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RGB、HSV和HSL颜色空间

时间:2024/5/12 11:27:46   作者:郑士利   来源:正势利   阅读:38   评论:0
内容摘要:目录:RGB的局限性HSV颜色空间HSL颜色空间一、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...

目录:

RGB 的局限性

HSV 颜色空间

HSL 颜色空间

一、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。

RGB、HSV和HSL颜色空间

Hue 用角度度量,取值范围为0~360°,表示色彩信息,即所处的光谱颜色的位置。表示如下:

RGB、HSV和HSL颜色空间

颜色圆环上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。

在 GRB中 颜色由三个值共同决定,比如黄色为即 (255,255,0);在HSV中,黄色只由一个值决定,Hue=60即可。

HSV 圆柱体的半边横截面(Hue=60):

RGB、HSV和HSL颜色空间

其中水平方向表示饱和度,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)。




可以通俗理解为:


在Hue一定的情况下,饱和度减小,就是往光谱色中添加白色,光谱色所占的比例也在减小,饱和度减为0,表示光谱色所占的比例为零,导致整个颜色呈现白色。


明度减小,就是往光谱色中添加黑色,光谱色所占的比例也在减小,明度减为0,表示光谱色所占的比例为零,导致整个颜色呈现黑色。




HSV 对用户来说是一种比较直观的颜色模型。我们可以很轻松地得到单一颜色,即指定颜色角H,并让V=S=1,然后通过向其中加入黑色和白色来得到我们需要的颜色。增加黑色可以减小V而S不变,同样增加白色可以减小S而V不变。例如,要得到深蓝色,V=0.4 S=1 H=240度。要得到浅蓝色,V=1 S=0.4 H=240度。

HSV 的拉伸对比度增强就是对 S 和 V 两个分量进行归一化(min-max normalize)即可,H 保持不变。

RGB颜色空间更加面向于工业,而HSV更加面向于用户,大多数做图像识别这一块的都会运用HSV颜色空间,因为HSV颜色空间表达起来更加直观!

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)。可以到这个 网页 尝试一下。

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:

RGB、HSV和HSL颜色空间

提取白色物体时,使用 HLS 更方便,因为 HSV 中的Hue里没有白色,白色需要由S和V共同决定(S=0, V=100)。而在 HLS 中,白色仅由亮度L一个分量决定。所以检测白色时使用 HSL 颜色空间更准确。



标签:颜色 空间 

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