彩色图像的边缘检测处理程序设计(4)
大量试验表明，人的眼睛能分辨128种不问的色调，10~30种不同的饱和度，而对亮度非常敏感。从而，人眼大约可以分辨35万种颜色。
1.2.2 图像颜色模型
颜色模型(color model)是用来精确标定和生成各种颜色的一套规则和定义。某种颜色模型所标定的所有颜色就构成了一个颜色空间，或称“颜色域”，是可见光的子集。颜色空间通常用三文模型表示，空间中的颜色通常使用三个参数来指定。对于人眼来说，可以通过色调、饱和度和亮度来定义颜色(HSI颜色模型)；对于显示设备来说，可以用红、绿、蓝荧光粉的发光量来描述颜色(RGB颜色模型)；对于打印设备来说，可以使用青色、品红、黄色和黑色颜料的用量来指定颜色(CMYK颜色模型)。
其他常见的颜色空间有，美国国家电视系统委员会定义的彩色电视制式(NTSC)用光亮度和色度传送信号的格式YIQ，其中Y代表充度信息，I、Q为色度值。我国以及欧洲(除法国外)采用的PAL(phase alternating line)制式使用的YUV格式。YUV格式与YIQ格式类似，差别仅在于空间上多一个330°的旋转。以及以演播室质量标准为目标，与YUV颜色空间具有数字等价性的YCbCr颜色空间。ITU-R601编码方案中采用的颜色表示模型中，Cb与U分量对应，Cr与V分量对应。在该编码方案中，亮度信号Y与色度信号Cb、Cr的采样比率为4：2：2，这是因为人眼对色度信号的变化没有对亮度信号的变化敏感。
（1）RGB模型
RGB空间是最常用的颜色空间，可以用立方体表示，如图1.1，它用R(红)，G(绿)，B(蓝)三种颜色的值来表示颜色分量，是面向硬件设备的。电视、显示器、电影、投影机和扫描仪等均采用RGB空间，RGB模型通过红色、绿色和蓝色三原色相加实现颜色合成，即混色。在CIE-1964补充色度学系统中，RGB的波长分别为645．2nm、526．3nm、444．4nm。在不同的颜色设备上，按相同的RGB数据生成的颜色都可能不同。
图1.1 颜色的RGB空间
图1.1的RGB模型表示了颜色之间的关系，红色、绿色和蓝色组成了三个轴。在RGB颜色立方体上，每一种颜色都有其几何坐标。黑色位于立方体后方下部，(0，0，0)表示完全没有光线。立方体前方的顶部是白色，在这一点上，所有颜但的光线都集中在此。立方体的其他几个角分别是青色、品红色和黄色。
理论上绝大部分可见光都可用RGB三色光按不同比例和强度的混合来表示。颜色C＝R(红色的百分比)十G(绿色的百分比)十B(蓝色的百分比)，RGB模型称为相加混色模型，用于光照、视频和显示器对颜色表示。例如，显示器通过红、绿和蓝荧光粉发射光线产生颜色。
（2）HSI空间
虽然RGB模则采用物理三基色表示，物理意义很清楚，适合颜色设备对颜色的输出，但没有直观地与颜色的三要素建立起联系，不能很好地适应人眼对颜色的解释。三基色对颜色三要素的影响不独立，例如，改变红色分量的比例，亮度、色度、饱和度都要改变。HSI[hue-saturation-intensity)颜色空间采用颜色的三个基本属性即色调、饱和度和亮度来描述颜色，更接近人对彩色的认识和解释，因此能够减少彩色图像处理的复杂性。利用HSI空间可从图像携带的彩色信息中消去亮度分量的影响，颜色的三个属性可以分开处理而且相互独立，有利于色彩处理和识别，因而它适合于在彩色图像处理和计算机视觉中的应用。
图1.2 HSI颜色空间
如图1.2所示，HSI颜色空间可以用一个底面相接的双圆锥来表示。共中轴向表示亮度I，自上而下由白变黑；径向表示色饱和度S，自内向外逐渐变高；而圆周方向，则表示色度H的变化，形成色环。红色对应0°，绿色对应120°，蓝色对应240°，各基色按120°分隔。对于任意一个色点，其H值对应于指向该点的矢量与0°处红色轴的夹角。