多媒體編程基礎之色彩空間

1、概念

　　1.關於色彩

　　色彩是人的眼睛對於不一樣頻率的光線的不一樣感覺，色彩既是客觀存在的（不一樣頻率的光）又是主觀感知的，有認識差別。人類對於色彩的認識經歷了極爲漫長的過程，直到近代才逐步完善起來，但至今，人類仍不能說對色彩徹底瞭解並準確表述了，許多概念不是那麼容易理解。

　　2.色彩空間

　　「色彩空間」一詞源於西方的「Color Space」，又稱做「色域」，色彩學中，人們創建了多種色彩模型，以一維、二維、三維甚至四維空間座標來表示某一色彩，這種座標系統所能定義的色彩範圍即色彩空間。咱們常常用到的色彩空間主要有RGB、CMYK、Lab、YUV等。

　　3.色彩模型

　　色彩模型是使用一組值（一般使用三個、四個值或者顏色成分）表示顏色方法的抽象數學模型。例如三原色光模式(RGB) 和印刷四分色模式(CMYK) 都是色彩模型。可是一個與絕對色彩空間沒有函數映射關係的色彩模型或多或少地都是與特定應用要求幾乎沒有關係的任意色彩系統。

　　在色彩模型和一個特定的參照色彩空間之間加入一個特定的映射函數，就在參照色彩空間中出現了一個明確的"footprint"。這個 "footprint" 稱爲色域，而且與色彩模型一塊兒定義爲一個新的色彩空間。例如 Adobe RGB 和 sRGB 是兩個基於 RGB 模型的不一樣絕對色彩空間。

2、色彩空間並非惟一的

　　許多人都知道在繪畫時可使用紅色、黃色和藍色這三種原色生成不一樣的顏色，這些顏色就定義了一個色彩空間。咱們將品紅色的量定義爲X 座標軸、青色的量定義爲Y座標軸、黃色的量定義爲Z座標軸，這樣就獲得一個三維空間，每種可能的顏色在這個三維空間中都有惟一的一個位置。

　　可是，這並非惟一的一個色彩空間。例如，當在計算機監視器上顯示顏色的時候，一般使用RGB（紅色、綠色、藍色）色彩空間定義，這是另一種生成一樣顏色的方法，紅色、綠色、藍色被看成X、Y和Z座標軸。另一個生成一樣顏色的方法是使用色相（X軸）、飽和度（Y軸）和明度（Z軸）表示，這種方法稱爲HSB色彩空間。另外還有許多其它的色彩空間，許多能夠按照這種方法用三維（X、Y、Z）、更多或者更少維表示，可是有些根本不能用這種方法表示。

3、如何定義一個色彩空間

　　正式定義一個色彩空間時一般採用的標準是CIELAB或CIEXYZ色彩空間，他們是爲了涵蓋正常人可見範圍全部色彩所設計提出的，所以是最精確的色彩空間，但過於複雜，不適合於平常使用。

除了上述定義，在通常狀況下色彩空間能夠不使用色彩模型定義。這類空間，好比潘通（PANTONE），經過一套名稱或者數字來定義，並有實際存在的配套的物理色板。

因爲每一個色彩空間都是用絕對參考框架的功能來定義顏色，色彩空間及設備檔案能夠經過模擬和數字呈現將使顏色再現出來。

4、色彩空間密度

　　RGB色彩空間根據實際使用設備系統能力的不一樣，有各類不一樣的實現方法。截至2006年，最經常使用的是24-位實現方法，也就是紅綠藍每一個通道有8位或者256色級。基於這樣的24-位RGB模型的色彩空間能夠表現256×256×256 ≈ 1677萬色。一些實現方法採用每原色16位，能在相同範圍內實現更高更精確的色彩密度。這在寬域色彩空間中尤爲重要，由於大部分一般使用的顏色排列的相對更緊密。

5、色彩空間種類

　　1.CIE 1931 XYZ色彩空間是第一次基於人眼對於色彩感知度量創建色彩空間的嘗試，它是幾乎全部其它色彩空間的基礎，CIE色彩空間的變體有：

　　①CIELUV色彩空間 - 能夠更加方便的顯示顏色差別；

　　②CIE 1964 U*V*W*統一色彩空間；

　　③CIELAB色彩空間。

　　2.利用原色相混的比例表示的色彩空間

　　①RGB採用加法混色法，由於它是描述各類「光」經過何種比例來產生顏色。光線從暗黑開始不斷疊加產生顏色。RGB描述的是紅綠藍三色光的數值。RGBA是在RGB上增長阿爾法通道實現透明效果。

　　基於RGB模式的普通色彩空間有sRGB， Adobe RGB和Adobe Wide Gamut RGB。

　　②CMYK印刷過程當中使用減法混色法，由於它描述的是須要使用何種油墨，經過光的反射顯示出顏色。它是在一種白色介質（畫板，頁面等）上使用油墨來體現圖像。CMYK描述的是青，品紅，黃和黑四種油墨的數值。根據不一樣的油墨，介質，和印刷特性，存在多種CMYK色彩空間。（能夠經過色點擴張或者轉換各類油墨數值從而獲得不一樣的外觀）。

　　3.利用不一樣的概念表示的色彩空間

　　①HSV (色相hue, 飽和度saturation, 明度value)，也稱HSB (B指brightness)是藝術家們經常使用的，由於與加法減法混色的術語相比，使用色相，飽和度等概念描述色彩更天然直觀。HSV是RGB色彩空間的一種變形，它的內容與色彩尺度與其出處——RGB色彩空間有密切聯繫。

　　②HSL (色相hue，飽和度saturation，亮度lightness/luminance)，也稱HLS或HSI (I指intensity)與HSV很是類似，僅用亮度（lightness）替代了明度（brightness）。兩者區別在於，一種純色的明度等於白色的明度，而純色的亮度等於中度灰的亮度.

　　4.電視經常使用色彩空間

　　xvYCC是一個新的國際數字視頻顏色空間標準，基於孟塞爾顏色系統系統創制，並已被國際電子技術委員會接受。一旦你決定採用何種色彩模式，只要你是用電腦工做，就必須先聲明定義色彩空間編碼問題。

　　5.商用色彩空間

　　①孟塞爾顏色系統

　　②色票

　　③美國的PMS色票（Pantone Matching System®）

　　④瑞典的NCS色票（Natural Color System®）

　　⑤德國的RAL色票（Reichsausschuß für Lieferbedingungen）

　　⑥日本的DIC色票（大日本油墨化工）

　　6.特殊用途的色彩空間

　　RG Chromaticity是用於計算機視覺的色彩空間，它能夠顯示光線的顏色，如紅、黃、綠等，可是不能顯示它的亮度如暗與亮。

　　7.過期的色彩空間

　　早期的色彩空間有兩個成分，大部分放棄了藍色的成分這是由於三個成分將會使得處理過程變得複雜，可是獲得的結果僅僅是圖像真實度的少量提高，而不能象從單色到兩個成分彩色那樣有大幅提高。

　　早期的色彩空間有：

　　①早期Technicolor電影用的RG；

　　②早期彩色打印用的RGK。

6、設備的色彩空間

　　每臺設備（如顯示器或打印機）都有本身的色彩空間並只能生成其色域內的顏色。將圖像從某臺設備移至另外一臺設備時，由於每臺設備按照本身的色彩空間解釋 RGB 或 CMYK 值，因此圖像顏色可能會發生變化。[1]爲了保證圖像在不一樣設備上顯示效果一致，必須使用色彩管理。

 

參考文獻：

1.中文維基百科： https://zh.wikipedia.org/wiki/色彩空間

2.WikiPedia:  https://en.wikipedia.org/wiki/Color_space#Lists

3.百度百科： http://baike.baidu.com/link?url=z_hENU7LtEzVucR195Y5bm5EI0FpLW69Y46-BxL_H_HJPEYnAwatfUSKZ1yxVLmZM5XNVHlm5dZ9me9JEXolKK

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