图像及视频基础知识

图像及视频基础知识
光和颜色

光和颜色

可见光是波长在 ～ 之间的电磁波，我们看到的大多数光不是
一种波长的光，而是由许多不同波长的光组合成的。如果光源由单波长组成，就
称为单色光源。该光源具有能量，也称强度。实际中，只有极少数光源是单色的，
大多数光源是由不同波长组成，每个波长的光具有自身的强度。这称为光源的光
谱分析。

颜色是视觉系统对可见光的感知结果。研究表明，人的视网膜有对红、
绿、
蓝颜色敏感程度不同的三种锥体细胞。红、绿和蓝三种锥体细胞对不同频率的光
的感知程度不同，对不同亮度的感知程度也不同。

自然界中的任何一种颜色都可以由，， 这 种颜色值之和来确定，以这
三种颜色为基色构成一个 颜色空间，基色的波长分别为 (红色)、(绿色)和 (蓝
色)。

颜色＝(红色的百分比)＋(绿色的百分比)＋(蓝色的百分比)
可以选择不同的三基色构造不同的颜色空间，只要其中一种不是由其它
两种
颜色生成。例如（,黄色），（ ，青色），（，品红）。
颜色的度量
图像的数字化首选要考虑到如何用数字来描述颜色。国际照明委员会
（ ）对颜色的描述作了一个通用
的定义，用颜色的三个特性来区分颜色。这些特性是色调，饱和度和明度，它们
是颜色所固有的并且是截然不同的特性。
色调()又称为色相，指颜色的外观，用于区别颜色的名称或颜色的种类。
色调用红、橙、黄、绿、青、蓝、靛、紫等术语来刻画。用于描述感知色调的一
个术语是色彩()。
饱和度()是相对于明度的一个区域的色彩，是指颜色的纯洁性，
它可用来区别颜色明暗的程度。完全饱和的颜色是指没有渗入白光所呈现的颜
色，例如仅由单一波长组成的光谱色就是完全饱和的颜色。
明度()是视觉系统对可见物体辐射或者发光多少的感知属性。它
和人的感知有关。由于明度很难度量，因此国际照明委员会定义了一个比较容易
度量的物理量，称为亮度() 来度量明度，亮度()即辐射的
能量。明度的一个极端是黑色(没有光)，另一个极端是白色，在这两个极端之间
是灰色。
光亮度()是人的视觉系统对亮度()的感知响应值，光亮
度可用作颜色空间的一个维，而明度()则仅限用于发光体,该术语用
来描述反射表面或者透射表面。
颜色空间

颜色空间是表示颜色的一种数学方法，人们用它来指定和产生颜色，使
颜色
形象化。颜色空间中的颜色通常使用代表三个参数的三维坐标来指定，这些参数
描述的是颜色在颜色空间中的位置，但并没有告诉我们是什么颜色，其颜色要取
决于我们使用的坐标。
使用色调、饱和度和明度构造的一种颜色空间，叫做(,
)颜色空间。(， )和(,
)是最流行的颜色空间，它们都是与设备相关的颜色空间，前者用在显示
器上，后者用在打印设备上。
(， )和(, )是最流行的
颜色空间，前者用在显示器上，后者用在打印设备上。
从技术上角度区分，颜色空间可考虑分成如下三类：
? 型颜色空间计算机图形颜色空间：这类模型主要用于电视机和计
算机的颜色显示系统。例如，，, 和 等颜色空间。
? 型颜色空间 颜色空间：这类颜色空间是由国际照明委员会定
义的颜色空间，通常作为国际性的颜色空间标准，用作颜色的基本度量方法。例
如， ，**，** 和 等颜色空间就可作为过渡性的转换空
间。
? 型颜色空间电视系统颜色空间：由广播电视需求的推动而开发的颜
色空间，主要目的是通过压缩色度信息以有效地播送彩色电视图像。例如，，
， ', ' 和-240M ' 等颜
色空间。
颜色空间的转换
不同颜色可以通过一定的数学关系相互转换：
? 有些颜色空间之间可以直接变换。例如， 和， 和，
和''', '''和'， 和 ***等。
? 有些颜色空间之间不能直接变换。例如， 和 **,
和， 和' 等，它们之间的变换需要借助其他颜色空间进行
过渡。
'''和' 两个彩色空间之间的转换关系用下式表示：
0.587G
( 0.4187G )
( 0.3313G )
二、彩色电视的制式及其颜色空间
、彩色电视制式
目前世界上现行的彩色电视制式有三种： 制、 制和 制。这里
不包括高清晰度彩色电视 ( )。
( )彩色电视制是 年美国
国家电视标准委员会定义的彩色电视广播标准，称为正交平衡调幅制。美国、加
拿大等大部分西半球国家，以及日本、韩国、菲律宾等国和中国的台湾采用这种
制式。
彩色电视制的主要特性是：
() 行帧, 帧秒( , )
() 高宽比：电视画面的长宽比(电视为；电影为；高清晰度电视为