一概述

本文将详细介绍RGB色彩空间与RGB三原色的色相、饱和度、亮度的关系，最后介绍HSV色彩空间！

一RGB颜色空间

1.起源

RGB三色起源于上世纪初1809年ThomasYoung的视觉三色理论，1824年Helmholtz也提出了三色理论：即视网膜中有三种视锥细胞，分别含有对红、绿、蓝光敏感的视色素。当一定波长的光作用于视网膜时，三个视锥细胞会有一定比例的不同。

显示器发明后，从黑白显示到彩色显示，人们开始使用发出不同颜色光的荧光粉(CRT、等离子显示器)，或者不同颜色的彩色滤光片(LCD)，或者不同颜色的半导体发光器件(有机发光二极管、LED大型全彩显示卡)来构成颜色。无一例外地选择了红、绿、蓝三种颜色的发光体作为基本发光单元。通过控制它们的发光强度，人眼能感受到的大部分自然色被组合在一起。

当计算机显示彩色图像时，也不例外。最终显示出来的时候，需要控制一个像素中的红、绿、蓝的值来决定这个像素的颜色。无法在计算机中模拟连续存储从最暗到最亮的量级，只能用数字形式表示。所以结合人眼的敏感度，用三个字节(3*8位)来表示一个像素中红绿蓝的发光强度值，也就是常见的RGB格式。我们可以打开画板，在自定义颜色工具箱中输入r、G、B、G、B的值，得到不同的颜色。

2.概述

RGB色彩空间以R(Red: Red)、G(Green: Green)和B(Blue: Blue)三种基本色为基础，不同程度的叠加产生丰富而广泛的色彩，所以俗称三原色模式。

RGB空间是生活中最常用的彩色显示模型，被大多数电视机、电脑CRT显示器等采用。自然界的任何颜色都可以和红绿蓝混合，人们在现实生活中看到的大多数颜色都是混合色。

肉眼可以识别世界上所有的颜色，RGB几乎可以组合成世界上所有的颜色！

二.RGB颜色范围

RGB的每个元素在计算机内存中占一个字节，一个字节等于八个比特，所以RGB每个元素的取值范围是：0~256(2的八次方)(我个人认为是因为比特，因为一个比特可以代表两种状态)。

然后三种颜色组合成256x256x256=16777216 (16，777，216)种颜色，这么多颜色几乎可以覆盖世界上所有的颜色！所以普通的电视机，电脑屏幕，任何显示仪器都会通过这个RGB色彩空间来显示！

1.组合方法

的组合方法是以补光的形式组合任意颜色。

例如：

红绿=黄色

如图所示：

红色、绿色和蓝色=白色

如图所示：

还可以调整RGB某个元素的颜色值，实现不同的颜色组合！

2.RGBA

RGBA(Alpha)，a用来描述三原色的透明度！

例如：

3.RGB文件存储类型

RGB色彩空间根据计算机中各部件占用的存储字节数分为以下几种类型：

RGB555

RGB555是一种16位RGB格式。每个分量由5位表示，剩余的位不使用。

高字节-低字节(根据内存大小)

Xrrrrgggggbbbbb (x代表未使用)

RGB565

RGB565也是16位RGB格式，但是R占5位，G占6位，B占5位。

RGB24

RGB24是24位RGB格式，每个分量占用8位，取值范围为0-255。

RGB32

RGB32是32位RGB格式，每个分量占用8位，剩下的8位作为Alpha通道与否。

RGB222

RGB222是8-22位RGB格式，每个分量占用2位，剩下的2位不用！

请注意，这种格式通常用于灰度图像。现在的CRT(阴极射线管)是彩色RGB型号的CRT，所以在显示灰度图像时，发射RGB颜色模板(荧光粉)来显示颜色，也就是说每个像素点的荧光粉有三个RGB，所以在显示灰度图像时，也就是显示单通道画面时，通过混合RGB来实现灰色！

以及RGB232、RGB332、RGB233、

早期的CRT因为工业水平有限，只能显示黑白照片。注意不一定是黑白的，可能是单色的，比如红色、暗红、紫色、深紫色，只能显示一种颜色！

4.单通道与多通道

单通道：

俗称灰度图，每个像素只能有一个值来表示颜色，其像素值在0到255之间，0为黑色，255为白色，中间值是一些不同等级的灰度。可以说灰度是黑白之间的过渡色！

注意，这个值不是RGB中的任何元素。显示设备通过CRT(彩色阴极射线管)将单通道中的像素值直接显示为黑白图像。该值越高，黑色图像越亮，通常灰度值越大。

小不会超过125！

多通道：

多通道也就是RGB三原色，每个像素点有三个字节来表示（RGB），分别最大取值范围是0-255，可以组合成千万种颜色。

图像处理优势对比：

单通道往往应用于图像处理，因为单通道只有一个像素点(一个字节)，所以相比多通道三个字节，处理速度上要尤为的快！

而且单通道能将图像以灰度形式显示出来，不会影响图像识别，和特征提取！

多通道以原图的形式将图像展示出来，所以可以提取特征很多，识别率高！

例如：

多通道也可以组合成灰度图，上面说过，红+绿+蓝=白色，注意这里补充一下，只有在三色相等时才会组合成白色！

例如：

想要达到灰度只要将RGB三色调低一点就可以达到！

例如：

但是当某一方的值不相同时就会产生其他颜色。

所以三通道想要组合成黑白色(灰度)必须三原色值相同。

也就是说灰度图不一定是单通道，但是单通道一定是灰度图！

三.色调、饱和度、亮度

1.色调(色相)：

彩色图片中，色调决定彩色图片更加偏于哪一方！

列如：

我们修改一下色调

当把色调调低时，颜色更加偏向于红色

当我们把色调调高一点时，颜色更加偏向于绿色

当颜色在调高一点时，颜色更加偏向于蓝色

2.饱和度

饱和度决定了颜色空间中颜色分量，饱和度越高，说明颜色越深，饱和度越低，说明颜色越浅！

如图：

当饱和度为55时，可以发现该颜色空间能显示的颜色分量非常低

当我把饱和度调高一点时，可以发现颜色分量显示的明显要深！

可以与上图形成鲜明的对比。

所以饱和度在颜色空间中是起到一个控制RGB组合色的颜色深度的作用。

3.亮度

亮度决定颜色空间中颜色的明暗程度！

如图，亮度设置比较高的时候会发现颜色显示的较为鲜艳

会发现颜色会变得非常暗！

所以亮度在颜色空间中起到一个控制RGB组合色的明暗程度的作用。

下面有个答案是我在知乎上看到的觉得非常适合描述色调(色相)、饱和度、亮度与颜色空间的关系：

明度为0的时候，只有一个点，只能是黑色。没有光，啥都看不见。

后面我们要让明度是某个不为零的值，才好谈下去。基于这个条件，

纯度为0的时候，只有一条线，只能是黑白的。没有对比度，就没有彩色。纯度也不为0了，才可能出现彩色，至于到底是哪一种颜色，就要看色度了。

不知道大家有没有发现，无论你怎么修改色调，饱和度，亮度，RGB三色值会跟随而变化，其实色调，饱和度，亮度都是通过特定的算法经过计算修改RGB三色而达到的控制颜色效果！

本栏属于图像理论知识不提供任何实践代码！

四.HSV颜色空间(部分地方是参考他人博客的文章，然后根据自己的理解写出来的！)

1.起源

HSV(Hue,Saturation,Value)是根据颜色的直观特性由A.R.Smith在1978年创建的一种颜色空间,也称六角锥体模型(HexconeModel)。

这个模型中颜色的参数分别是：色调（H），饱和度（S），明度（V）。

2.HSV颜色模型介绍

2.1色调H（Hue）

用角度度量，取值范围为0°～360°，从红色开始按逆时针方向计算，红色为0°，绿色为120°,蓝色为240°，。它们的补色是：黄色为60°，青色为180°,品红为300°，0°-359°时颜色会依次变换当角度到达360°时也就是红色，角度也就又回到0°了，所以总共为360°，每变换1°时，色相就会有轻微的变化！如果是顺时针的话这个变换过程会从红色逐渐变换到绿色，在由绿色逐渐变换到蓝色，在由蓝色逐渐变换到红色！逆时针的话就是相反的！

2.2饱和度S（Saturation）

饱和度S表示颜色接近光谱色的程度。一种颜色，可以看成是某种光谱色与白色混合的结果。其中光谱色所占的比例愈大，颜色接近光谱色的程度就愈高，颜色的饱和度也就愈高。饱和度高，颜色则深而艳。光谱色的白光成分为0，饱和度达到最高。通常取值范围为0%～100%，值越大，颜色越饱和。

2.3明度V（Value）

明度表示颜色明亮的程度，对于光源色，明度值与发光体的光亮度有关；通常取值范围为0%（黑）到100%（白）。

2.4模型分析：

H参数表示色彩信息，即所处的光谱颜色的位置。该参数用一角度量来表示，红、绿、蓝分别相隔120度。HSV中每一种颜色的互补色分别相差180度。意思就是说：两种颜色在互补时最大为180°

例如：

在HSV模型中红与绿的互补色为黄色，其角度为60°

绿色与蓝色的互补光为青色其角度也为60°

蓝色与红色的互补光为品红色其角度也为60°

那么按逆反的方向来算，绿色到红色的互补光为60°

蓝色到绿色的互补光也为60°

红色到蓝色的互补光也为60°

所以通过以上知识可以知道，红色到到绿色之间的互补光为60°，而绿色到红色之间的互补光也为60°所以每一种颜色的色差是：60°+60°=180°

互补光的色差在HSV颜色模型中是这样来算的！

纯度S为一比例值，范围从0到1，它表示成所选颜色的纯度和该颜色最大的纯度之间的比率。S=0时，只有灰度。

V表示色彩的明亮程度，范围从0到1。有一点要注意：它和光强度之间并没有直接的联系。

2.5HSV颜色分析

HSV对用户来说是一种直观的颜色模型。我们可以从一种纯色彩开始，即指定色彩角H，并让V=S=1，然后我们可以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=0.4S=1H=240度。要得到浅蓝色，V=1S=0.4H=240度。

如图：

一般说来，人眼最大能区分128种不同的色彩，130种色饱和度，23种明暗度。如果我们用16Bit表示HSV的话，可以用7位存放H，4位存放S，5位存放V，即745或者655就可以满足我们的需要了。

由于HSV是一种比较直观的颜色模型，所以在许多图像编辑工具中应用比较广泛，如Photoshop（在Photoshop中叫HSB）等等，但这也决定了它不适合使用在光照模型中，许多光线混合运算、光强运算等都无法直接使用HSV来实现！

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！