（一）CIE色度模型
國(guó)際照明委員會(huì)（CIE，Commission Internationale de L'Eclairage / International Commission on Illumination）的色度模型是*早使用的模型之一。它是三維模型，其中，x和y兩維定義顏色，第3維定義亮度。
CIE 在1976 年規(guī)定了兩種顏色空間。一種是用于自照明的顏色空間，叫做CIE LUV（圖06-02-2）。
圖06-02-2 CIE 1976 Lu’v’色度圖
另一種用于非自照明的顏色空間，叫做CIE 1976 L*a*b*，或者叫CIE LAB。CIE LAB 系統(tǒng)使用的坐標(biāo)叫做對(duì)色坐標(biāo)(opponent color coordinate)，如圖06-02-3 所示。CIELAB 使用b*, a *和 L*坐標(biāo)軸定義CIE 顏色空間。其中，L*值代表光亮度，其值從0(黑色)~100(白色)。b*和a*代表色度坐標(biāo)，其中a* 代表紅-綠軸，b* 代表黃-藍(lán)軸，它們的值從0到10。a*= b* = 0表示無(wú)色，因此L* 就代表從黑到白的比例系數(shù)。使用對(duì)色坐標(biāo)（opponet color coordinate）的想法來(lái)自這樣的概念：顏色不能同時(shí)是紅和綠，或者同時(shí)是黃和藍(lán)，但顏色可以被認(rèn)為是紅和黃、紅和藍(lán)、綠和黃以及綠和藍(lán)的組合。
圖06-02-3 CIE LAB 顏色空間
CIE XYZ 是國(guó)際照明委員會(huì)在1931 年開(kāi)發(fā)并在1964年 修訂的CIE 顏色系統(tǒng)(CIE Color System)，該系統(tǒng)是其他顏色系統(tǒng)的基礎(chǔ)。它使用相應(yīng)于紅、綠和藍(lán)三種顏色作為三種基色，而所有其他顏色都從這三種顏色中導(dǎo)出。通過(guò)相加混色或者相減混色，任何色調(diào)都可以使用不同量的基色產(chǎn)生。CIE 1931 色度圖(CIE 1931 Chromaticity Diagram)，如圖06-02-4(a)所示，圖(b)是它的輪廓圖。圖(a)中的A點(diǎn)在色度圖上的坐標(biāo)是x ＝0.4832，y ＝0.3045，它的顏色與紅蘋(píng)果的顏色相匹配。
圖06-02-4 CIE 1931
圖06-02-4 CIE 1931色度圖是用標(biāo)稱(chēng)值表示的CIE 色度圖，x 表示紅色分量，y 表示綠色分量。圖中的E 點(diǎn)代表白光，它的坐標(biāo)為(0.33，0.33)；環(huán)繞在顏色空間邊沿的顏色是光譜色，邊界代表光譜色的*大飽和度，邊界上的數(shù)字表示光譜色的波長(zhǎng)，其輪廓包含所有的感知色調(diào)。所有單色光都位于舌形曲線(xiàn)上，這條曲線(xiàn)就是單色軌跡，曲線(xiàn)旁標(biāo)注的數(shù)字是單色(或稱(chēng)光譜色)光的波長(zhǎng)值；自然界中各種實(shí)際顏色都位于這條閉合曲線(xiàn)內(nèi)；RGB系統(tǒng)中選用的物理三基色在色度圖的舌形曲線(xiàn)上。
（二） RGB顏色空間
計(jì)算機(jī)顏色顯示器顯示顏色的原理與彩色電視機(jī)一樣，都是采用R、G、B相加混色的原理，通過(guò)發(fā)射出三種不同強(qiáng)度的電子束，使屏幕內(nèi)側(cè)覆蓋的紅、綠、藍(lán)磷光材料發(fā)光而產(chǎn)生顏色的。這種顏色的表示方法稱(chēng)為RGB顏色空間表示。在多媒體計(jì)算機(jī)尊時(shí)凱龍中，用得*多的是RGB顏色空間表示（圖06-01-9）。
根據(jù)三基色原理，用基色光單位來(lái)表示光的量，則在RGB顏色空間，任意色光F都可以用R、G、B三色不同分量的相加混合而成：
F＝r [ R ] + g [ G ] + b [ B ]
RGB顏色空間還可以用一個(gè)三維的立方體來(lái)描述（圖06-02-5）。
我們可知自然界中任何一種色光都可由R、G、B三基色按不同的比例相加混合而成，當(dāng)三基色分量都為0（*弱）時(shí)混合為黑色光；當(dāng)三基色分量都為k（*強(qiáng)）時(shí)混合為白色光。任一顏色F是這個(gè)立方體坐標(biāo)中的一點(diǎn)，調(diào)整三色系數(shù)r、g、b中的任一系數(shù)都會(huì)改變F的坐標(biāo)值，也即改變了F的色值。RGB顏色空間采用物理三基色表示，因而物理意義很清楚，適**色顯像管工作。然而這一體制并不適應(yīng)人的視覺(jué)特點(diǎn)。因而，產(chǎn)生了其他不同的顏色空間表示法。
（三）HSI顏色空間
HSI（Hue，Saturation and Intensity）顏色空間是從人的視覺(jué)系統(tǒng)出發(fā)，用色調(diào)（Hue）、色飽和度（Saturation或Chroma）和亮度（Intensity或Brightness）來(lái)描述顏色。HSI顏色空間可以用一個(gè)圓錐空間模型來(lái)描述（圖06-02-6）。
圖06-02-6 HSI顏色圓錐空間模型
用這種描述HIS顏色空間的圓錐模型相當(dāng)復(fù)雜，但確能把色調(diào)、亮度和色飽和度的變化情形表現(xiàn)得很清楚。其中：
（A）HSI圓錐空間模型
（B）線(xiàn)條示意圖：圓錐上亮度、色度和飽和度的關(guān)系。
（C）縱軸表示亮度：亮度值是沿著圓錐的軸線(xiàn)度量的，沿著圓錐軸線(xiàn)上的點(diǎn)表示完全不飽和的顏色，按照不同的灰度等級(jí)，*亮點(diǎn)為純白色、*暗點(diǎn)為純黑色。
（D）圓錐縱切面：描述了同一色調(diào)的不同亮度和飽和度關(guān)系。
（E）圓錐橫切面：色調(diào)H為繞著圓錐截面度量的色環(huán)，圓周上的顏色為完全飽和的純色，色飽和度為穿過(guò)中心的半徑橫軸。
通常把色調(diào)和飽和度通稱(chēng)為色度，用來(lái)表示顏色的類(lèi)別與深淺程度。由于人的視覺(jué)對(duì)亮度的敏感程度遠(yuǎn)強(qiáng)于對(duì)顏色濃淡的敏感程度，為了便于顏色處理和識(shí)別，人的視覺(jué)系統(tǒng)經(jīng)常采用HSI顏色空間，它比RGB顏色空間更符合人的視覺(jué)特性。在圖像處理和計(jì)算機(jī)視覺(jué)中大量算法都可在HSI顏色空間中方便地使用，它們可以分開(kāi)處理而且是相互獨(dú)立的。因此，在HSI顏色空間可以大大簡(jiǎn)化圖像分析和處理的工作量。
HSI顏色空間和RGB顏色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(zhuǎn)換關(guān)系，如公式所示：
其中 
（四）YUV（Lab）顏色空間
在現(xiàn)代彩色電視系統(tǒng)中，通常采用三管彩色攝像機(jī)或彩色CCD（電耦合器件）攝像機(jī)，它把得到的彩**像信號(hào)，經(jīng)分色、分別放大校正得到RGB，再經(jīng)過(guò)矩陣變換電路得到亮度信號(hào)Y和兩個(gè)色差信號(hào)R－Y、B－Y，*后發(fā)送端將亮度和色差三個(gè)信號(hào)分別進(jìn)行編碼，用同一信道發(fā)送出去。這就是我們常用的YUV顏色空間。
采用YUV顏色空間的重要性是它的亮度信號(hào)Y和色度信號(hào)U、V是分離的。如果只有Y信號(hào)分量而沒(méi)有U、V分量，那么這樣表示的圖就是黑白灰度圖。彩色電視采用YUV空間正是為了用亮度信號(hào)Y尊時(shí)凱龍彩色電視機(jī)與黑白電視機(jī)的兼容尊時(shí)凱龍，使黑白電視機(jī)也能接收彩色信號(hào)。
根據(jù)美國(guó)國(guó)家電視制式委員會(huì)NTSC制式的尊時(shí)凱龍，當(dāng)白光的亮度用Y來(lái)表示時(shí)，它和紅、綠、藍(lán)三色光的關(guān)系可用如下式的方程描述：
Y＝0.3 R + 0.59 G + 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。YUV顏色空間與RGB顏色空間的轉(zhuǎn)換關(guān)系如下：
如果要由YUV空間轉(zhuǎn)化成RGB空間，只要進(jìn)行相應(yīng)的逆運(yùn)算即可。
與YUV顏色空間類(lèi)似的還有Lab顏色空間，它也是用亮度和色差來(lái)描述顏色分量，其中L為亮度、a和b分別為各色差分量。
（五）CMY顏色空間
彩色印刷或彩色打印的紙張是不能發(fā)射光線(xiàn)的，因而印刷機(jī)或彩色打印機(jī)就只能使用一些能夠吸收特定的光波而反射其他光波的油墨或顏料。油墨或顏料的3基色是青（Cyan）、品紅（Magenta）和黃（Yellow），簡(jiǎn)稱(chēng)為CMY。青色對(duì)應(yīng)藍(lán)綠色，品紅對(duì)應(yīng)紫紅色。理論上說(shuō)，任何一種由顏料表現(xiàn)的顏色都可以用這三種基色按不同的比例混合而成，這種顏色表示方法稱(chēng)CMY顏色空間表示法。彩色打印機(jī)和彩色印刷系統(tǒng)都采用CMY顏色空間。
用CMY模型產(chǎn)生的顏色被稱(chēng)為相減色，是因?yàn)樗鼫p少了為視覺(jué)系統(tǒng)識(shí)別顏色所需要的反射光。在CMY相減混色中，三基色等量相減時(shí)得到黑色；等量黃色(Y)和品紅(M)相減而青色(C)為0時(shí)，得到紅色(R)；等量青色(C)和品紅(M)相減而黃色(Y)為0時(shí)，得到藍(lán)色(B)；等量黃色(Y)和青色(C)相減而品紅(M)為0時(shí)，得到綠色(G)。這些三基色相減結(jié)果如圖06-02-7所示。
圖06-02-7 三基色相減
CMY空間正好與RGB空間互補(bǔ)，也即用白色減去RGB空間中的某一顏色值就等于同樣顏色在CMY空間中的值。RGB空間與CMY空間的互補(bǔ)關(guān)系如表06-02-1所示。
表06-02-1 RGB空間與CMY空間的互補(bǔ)關(guān)系
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RGB相加混色
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CMY相減混色
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對(duì)應(yīng)顏色
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0 0 0
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1 1 1
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0 0 1
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1 1 0
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1 0 1
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0 0 1
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1 1 1
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0 0 0
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根據(jù)這個(gè)原理，很容易把RGB空間轉(zhuǎn)換成CMY空間。由于彩色墨水和顏料的化學(xué)特性，用等量的CMY三基色得到的黑色不是真正的黑色，因此在印刷術(shù)中常加一種真正的黑色（black ink），所以CMY又寫(xiě)成CMYK。
實(shí)際應(yīng)用中，一幅圖像在計(jì)算機(jī)中用RGB空間顯示；用RGB或SHI空間編輯處理；打印輸出時(shí)要轉(zhuǎn)換成CMY空間；如果要印刷，則要轉(zhuǎn)換成CMYK四幅印刷分**，用于套印彩色印刷品。
（六）YIQ模型
YIQ模型與YUV模型非常類(lèi)似，是在彩色電視制式中使用的另一種重要的顏色模型，NTSC彩色電視制式中使用。這里的Y表示亮度，I、Q是兩個(gè)彩色分量。YIQ和 RGB的對(duì)應(yīng)關(guān)系用下面的方程式表示：
Y = 0.299R + 0.587G + 0.114B
I = 0.596R - 0.275G - 0.321B
Q = 0.212R - 0.523G + 0.311B
或者寫(xiě)成矩陣的形式，
（七）YCrCb模型
YCrCb模型適用于計(jì)算機(jī)用的顯示器。它也是使用Y、Cr和Cb來(lái)分別表示一種亮度分量信號(hào)和兩種色度分量信號(hào)。YCrCb模型與RGB空間的轉(zhuǎn)換關(guān)系如下：
Y＝0.299R ＋0.578G ＋0.114B
Cr＝( 0.500R －0.4187G －0.0813B )＋128
Cb=( - 0.1687R －0.3313G ＋0.500B )＋128
或者寫(xiě)成矩陣的形式，
RGB與YCrCb之間的變換關(guān)系可寫(xiě)成如下的形式，
