谭升
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【数字图像处理】8.4:彩色图像-色彩空间 YIQ 、YUV 、YCbCr 、YC1C2 和I1I2I3

彩色图像-色彩空间 YIQ 、YUV 、YCbCr 、YC1C2 和I1I2I3

背后有人,今天不说废话。。。。

YIQ

NTSC电视系统指定的色彩空间,为了压缩RGB的传输带宽提高传输速度。
YIQ中Y代表亮度信号(Luminance),IQ作为附加信息,I表示相位(In-phase)色彩从橙色到青色,Q表示正交(Quadrature-phase)色彩从紫色到黄绿色,故YIQ也叫做色差信号(Chrominance signal)。
YIQ中Y信号可以直接用于黑白电视作为灰度信号,进行显示,彩色电视则加入IQ分量与Y一起产生颜色。
转换公式:

YUV

YUV在德国和法国发展的彩色电视系统PAL和SECAM中使用。
Y分量与YIQ中Y相同。
以下来自wiki:

首先YUV是一类信号的总称,$Y’UV, YUV, YCbCr,YPbPr$等专有名词都可以称为$YUV$,“Y”表示明亮度(Luminance、Luma),“U”和“V”则是色度、浓度(Chrominance、Chroma),$Y’UV, YUV, YCbCr, YPbPr$常常有些混用的情况,其中YUV和Y’UV通常用来描述模拟信号,而相反的YCbCr与YPbPr则是用来描述数位的影像信号,例如在一些压缩格式内MPEG、JPEG中,但在现今,YUV通常已经在电脑系统上广泛使用。YUV Formats分成两个格式:
1. 紧缩格式(packed formats):将Y、U、V值储存成Macro Pixels阵列,和RGB的存放方式类似。
2. 平面格式(planar formats):将Y、U、V的三个分量分别存放在不同的矩阵中。


YIQ和YUV非常适合压缩,因为亮度和色度可以使用不同的比特来编码。
文献中U表示红-蓝色差,V对应绿-品红色差。
YUV可用于彩色图像的高光分析。

YCbCr

YCbCr不是一种绝对色彩空间,是YUV压缩和偏移的版本。

YCbCr或Y’CbCr有的时候会被写作:YCBCR或是Y’CBCR,是色彩空间的一种,通常会用于影片中的影像连续处理,或是数字摄影系统中。Y’为颜色的亮度(luma)成分、而CB和CR则为蓝色和红色的浓度偏移量成份。Y’和Y是不同的,而Y就是所谓的流明(luminance),表示光的浓度且为非线性,使用伽马修正(gamma correction)编码处理。
YCbCr的Y与YUV中的Y含义一致,Cb和Cr与UV同样都指色彩,Cb指蓝色色度,Cr指红色色度,在应用上很广泛,JPEG、MPEG、DVD、摄影机、数字电视等皆采此一格式。因此一般俗称的YUV大多是指YCbCr。
YCbCr格式有:
4∶4∶4 ,
4∶2∶2 ,
4∶1∶1 ,
4∶2∶0 .
四种压缩比.

YCbCr 4:4:4表示Y,Cb,Cr占同样的比特位
下面的四个像素为:
$ [Y0 U0 V0] [Y1 U1 V1] [Y2 U2 V2] [Y3 U3 V3]$

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存放的码流为:
$Y0 U0 V0 Y1 U1 V1 Y2 U2 V2 Y3 U3 V3$


YCbCr 4:2:2表示Cb,Cr占Y比特位的一半
下面的四个像素为:
$[Y0 U0 V0] [Y1 U1 V1] [Y2 U2 V2] [Y3 U3 V3]$

存放的码流为:
$Y0V0Y1U1Y2V2Y3U3 $

解析后为:
$[Y0 U0 V1] [Y1 U0 V1] [Y2 U2 V3] [Y3 U2 V3] $


YCbCr 4:1:1表示Cb,Cr占Y比特位的$\frac{1}{4}$每个由4个水平方向相邻的像素组成的宏像素需要占用6字节内存。
下面的四个像素为:
$ [Y0 U0 V0] [Y1 U1 V1] [Y2 U2 V2] [Y3 U3 V3]$

存放的码流为:
$Y0U0Y1Y2V2Y3 $

解析后为:
$[Y0 U0 V2] [Y1 U0 V2] [Y2 U0 V2][Y3 U0 V2] $


YCbCr 4:2:0 并不是没有Cr分量,而是采取上下左右分别抽样的方式:

  • 如果一行是4:2:0的话,下一行就是4:0:2,再下一行是4:2:0…以此类推。对每个色度分量来说,水平方向和竖直方向的抽样率都是2:1,所以可以说色度的抽样率是4:1。

对非压缩的8比特量化的视频来说,每个由2×2个2行2列相邻的像素组成的宏像素需要占用6字节内存。
下面八个像素为:
$$[Y0 U0 V0] [Y1 U1 V1] [Y2 U2 V2] [Y3 U3 V3]\
[Y5 U5 V5] [Y6 U6 V6] [Y7U7 V7] [Y8 U8 V8]$$
存放的码流为:
$$Y0 U0 Y1 Y2 U2 Y3\
Y5 V5 Y6 Y7 V7 Y8$$

解析后:
$$[Y0 U0 V5] [Y1 U0 V5] [Y2 U2 V7] [Y3 U2 V7]\
[Y5 U0 V5] [Y6 U0 V5] [Y7U2 V7] [Y8 U2 V7]$$

YC1C2

YC1C2与YCbCr相近,知识YC1C2更接近胶片色阶,而YCbCr更接近荧光粉的色阶。

I1I2I3

此空间描述了一个特征模型而不是色彩空间I1I2I3可以对图像获得较好的分割结果。
其中I1I2I3如下:
$I_1=\frac{R+G+B}{3}$
$I_2=\frac{R-B}{2}$
$I_3=\frac{2G-R-B}{4}$

总结

简单介绍几个色彩空间,作为彩色图像的基础,色彩空间相对概念性较强,在后面处理中,如需更深入的知识会在后续介绍。
待续。。。

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