度、a和b分別為各色差分量。