RGB顏色空間與RGB三色中色調(diào)、飽和度、亮度之間的關(guān)系

一．概述

本文章會(huì)詳細(xì)的介紹RGB顏色空間與RGB三色中色調(diào)、飽和度、亮度之間的關(guān)系，最后會(huì)介紹HSV顏色空間！

一．RGB顏色空間

1. 起源

RGB三原色起源于上世紀(jì)初1809年Thomas Young提出視覺(jué)的三原色學(xué)說(shuō)，隨后Helmholtz在1824年也提出了三原色學(xué)說(shuō)：即：視網(wǎng)膜存在三種視錐細(xì)胞，分別含有對(duì)紅、綠、藍(lán)三種光線敏感的視色素，當(dāng)一定波長(zhǎng)的光線作用于視網(wǎng)膜時(shí)，以一定的比例使三種視錐細(xì)胞分別產(chǎn)生不同程度的興奮，這樣的信息傳至大腦中樞，就產(chǎn)生某一種顏色的感覺(jué)。

在顯示器發(fā)明之后，從黑白顯示器發(fā)展到彩色顯示器，人們開(kāi)始使用發(fā)出不同顏色的光的熒光粉（CRT，等離子體顯示器），或者不同顏色的濾色片（LCD），或者不同顏色的半導(dǎo)體發(fā)光器件（OLED和LED大型全彩顯示牌）來(lái)形成色彩，無(wú)一例外的選擇了Red，Green，Blue這3種顏色的發(fā)光體作為基本的發(fā)光單元。通過(guò)控制他們發(fā)光強(qiáng)度，組合出了人眼睛能夠感受到的大多數(shù)的自然色彩。

計(jì)算機(jī)顯示彩色圖像的時(shí)候也不例外，最終顯示的時(shí)候，要控制一個(gè)像素中Red，Green，Blue的值，來(lái)確定這個(gè)像素的顏色。計(jì)算機(jī)中無(wú)法模擬連續(xù)的存儲(chǔ)從最暗到最亮的量值，而只能以數(shù)字的方式表示。于是，結(jié)合人眼睛的敏感程度，使用3個(gè)字節(jié)（3*8位）來(lái)分別表示一個(gè)像素里面的Red，Green 和Blue的發(fā)光強(qiáng)度數(shù)值，這就是常見(jiàn)的RGB格式。我們可以打開(kāi)畫(huà)圖板，在自定義顏色工具框中，輸入r，g，b值，得到不同的顏色。

2. 概述

RGB顏色空間以R（Red：紅）、G（Green：綠）、B（Blue：藍(lán)）三種基本色為基礎(chǔ)，進(jìn)行不同程度的疊加，產(chǎn)生豐富而廣泛的顏色，所以俗稱(chēng)三基色模式。

RGB空間是生活中最常用的一個(gè)顏色顯示模型，電視機(jī)、電腦的CRT顯示器等大部分都是采用這種模型。自然界中的任何一種顏色都可以由紅、綠、藍(lán)三種色光混合而成，現(xiàn)實(shí)生活中人們見(jiàn)到的顏色大多是混合而成的色彩。

肉眼可以識(shí)別世界上的所有顏色，而RGB幾乎可以組合成世界上所有的顏色！

二。 RGB顏色范圍

RGB的每個(gè)元素在計(jì)算機(jī)內(nèi)存中占用1個(gè)字節(jié)，1個(gè)字節(jié)等于8個(gè)bit位，所以RGB每個(gè)元素的取值范圍為：0~256（2的8次方）（從2開(kāi)始算次方我個(gè)人覺(jué)得是因?yàn)閎it位，因?yàn)橐粋€(gè)bit位可以表示兩種狀態(tài)）

那么三色組合起來(lái)256x256x256=16777216（一千六百七十七萬(wàn)七千二百一十六）種顏色，這么多的顏色幾乎可以覆蓋世界上所有的顏色！所以平常電視機(jī)、電腦屏幕、任何顯示儀器都會(huì)通過(guò)這種RGB顏色空間來(lái)顯示！

1. 組合方法

組合方法是通過(guò)互補(bǔ)光的形式來(lái)組合成任意顏色的

例如：

紅色 + 綠色 = 黃色

如圖：

紅色 + 綠色 +藍(lán)色 = 白色

如圖：

你也可以調(diào)整RGB某一元素的色值來(lái)達(dá)到不同的顏色組合！

2. RGBA

RGBA（Alpha），A用于描述三原色的透明度！

例如：

3. RGB文件存儲(chǔ)類(lèi)型

RGB色彩空間根據(jù)每個(gè)分量在計(jì)算機(jī)中占用的存儲(chǔ)字節(jié)數(shù)分為如下幾種類(lèi)型：

（1）RGB555

RGB555是一種16位的RGB格式，各分量都用5位表示，剩下的一位不用。

高字節(jié) -》 低字節(jié)（根據(jù)內(nèi)存大小端）

XRRRRRGGGGGBBBBB（X代表不用）

（2）RGB565

RGB565也是一種16位的RGB格式，但是R占用5位，G占用6位，B占用5位。

（3）RGB24

RGB24是一種24位的RGB格式，各分量占用8位，取值范圍為0-255。

（4）RGB32

RGB32是一種32位的RGB格式，各分量占用8位，剩下的8位作Alpha通道或者不用。

（5）RGB222

RGB222是一種8位的RGB格式，各分量占用2bit位，剩下的2bit位不用！

注意這種格式一般用于灰度圖，現(xiàn)在的CRT（陰極射線管）都是彩色RGB模型的CRT，所以在顯示灰度圖時(shí)都是放射RGB顏色模板（熒光粉）來(lái)做到顯示顏色的，也就是說(shuō)每個(gè)像素點(diǎn)上的熒光粉有三個(gè)RGB，所以顯示灰度圖時(shí)也就是單通道的圖片時(shí)，是通過(guò)混合RGB來(lái)達(dá)到灰度色的！

還有RGB232，RGB332，RGB233，。..

早期的CRT只能顯示黑白照是因?yàn)?a href="http://wenjunhu.com/v/" target="_blank">工業(yè)水平有限，注意也不一定是黑白色，也有可能是單色，如紅色，暗紅，紫色，暗紫，只能顯示一種顏色！

4. 單通道與多通道

單通道：

俗稱(chēng)灰度圖，每個(gè)像素點(diǎn)只能有一個(gè)值表示顏色，它的像素值在0到255之間，0是黑色，255是白色，中間值是一些不同等級(jí)的灰色，可以說(shuō)灰度是黑與白之間的過(guò)渡色！

注意這個(gè)值不是RGB里的任何一個(gè)元素，顯示設(shè)備是直接通過(guò)CRT（彩色陰極射線顯像管）將單通道里的像素值顯示黑白色圖像，值越高黑色圖越亮，一般灰度值大小不會(huì)超過(guò)125！

多通道：

多通道也就是RGB三原色，每個(gè)像素點(diǎn)有三個(gè)字節(jié)來(lái)表示（RGB），分別最大取值范圍是0-255，可以組合成千萬(wàn)種顏色。

圖像處理優(yōu)勢(shì)對(duì)比：

單通道往往應(yīng)用于圖像處理，因?yàn)閱瓮ǖ乐挥幸粋€(gè)像素點(diǎn)（一個(gè)字節(jié)），所以相比多通道三個(gè)字節(jié)，處理速度上要尤為的快！

而且單通道能將圖像以灰度形式顯示出來(lái)，不會(huì)影響圖像識(shí)別，和特征提?。?/p>

多通道以原圖的形式將圖像展示出來(lái)，所以可以提取特征很多，識(shí)別率高！

例如：

多通道也可以組合成灰度圖，上面說(shuō)過(guò)，紅+綠+藍(lán)=白色，注意這里補(bǔ)充一下，只有在三色相等時(shí)才會(huì)組合成白色！

例如：

想要達(dá)到灰度只要將RGB三色調(diào)低一點(diǎn)就可以達(dá)到！

例如：

但是當(dāng)某一方的值不相同時(shí)就會(huì)產(chǎn)生其他顏色。

所以三通道想要組合成黑白色（灰度）必須三原色值相同。

也就是說(shuō)灰度圖不一定是單通道，但是單通道一定是灰度圖！

三。 色調(diào)、飽和度、亮度

1. 色調(diào)（色相）：

彩色圖片中，色調(diào)決定彩色圖片更加偏于哪一方！

列如：

我們修改一下色調(diào)

當(dāng)把色調(diào)調(diào)低時(shí)，顏色更加偏向于紅色

當(dāng)我們把色調(diào)調(diào)高一點(diǎn)時(shí)，顏色更加偏向于綠色

當(dāng)顏色在調(diào)高一點(diǎn)時(shí)，顏色更加偏向于藍(lán)色

2. 飽和度

飽和度決定了顏色空間中顏色分量，飽和度越高，說(shuō)明顏色越深，飽和度越低，說(shuō)明顏色越淺！

如圖：

當(dāng)飽和度為55時(shí)，可以發(fā)現(xiàn)該顏色空間能顯示的顏色分量非常低

當(dāng)我把飽和度調(diào)高一點(diǎn)時(shí)，可以發(fā)現(xiàn)顏色分量顯示的明顯要深！

可以與上圖形成鮮明的對(duì)比。

所以飽和度在顏色空間中是起到一個(gè)控制RGB組合色的顏色深度的作用。

3. 亮度

亮度決定顏色空間中顏色的明暗程度！

如圖，亮度設(shè)置比較高的時(shí)候會(huì)發(fā)現(xiàn)顏色顯示的較為鮮艷

會(huì)發(fā)現(xiàn)顏色會(huì)變得非常暗！

所以亮度在顏色空間中起到一個(gè)控制RGB組合色的明暗程度的作用。

下面有個(gè)答案是我在知乎上看到的覺(jué)得非常適合描述色調(diào)（色相）、飽和度、亮度與顏色空間的關(guān)系：

明度為0的時(shí)候，只有一個(gè)點(diǎn)，只能是黑色。沒(méi)有光，啥都看不見(jiàn)。

后面我們要讓明度是某個(gè)不為零的值，才好談下去?；谶@個(gè)條件，

純度為0的時(shí)候，只有一條線，只能是黑白的。沒(méi)有對(duì)比度，就沒(méi)有彩色。

純度也不為0了，才可能出現(xiàn)彩色，至于到底是哪一種顏色，就要看色度了。

不知道大家有沒(méi)有發(fā)現(xiàn)，無(wú)論你怎么修改色調(diào)，飽和度，亮度，RGB三色值會(huì)跟隨而變化，其實(shí)色調(diào)，飽和度，亮度都是通過(guò)特定的算法經(jīng)過(guò)計(jì)算修改RGB三色而達(dá)到的控制顏色效果！

本欄屬于圖像理論知識(shí)不提供任何實(shí)踐代碼！

四。 HSV顏色空間 （部分地方是參考他人博客的文章，然后根據(jù)自己的理解寫(xiě)出來(lái)的！）

1. 起源

HSV（Hue， Saturation， Value）是根據(jù)顏色的直觀特性由A. R. Smith在1978年創(chuàng)建的一種顏色空間， 也稱(chēng)六角錐體模型（Hexcone Model）。

這個(gè)模型中顏色的參數(shù)分別是：色調(diào)（H），飽和度（S），明度（V）。

2. HSV顏色模型介紹

2.1色調(diào)H（Hue）

用角度度量，取值范圍為0°～360°，從紅色開(kāi)始按逆時(shí)針?lè)较蛴?jì)算，紅色為0°，綠色為120°，藍(lán)色為240°，。它們的補(bǔ)色是：黃色為60°，青色為180°，品紅為300°，0°- 359°時(shí)顏色會(huì)依次變換當(dāng)角度到達(dá)360°時(shí)也就是紅色，角度也就又回到0°了，所以總共為360°，每變換1°時(shí)，色相就會(huì)有輕微的變化！如果是順時(shí)針的話這個(gè)變換過(guò)程會(huì)從紅色逐漸變換到綠色，在由綠色逐漸變換到藍(lán)色，在由藍(lán)色逐漸變換到紅色！逆時(shí)針的話就是相反的！

2.2 飽和度 S（Saturation）

飽和度S表示顏色接近光譜色的程度。一種顏色，可以看成是某種光譜色與白色混合的結(jié)果。其中光譜色所占的比例愈大，顏色接近光譜色的程度就愈高，顏色的飽和度也就愈高。飽和度高，顏色則深而艷。光譜色的白光成分為0，飽和度達(dá)到最高。通常取值范圍為0%～100%，值越大，顏色越飽和。

2.3 明度V（Value）

明度表示顏色明亮的程度，對(duì)于光源色，明度值與發(fā)光體的光亮度有關(guān)；通常取值范圍為0%（黑）到100%（白）。

2.4 模型分析：

H參數(shù)表示色彩信息，即所處的光譜顏色的位置。該參數(shù)用一角度量來(lái)表示，紅、綠、藍(lán)分別相隔120度。HSV中每一種顏色的互補(bǔ)色分別相差180度。意思就是說(shuō)：兩種顏色在互補(bǔ)時(shí)最大為180°

例如：

在HSV模型中紅與綠的互補(bǔ)色為黃色，其角度為60°

綠色與藍(lán)色的互補(bǔ)光為青色其角度也為60°

藍(lán)色與紅色的互補(bǔ)光為品紅色其角度也為60°

那么按逆反的方向來(lái)算，綠色到紅色的互補(bǔ)光為60°

藍(lán)色到綠色的互補(bǔ)光也為60°

紅色到藍(lán)色的互補(bǔ)光也為60°

所以通過(guò)以上知識(shí)可以知道，紅色到到綠色之間的互補(bǔ)光為60°，而綠色到紅色之間的互補(bǔ)光也為60°所以每一種顏色的色差是：60°+ 60°= 180°

互補(bǔ)光的色差在HSV顏色模型中是這樣來(lái)算的！

純度S為一比例值，范圍從0到1，它表示成所選顏色的純度和該顏色最大的純度之間的比率。S=0時(shí)，只有灰度。

V表示色彩的明亮程度，范圍從0到1。有一點(diǎn)要注意：它和光強(qiáng)度之間并沒(méi)有直接的聯(lián)系。

2.5 HSV顏色分析

HSV對(duì)用戶(hù)來(lái)說(shuō)是一種直觀的顏色模型。我們可以從一種純色彩開(kāi)始，即指定色彩角H，并讓V=S=1，然后我們可以通過(guò)向其中加入黑色和白色來(lái)得到我們需要的顏色。增加黑色可以減小V而S不變，同樣增加白色可以減小S而V不變。例如，要得到深藍(lán)色，V=0.4 S=1 H=240度。要得到淺藍(lán)色，V=1 S=0.4 H=240度。

如圖：

一般說(shuō)來(lái)，人眼最大能區(qū)分128種不同的色彩，130種色飽和度，23種明暗度。如果我們用16Bit表示HSV的話，可以用7位存放H，4位存放S，5位存放V，即745或者655就可以滿(mǎn)足我們的需要了。

由于HSV是一種比較直觀的顏色模型，所以在許多圖像編輯工具中應(yīng)用比較廣泛，如Photoshop（在Photoshop中叫HSB）等等，但這也決定了它不適合使用在光照模型中，許多光線混合運(yùn)算、光強(qiáng)運(yùn)算等都無(wú)法直接使用HSV來(lái)實(shí)現(xiàn)！

RGB顏色空間更加面向于工業(yè)，而HSV更加面向于用戶(hù)，大多數(shù)做圖像識(shí)別這一塊的都會(huì)運(yùn)用HSV顏色空間，因?yàn)镠SV顏色空間表達(dá)起來(lái)更加直觀！

原文標(biāo)題：開(kāi)發(fā)必備知識(shí)點(diǎn)：RGB顏色空間、色調(diào)、飽和度、亮度、HSV顏色空間詳解

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