2.2.2 图像的颜色空间

彩色图像在多种实际应用场景下都发挥了广泛作用，如图像显示和图像处理等。在不同场景下，对图像色彩的表达方式有不同的要求，例如，RGB格式的图像更适合用来显示，而不适合用在图像处理系统中。因此，针对不同的场景有不同的彩色数据表达方式，即颜色空间。颜色空间是一种利用整数区间来表示不同颜色的模型，其维度可分为一维、二维、三维甚至更高维，其中，三维颜色空间的应用最为广泛。常用的三维颜色空间除RGB外，还有CIEXYZ、YUV和HSV等。本节详细讲解RGB和YUV这两种颜色空间的定义和特点。

1.RGB颜色空间

RGB颜色空间是由红、绿、蓝三基色构成的三维线性颜色空间，其中，三基色分别使用波长645.16nm（红）、526.32nm（绿）和444.44nm（蓝）的单色光为标准。

RGB颜色空间通常可以用三维空间直角坐标系表示。在三维空间直角坐标系中，有效的颜色取值范围为一个边长为MAX的正立方体，其中，原点（0，0，0）表示纯黑色，（MAX，MAX，MAX）表示纯白色，MAX为某位深所支持的像素值上限，即如果位深为8 bit，则MAX的值为255，纯白色的像素值为（255，255，255），如图2-5所示。

图2-5

在RGB颜色空间中，每种像素取值都由R、G、B三基色的取值组合而成，与主流显示系统的实现原理高度契合，因此可广泛用于图像显示领域。由于每个颜色都与三个分量相关，并且各个分量之间不存在主次关系，所以无法针对次要信息进行特定的亚采样，因此RGB颜色空间不适用于视频信号压缩编码。

2.YUV颜色空间

广义上的YUV颜色空间指一类三维颜色空间定义的总称，YUV颜色空间自模拟电视时代起便广泛用于视频信号的编码与传输，并延续至今。YUV 颜色空间包括一个亮度分量 Y 和两个色度分量，色度分量的采样率可与亮度分量相同或低于亮度分量。YUV颜色空间具体可分为以下几类。

◎ YUV：狭义的YUV颜色空间，多用于亚洲和欧洲的数字电视制式（如PAL和SECAM等）。

◎ NTSC：多用于北美数字电视制式（如NTSC）。

◎ Y’CrCb：广泛用于数字图像与视频信号的压缩编码，如JPEG和MPEG等编码标准。

在讨论图像与视频压缩的场景下，通常默认YUV格式可等价于 Y’CrCb 格式。一幅彩色YUV格式的图像分解为Y’CrCb格式的图像的效果如图2-6所示。

图2-6