图像的彩色空间表示及其转换

3.1 数字图像和图形的基本原理
3.1.3 图像的指标
1.分辨率
分辨率是影响位图的质量的重要因素 , 它有三种形式 : 显示分辨率、图像分辨率和像素分辨率。

应正确理解这三者之间的区别。

按照不同的图像分辨率来扫描图像，可以看出图像分辨率与显示分辨率的关系和不
2. 像素深度
定义：也称为位深度或颜色深度。

指位图中记录每个像素点所占的二进制位数。

屏幕上的每一个像素都要在内存中占有一个或多个位
3. 调色板
定义在生成一幅位图时 , 图像处理软件要对图像中不同的色调进行采样 , 产生包含该图像中各种颜色的颜色表 , 这个颜色表就称为调色板。

4．位图文件的大小
5.α通道
3.2 图像文件格式1、矢量图形及其格式
2 位图图像及其格式
同一内容的素材，采用不同的格式，其形成的文件的大小和质量有很大的差别。

3.4.1 颜色基本概念
1.亮度
明亮程度，光作用于人眼时所引起的明亮程度不同
2 色调
色调反映颜色的种类。

3．饱和度
饱和度是指
4．色度
通常，把色调和饱和度称为色度，则亮度表示某彩色光的明亮程度，色度表示颜色的类别和深浅程度。

5．三基色原理
定义：自然界常见的各种颜色光，都可以由红、绿、蓝三种颜色光按不同的比例相配混合而成，同样，各种颜色的光也可以分解成红、绿、蓝三种颜色，这就称为三基色原理。

计算机
色彩的叠加
6．亮度方程
亮度Y
人眼对于相同程度单色光的主观亮度感觉不同，
当白光的亮度用
6．色彩模型
一个比较好的描述色彩的模型是采用色调、饱和度、和亮度来描述。

这三个分量定义了一个彩色空间，即一个三维模型，其中一条轴用以表示色调，一条轴用以表示饱和度，还有一条轴表示亮度。

3.4.2 彩色空间
1.RGB彩色空间
一个能发出光波的物体称为有源物体，它的颜色由该物体发出的光波决定，使用RGB相加混合模型。

计算机彩色显示器的输入需要RGB三个彩色分量，通过三个分量的不同比例，在显示屏幕上合成所需要的任意颜色。

在RGB彩色空间，任意彩色光F的配色方程可表达为
F = r[R]（红色百分比） +g[G]（绿色百分比） + b[B]（蓝色百分比）
2．CMY色彩空间
一个能不发光波的物体称为无源物体，它的颜色由该物体吸收或者反射哪些光波决定，使用CMY相减混合模型。

彩色印刷或彩色打印的纸张是不能发射光线的，因而印刷机或彩色打印机就只能使用一些能够吸收特定的光波而反射其它光波的油墨或颜料。

油墨或颜料的三基色是青（Cyan）、品红（Magenta）和黄（Yellow），简称为CMY。

青色对应蓝绿色；品红对应紫红色。

理论上说，任何一种由颜料表现的色彩都可以用这三种基色按不同的比例混合而成，这种色彩表示方法称CMY色彩空间表示法。

彩色打印机和彩色印刷系统都采用CMY色彩空间。

青色，品红，黄色分别是红、绿、蓝三色的补色。

3.YUV和YIQ彩色空间
电视系统中用YUV和YIQ模型来表示的彩色图像。

·PAL彩色电视制式中使用YUV模型
··Y表示亮度信号
··U、V表示色差信号，UV构成彩色的两个分量。

·NTSC彩色电视制式中使用YIQ模型，其中Y表示亮度，I、Q是两个彩色分量。

YUV 彩色空间特点
·亮度信号（Y）和色度信号（U，V）是相互独立的，也就是Y信号分量构成的黑白灰度图与用U，V信号构成的另外两幅单色图是相互独立的。

由于Y，U，V是独立的，所以可以对这些单色图分别进行编码。

黑白电视机能够接收彩色电视信号也就是利用了YUV分量之间的独立性。

电视系统为什么采用YUV或YIQ模型呢？
·眼对彩色图象细节的分辨本领比对黑白图象低，因此，对色差信号， U , V，可以采用"大面积着色原理"。

大面积着色原理：用亮度信号Y 传送细节，用色差信号U . V 进行大面积涂色。

因此，彩色信号的清晰度由亮度信号的带宽保证，而把色差信号的带宽变窄。

正是由于这个原因，在多媒体计算机中，采用了YUV 彩色空间，数字化的表示，通常采用Y:U:V = 8:4:4，或者 Y:U:V = 8:2:2。

例如8:2:2具体的做法是：对亮度信号Y，每个像素都用8位2进制数表示（可以有256级亮度），而U ，V 色差信号每4个像素点用一个8位数表示，即画面的粒子变粗，但这样能够节约存储空间，将一个像素用24为表示压缩为用12位表示，节约1/2存储空间，而人的眼睛基本上感觉不出这种细节的损失，这实际上也是图像压缩技术的一种方法。

YIQ彩色空间的优点
美国，日本等国采用了NTSC制式，选用的是YIQ彩色空间。

Y仍为亮度信号，I，Q仍为色差信号，他们与U, V不同，（但可以相互转换）。

·选择YIQ彩色空间的好处:
人眼的彩色视觉的特性表明，人眼分辨红、黄之间颜色变化的能力最强，而分辨蓝与紫之间颜色变化的能力最弱。

通过一定的变化，I对应于人眼最敏感的色度，而Q对应于人眼最不敏感的色度。

这样，传送Q 可以用较窄的频宽，而传送分辨率较强的I信号时，可以用较宽的频带。

对应于数字化的处理，可以用不同位数的字节数来记录这些分量。

4．HIS彩色空间
介绍：
HSI色彩空间是从人的视觉系统出发，用色调（Hue）、色饱和度（Saturation或Chroma）和亮度（Intensity 或Brightness）来描述色彩。

HSI色彩空间可以用一个圆锥空间模型来描述。

用这种描述HSI色彩空间的圆锥模型相当复杂，但的确能把色调、亮度和色饱和度的变化情形表现得很清楚。

HSI彩色空间的优点：
·我们通常把色调和饱和度通称为色度，用来表示颜色的类别与深浅程度。

由于人的视觉对亮度的敏感程度远强于对颜色浓淡的敏感程度，为了便于色彩处理和识别，人的视觉系统经常采用HSI色彩空间，它比RGB色彩空间更符合人的视觉特性。

·采用HSI彩色空间减少彩色图象处理的复杂性，增加快速性，它更接近人对彩色的认识和解释。

例如对色调、饱和度和亮度通过算法进行操作。

在图象处理和计算机视觉中的大量算法，都可以在HIS空间中方便的使用。

它们可以分开处理而且是互相独立的，因此HIS彩色空间可以大大简化图像分析和处理的工作量。

3.4.3 彩色空间的转换
RGB，HSI，YUV，CMYK等不同的色彩空间只是同一物理量的不同表示法，因而它们之间存在着相互转换关系，这种转换可以通过数学公式的运算而得。

例如，CMY为相减混色，它与相加混色的RGB空间正好互补。

1.RGB与CMYK彩色空间的转换
CMYK为减基色，RGB为加基色，两个空间正好互补，用白色减去RGB空间中的某一彩色值就等于同种颜色在CMYK空间中的值。

如下图所示：
红色＋青色＝绿色＋品红＝蓝色＋黄色＝白色
2. YUV与RGB之间的转换
Y＝0.229R＋0.587G＋0.114B
U＝－0.147R－0.289G+0.436B
V=0.615R－0.515G－0.100B
3. YIQ与RGB之间的转换
Y＝0.299R＋0.587G＋0.114B
I＝0.596R－0.275G－0.321B
Q=0.212R－0.523G＋0.311B
4．HIS与RGB之间的转换
I＝（R＋G＋B）/3
H＝{90－Arctan（F/）+[0,G>B;180,G<B]} F＝（2R-G-B）/(G-B)
S=1-[min（R，G，B）/I]
3.4 图形图像处理软件
图像有两种图形格式，一种是位图图像、一种是矢量图形。

创作和编辑矢量图形的常用软件有CorelDraw、Adobe Illustrator、Macromedia Freehand等,这些软件一般功能都很相近。

图像编辑软件很丰富，Photoshop是公认的最优秀的专业图像编辑软件之一。

3.4.1 图形处理软件简介
1.CorelDraw
简介：
2.Illustrator
Illustrator是Adobe公司出品的全球最著名的图形软件，在封面设计、广告设计、产品演示、网页设计等方面给设计者提供了无限的创意空间，以其强大的功能和体贴用户的界面已经占据了全球矢量编辑软件中的大部分份额。

3.FreeHand
FreeHand是一个功能强大的平面图形设计软件，一个以向量为基础的绘图应用程式。

在机械制图、绘制建筑蓝图，海报招贴制作、广告创意的实现等方面都是一件强大、实用而又灵活的利器。

使用 FreeHand，可以以任何解析度进行缩放及列印的向量图形，且无损细节或清晰度。

建立印刷品及诸如标志和广告标题等网页图形图例。

亦可使用 FreeHand 来将自己的图稿转换成 Flash 动画。

Freehand在图像方面可能不会有什么特别的优势，不过在文字处理方面，Freehand就有着明显的优势。

在目前的矢量绘图领域，Freehand一直与Illustrator、CorelDraw并驾齐驱。