音视频多媒体开发基础概述之颜色空间（1）CIE色度模型 & RGB颜色空间

1. 颜色空间

颜色空间是颜色集合的数学表示。三种最常用的颜色模型是：RGB（用于计算机图形学）；YUV、YIQ或YCrCb（用于视频系统）；CMY（用于彩色打印）。
几个基本的颜色概念：
亮度(lightness or intensity or luminance)：亮度是光作用于人眼所引起的明亮程度的感觉，它与被观察物体的发光强度有关。主要表现光的强和弱。
色调(hue)：色调是当人眼看一种或多种波长的光时所产生的色彩感觉，它反映颜色的种类，是决定颜色的基本特征。
饱和度(saturation)：饱和度是指颜色的纯度即掺入白光的程度，表示颜色深浅的程度。
色调和饱和度通称为——色度。

1.1. CIE色度模型

国际照明委员会(CIE，Commission Internationale de L'Eclairage / International Commission on Illumination)的色度模型是最早使用的模型之一。它是三维模型，其中，x和y两维定义颜色，第3维定义亮度。
CIE 在1976 年规定了两种颜色空间。一种是用于自照明的颜色空间，叫做CIE LUV，如图

另一种用于非自照明的颜色空间，叫做CIE 1976 Lab，或者叫CIE LAB。CIE LAB 系统使用的坐标叫做对色坐标(opponent color coordinate)，如图 所示。CIELAB 使用b, a 和 L坐标轴定义CIE 颜色空间。其中，L值代表光亮度，其值从0(黑色)~100(白色)。b和a代表色度坐标，其中a代表红-绿轴，b代表黄-蓝轴，它们的值从0到10。a b 为0表示无色，因此L 就代表从黑到白的比例系数。使用对色坐标(opponet color coordinate)的想法来自这样的概念：颜色不能同时是红和绿，或者同时是黄和蓝，但颜色可以被认为是红和黄、红和蓝、绿和黄以及绿和蓝的组合

CIE XYZ 是国际照明委员会在1931 年开发并在1964年修订的CIE 颜色系统(CIE Color System)，该系统是其他颜色系统的基础。它使用相应于红、绿和蓝三种颜色作为三种基色，而所有其他颜色都从这三种颜色中导出。通过相加混色或者相减混色，任何色调都可以使用不同量的基色产生。CIE 1931 色度图(CIE 1931 Chromaticity Diagram)，如图，图(b)是它的轮廓图。图(a)中的A点在色度图上的坐标是x ＝0.4832，y ＝0.3045，它的颜色与红苹果的颜色相匹配。

CIE 1931色度图是用标称值表示的CIE色度图，x表示红色分量，y表示绿色分量。图中的E点代表白光，它的坐标为(0.33，0.33)；环绕在颜色空间边沿的颜色是光谱色，边界代表光谱色的最大饱和度，边界上的数字表示光谱色的波长，其轮廓包含所有的感知色调。所有单色光都位于舌形曲线上，这条曲线就是单色轨迹，曲线旁标注的数字是单色(或称光谱色)光的波长值；自然界中各种实际颜色都位于这条闭合曲线内；RGB系统中选用的物理三基色在色度图的舌形曲线上

1.2 RGB颜色空间

计算机颜色显示器显示颜色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颜色的。这种颜色的表示方法称为RGB颜色空间表示。在多媒体计算机技术中，用得最多的是RGB颜色空间表示。
根据三基色原理，用基色光单位来表示光的量，则在RGB颜色空间，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颜色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。任一颜色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颜色空间采用物理三基色表示，因而物理意义很清楚，适合彩色显像管工作。然而这一体制并不适应人的视觉特点。因而，产生了其他不同的颜色空间表示法