RGB/HSV/YUV颜色空间模型总结

RGB颜色空间

计算机色彩显示器显示色彩的原理与彩色电视机一样，都是采用R、G、B相加混色的原理，通过发射出三种不同强度的电子束，使屏幕内侧覆盖的红、绿、蓝磷光材料发光而产生色彩的。这种色彩的表示方法称为RGB色彩空间表示。在多媒体计算机技术中，用的最多的是RGB色彩空间表示。

根据三基色原理，用基色光单位来表示光的量，则在RGB色彩空间，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色彩空间还可以用一个三维的立方体来描述。

我们可知自然界中任何一种色光都可由R、G、B三基色按不同的比例相加混合而成，当三基色分量都为0（最弱）时混合为黑色光；当三基色分量都为k（最强）时混合为白色光。任一色彩F是这个立方体坐标中的一点，调整三色系数r、g、b中的任一系数都会改变F的坐标值，也即改变了F的色值。RGB色彩空间采用物理三基色表示，因而物理意义很清楚，适合彩色显象管工作。然而这一体制并不适应人的视觉特点。因而，产生了其它不同的色彩空间表示法。

这当然不能否定将红、绿、蓝三
色混合可以得到其他颜色，
但它确实表明一些颜色不能够仅仅通过
将三原色混合来得到而在普通的
CRT
上显示。
这当然不能否定将红、绿、蓝三
色混合可以得到其他颜色，
但它确实表明一些颜色不能够仅仅通过
将三原色混合来得到而在普通的
CRT
上显示。
这当然不能否定将红、绿、蓝三
色混合可以得到其他颜色，
但它确实表明一些颜色不能够仅仅通过
将三原色混合来得到而在普通的
CRT
上显示。
不能否定将红、绿、蓝三色混合可以得到其他颜色，但它确实表明一些颜色不能够仅仅通过将三原色混合来得到而在普通的CRT上显示。

HSV颜色空间

HSV(hue,saturation,value)颜色空间的模型对应于圆柱坐标系中的一个圆锥形子集，圆锥的顶面对应于V=1。它包含RGB模型中的R=1，G=1，B=1三个面，所代表的颜色较亮。色彩H由绕V轴的旋转角给定。红色对应于角度0°，绿色对应于角度120°，蓝色对应于角度240°。在HSV颜色模型中，每一种颜色和它的补色相差180°。饱和度S取值从0到1，所以圆锥顶面的半径为１。HSV颜色模型所代表的颜色域是CIE色度图的一个子集，这个模型中饱和度为百分之百的颜色，其纯度一般小于百分之百。在圆锥的顶点(即原点)处，V=0,H和S无定义，代表黑色。圆锥的顶面中心处S=0，V=1,H无定义，代表白色。从该点到原点代表亮度渐暗的灰色，即具有不同灰度的灰色。对于这些点，S=0,H的值无定义。可以说，HSV模型中的V轴对应于RGB颜色空间中的主对角线。在圆锥顶面的圆周上的颜色，V=1，S=1,这种颜色是纯色。HSV模型对应于画家配色的方法。画家用改变色浓和色深的方法从某种纯色获得不同色调的颜色，在一种纯色中加入白色以改变色浓，加入黑色以改变色深，同时加入不同比例的白色，黑色即可获得各种不同的色调。

HSV颜色空间可以用一个圆锥空间模型来描述。







从
RGB 到HSV 的转换

设 (r, g, b) 分别是一个颜色的红、绿和蓝坐标，它们的值是在 0 到 1 之间的实数。设 max 等价于 r, g 和 b中的最大者。设 min 等于这些值中的最小者。要找到在
HSV 空间中的 (h, s, v) 值，这里的 h ∈ [0, 360）是角度的色相角，而 s, v ∈ [0,1] 是饱和度和亮度，计算为：

max=max(R,G,B)

min=min(R,G,B)

if R = max, H = (G-B)/(max-min)

if G = max, H = 2 + (B-R)/(max-min)

if B = max, H = 4 + (R-G)/(max-min)

H = H * 60

if H < 0, H = H + 360

V=max(R,G,B)

S=(max-min)/max

h 的值通常规范化到位于 0 到 360°之间。而 h = 0 用于 max = min 的（就是灰色）时候而不是留下 h 未定义。

以下为相应的VC代码：

void Rgb2Hsv(float R, float G, float B, float& H, float& S, float&V)

{

// r,g,b values are from 0 to 1

// h = [0,360], s = [0,1], v = [0,1]

// if s == 0, then h = -1 (undefined)

float min, max, delta,tmp;

tmp = min(R, G);

min = min( tmp, B );

tmp = max( R, G);

max = max(tmp, B );

V = max; // v

delta = max - min;

if( max != 0 )

S = delta / max; // s

else

{

// r = g = b = 0 // s = 0, v is undefined

S = 0;

H = UNDEFINEDCOLOR;

return;

}

if( R == max )

H = ( G - B ) / delta; // between yellow & magenta

else if( G == max )

H = 2 + ( B - R ) / delta; // between cyan & yellow

else

H = 4 + ( R - G ) / delta; // between magenta & cyan

H *= 60; // degrees

if( H < 0 )

H += 360;

}

YUV颜色空间

YUV（亦称YCrCb）是被欧洲电视系统所采用的一种颜色编码方法（属于PAL）。在现代彩色电视系统中，通常采用三管彩色摄影机或彩色CCD摄影机进行取像，然后把取得的彩色图像信号经分色、分别放大校正后得到RGB，再经过矩阵变换电路得到亮度信号Y和两个色差信号R－Y（即U）、B－Y（即V），最后发送端将亮度和色差三个信号分别进行编码，用同一信道发送出去。这种色彩的表示方法就是所谓的YUV色彩空间表示。采用YUV色彩空间的重要性是它的亮度信号Y和色度信号U、V是分离的。如果只有
Y信号分量而没有U、V信号分量，那么这样表示的图像就是黑白灰度图像。彩色电视采用YUV空间正是为了用亮度信号Y解决彩色电视机与黑白电视机的相容问题，使黑白电视机也能接收彩色电视信号。

优点作用

　　YUV主要用于优化彩色视频信号的传输，使其向后相容老式黑白电视。与RGB视频信号传输相比，它最大的优点在于只需占用极少的频宽（RGB要求三个独立的视频信号同时传输）。其中“Y”表示明亮度（Luminance或Luma），也就是灰阶值；而“U”和“V” 表示的则是色度（Chrominance或Chroma），作用是描述影像色彩及饱和度，用于指定像素的颜色。“亮度”是透过RGB输入信号来建立的，方法是将RGB信号的特定部分叠加到一起。“色度”则定义了颜色的两个方面─色调与饱和度，分别用Cr和CB来表示。其中，Cr反映了GB输入信号红色部分与RGB信号亮度值之间的差异。而CB反映的是RGB输入信号蓝色部分与RGB信号亮度值之同的差异。

　　采用YUV色彩空间的重要性是它的亮度信号Y和色度信号U、V是分离的。如果只有Y信号分量而没有U、V分量，那么这样表示的图像就是黑白灰度图像。彩色电视采用YUV空间正是为了用亮度信号Y解决彩色电视机与黑白电视机的兼容问题，使黑白电视机也能接收彩色电视信号。

　　YUV与RGB相互转换的公式如下（RGB取值范围均为0-255）︰

　　Y = 0.299R + 0.587G + 0.114B

　　U = -0.147R - 0.289G + 0.436B

　　V = 0.615R - 0.515G - 0.100B

　　R = Y + 1.14V

　　G = Y - 0.39U - 0.58V

　　B = Y + 2.03U