颜色空间:RGB、HSV和HSL
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颜色空间:RGB、HSV和HSL

逸曦穆泽
2022-06-24 / 0 评论 / 105 阅读 / 正在检测是否收录...
RGB 空间

RGB 空间就是 red ,green 和 blue 颜色3个向量张成的空间,正好类似于3维欧氏空间。
如图所示,3个向量均归一化了,其中(0,0,0)处为黑色,(1,1,1)处为白色。这种映射关系和光学棱镜色散和叠加相对应。实际应用常用的在[0, 255]区间编码。简单的例子:rgb(255, 0, 0) 为纯红色,rgb(0, 0, 255) 为纯蓝色。
rgb

RGB 的局限性

RGB 是我们接触最多的颜色空间,由三个通道表示一幅图像,分别为红色(R),绿色(G)和蓝色(B)。这三种颜色的不同组合可以形成几乎所有的其他颜色。
RGB 颜色空间是图像处理中最基本、最常用、面向硬件的颜色空间,比较容易理解。
RGB 颜色空间利用三个颜色分量的线性组合来表示颜色,任何颜色都与这三个分量有关,而且这三个分量是高度相关的,所以连续变换颜色时并不直观,想对图像的颜色进行调整需要更改这三个分量才行。
自然环境下获取的图像容易受自然光照、遮挡和阴影等情况的影响,即对亮度比较敏感。而 RGB 颜色空间的三个分量都与亮度密切相关,即只要亮度改变,三个分量都会随之相应地改变,而没有一种更直观的方式来表达。
但是人眼对于这三种颜色分量的敏感程度是不一样的,在单色中,人眼对红色最不敏感,蓝色最敏感,所以 RGB 颜色空间是一种均匀性较差的颜色空间。如果颜色的相似性直接用欧氏距离来度量,其结果与人眼视觉会有较大的偏差。对于某一种颜色,我们很难推测出较为精确的三个分量数值来表示。
所以,RGB 颜色空间适合于显示系统,却并不适合于图像处理。

HSV 颜色空间

基于上述理由,在图像处理中使用较多的是 HSV 颜色空间,它比 RGB 更接近人们对彩色的感知经验。非常直观地表达颜色的色调、鲜艳程度和明暗程度,方便进行颜色的对比。在 HSV 颜色空间下,比 BGR 更容易跟踪某种颜色的物体,常用于分割指定颜色的物体。
HSV 表达彩色图像的方式由三个部分组成:Hue(色调、色相),Saturation(饱和度、色彩纯净度),Value(明度)

用下面这个圆柱体来表示 HSV 颜色空间,圆柱体的横截面可以看做是一个极坐标系 ,H 用极坐标的极角表示,S 用极坐标的极轴长度表示,V 用圆柱中轴的高度表示。
hsv
Hue 用角度度量,取值范围为0~360°,表示色彩信息,所有的颜色都是光谱上的颜色,从红色开始按逆时针方向旋转,Hue=0 表示红色,Hue=120 表示绿色,Hue=240 表示蓝色等等;
饱和度表示颜色接近光谱色的程度。饱和度越高,说明颜色越深,越接近光谱色饱和度越低,说明颜色越浅,越接近白色。饱和度为0表示纯白色。取值范围为0~100%,值越大,颜色越饱和。
竖直方向表示明度,决定颜色空间中颜色的明暗程度,明度越高,表示颜色越明亮,范围是 0-100%。明度为0表示纯黑色(此时颜色最暗)。

HLS 颜色空间

HLS 和 HSV 比较类似,这里一起介绍。HLS 也有三个分量,hue(色相)、saturation(饱和度)、lightness(亮度)。
HLS 和 HSV 的区别就是最后一个分量不同,HLS 的是 light(亮度),HSV 的是 value(明度)。
HLS 中的 L 分量为亮度,亮度为100,表示白色,亮度为0,表示黑色;HSV 中的 V 分量为明度,明度为100,表示光谱色,明度为0,表示黑色。
下面是 HLS 颜色空间圆柱体:
hsl

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