简析色彩空间及色域ppt课件.pptx

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1、Color Spaces,Training ProgramHans,1,2,目录：,RGB颜色空间YUV颜色空间YIQ颜色空间YCbCr颜色空间PhotoYCC颜色空间HIS、HLS和HSV颜色空间色度图其它颜色空间伽玛校正,颜色空间是一系列颜色的数学表现形式。三种最流行的颜色模型是RGB（用于计算机图形）；YIQ，YUV或YCbCr（用于视频系统）和CMYK（用于彩色打印）。但是，这三种颜色没有一种和我们直觉概念上的色调，饱和度，亮度有直接的联系。这就使我们暂时去追寻其它的模型，如HIS和HSV，它们能简化编程，处理和终端用户操作。 所有的颜色空间都能由照相机身扫描仪等仪器所提供的RGB信息

2、得到,RGB颜色空间,3,RGB颜色空间,4,在计算机图形中广泛使用红，绿和蓝（RGB）颜色空间。红，绿，蓝是三种主要的相加色（不同的颜色加在一起形成所需的颜色）。用一个三维笛卡尔坐标系统（图1.1）来表示。图中所示的立方体对角线（到三基色的距离相等）代表了不同的灰阶。表1.1包含100%幅度，100%饱和度彩条信号（一种常用测试信号）的RGB值。,表 1.1 100%RGB 彩条信号,图 1.1 RGB 颜色立方体,黄色,青色,红紫色,RGB颜色空间,5,RGB 颜色空间在计算机图形中使用最为普遍，因为彩色显示器使用 RGB 来产生所需的颜色。所以，选用 RGB 颜色空间简化了系统的构建和设

3、计。而且，由于 RGB 颜色空间使用了好几年，所以可以利用大部分现有的软件程序模块。 然而，RGB 颜色空间在处理现实图像时，它的效率并不是很高。要产生 RGB 颜色立方体内的任意颜色，所有的 RGB 三基色都必须有相同的带宽。这就直接导致了每个 RGB 基色需要像素深度（Pixel depth）和显示分辨力都相同的帧存储器。而且，在 RGB 颜色空间内处理一幅图像通常也不是最有效的方式。举个例子，我们要改变一个像素点的亮度或色度，我们必须从帧缓冲器中读出所有的 RGB 颜色值，然后计算亮度或色度，然后对它们进行相应的更改，计算出新的 RGB 值，写回帧缓冲器。如果系统访问的是直接以亮度和色度

4、存储的图像，一些处理步骤就会更快了。 由于这些以及其它的原因，很多视频标准使用亮度和两个色差信号。其中最为普遍的是 YUV，YIQ，和 YCbCr 颜色空间。尽管它们彼此关联，但还是有一些区别的。,YUV颜色空间,6,YUV颜色空间,7,YUV 颜色空间在 PAL（Phase Alternation Line），NTSC（National Television System Committee）和 SECAM（ Sequentiel Couleur Avec Mmoire or Sequential Color with Memory）复合颜色视频标准中使用。黑白电视系统只使用亮度信号（Y）；

5、色度信号（U，V）以一种特殊的方式加入亮度信号，这样，黑白电视接收机能够显示正常的黑白图像而彩色电视接收机能够对对附加的色度信号进行解码从而显示彩色图像。伽马校正后的 RGB（用 RGB表示）和 YUV 的转换方程式为：Y = 0.299R + 0.587G + 0.114BU = 0.147R 0.289G + 0.436B= 0.492 (B Y)V = 0.615R 0.515G 0.100B= 0.877(R Y)R = Y + 1.140VG = Y 0.395U 0.581VB = Y + 2.032U,YUV颜色空间,8,对于范围为 0-255 的数字 RGB，Y 的范围为 0-

6、255，U 为 0 到112，V 为 0 到157。我们经常对这些方程式进行缩放，使之在现实中的 NTSC 或 PAL 数字编解码器中更容易实现。 注意，对于 8 比特的 YUV 和 RGB的数字数据，为了避免上溢和下溢，它们的数值不能超出 0 到 255 阶的范围。 如果我们使用范围内所有的 B-Y 和 R-Y 数据，那么复合 NTSC 和 PAL 电平将超出（现在采用的）黑白电视发送接收机所支持的电平。实验证明，调制后的载波电平的偏移量在亮度信号白电平以上，黑电平以下的 20%范围内是允许的。我们选用了一个缩放因子，使得 75%幅度，100%饱和度的黄色和青色彩条刚好处在白电平上（100I

7、RE）。,YIQ颜色空间,9,YIQ颜色空间,10,YIQ 颜色空间由 YUV 颜色空间导出，在 NTSC复合彩色视频标准中选用。（“I”代表同相，“Q”代表正交，这是传递色度信息的调制方式。）RGB和 YIQ 转换的基本方程式是： Y = 0.299R + 0.587G + 0.114BI = 0.596R 0.275G 0.321B = Vcos 33 Usin 33 = 0.736(R Y) 0.268(B Y)Q = 0.212R 0.523G + 0.311B = Vsin 33 + Ucos 33 = 0.478(R Y) + 0.413(B Y)R = Y + 0.956I +

8、0.621QG = Y 0.272I 0.647QB = Y 1.107I + 1.704Q,YIQ颜色空间,11,对于范围为 0-255 的数字 RGB，Y 的范围为 0-255，I 为 0 到152，Q 为 0 到134。I 和 Q 由 U 和 V 旋转 33得到。我们经常对这些方程式进行缩放，使之在现实中的 NTSC 数字编解码器中更容易实现。 注意，对于 8 比特的 YIQ 和 RGB的数字数据，为了避免上溢和下溢，它们的数值不能超出 0 到 255 阶的范围。,YCbCr颜色空间,12,YCbCr颜色空间,13,随着世界范围内的数字分量视频标准的发展，YCbCr 颜色空间作为 ITU

9、-R BT.601 的一部分发展起来。YCbCr 由 YUV 颜色空间缩放和偏移得到。Y 标称 8 比特，范围为 16-235，Cb 和 Cr 的标称范围为 16-240。YCbCr 有很多不同的采样格式，如 4:4:4，4:2:2，4:1:1，4:2:0，我们将对它们分别进行讨论。 RGB-YCbCr 方程式：SDTV（标清） 标称范围为 16-235 的 8 比特数字 RGB（工作室 RGB）和 YCbCr 之间的基本转换方程式为：Y601 = 0.299R + 0.587G + 0.114BCb = 0.172R 0.339G + 0.511B + 128Cr = 0.511R 0.42

10、8G 0.083B + 128R = Y601 + 1.371(Cr 128)G = Y601 0.698(Cr 128) 0.336(Cb 128)B = Y601 + 1.732(Cb 128) 当我们将 YCbCr 转换为 RGB时，RGB的标称范围是 16-235，由于 Y 和 CbCr可能偶然超出 16-235 和 16-240 范围（视频处理和噪声的缘故），此时 RGB可能偏移到 0-15 和 236-255 范围内。注意，对于 8 比特的 YCbCr 和 RGB的数字数据，为了避免上溢和下溢，它们的数值不能超出 0 到 255 阶的范围。 表 1.2 列出了 75%幅度，100%

11、饱和度的彩条信号（一种常用的视频测试信号）的 YCbCr 值.,YCbCr颜色空间,14,计算机系统的考虑 计算机系统中的 RGB数值范围为 0-255，使用以下的方程式可能会更加方便：Y601 = 0.257R + 0.504G + 0.098B + 16Cb = 0.148R 0.291G + 0.439B + 128Cr = 0.439R 0.368G 0.071B + 128R = 1.164(Y601 16) + 1.596(Cr 128)G = 1.164(Y601 16) 0.813(Cr 128) 0.391(Cb 128)B = 1.164(Y601 16) + 2.018(

12、Cb 128) 注意，对于 8 比特的 YCbCr 和 RGB的数字数据，为了避免上溢和下溢，它们的数值不能超出 0 到 255 阶的范围。,YCbCr颜色空间,15,RGB-YCbCr 方程式：HDTV（高清） 标称范围为 16-235 的 8 比特数字 RGB（工作室 RGB）和 YCbCr 之间的基本转换方程式为：Y709 = 0.213R + 0.715G + 0.072BCb = 0.117R 0.394G + 0.511B + 128Cr = 0.511R 0.464G 0.047B + 128R = Y709 + 1.540(Cr 128)G = Y709 0.459(Cr 12

13、8) 0.183(Cb 128)B = Y709 + 1.816(Cb 128) 当我们将 YCbCr 转换为 RGB时，RGB的标称范围是 16-235，由于 Y 和 CbCr可能偶然超出 16-235 和 16-240 范围（视频处理和噪声的缘故），此时 RGB可能偏移到 0-15 和 236-255 范围内。注意，对于 8 比特的 YCbCr 和 RGB的数字数据，为了避免上溢和下溢，它们的数值不能超出 0 到 255 阶的范围。 表 1.2 列出了 75%幅度，100%饱和度的彩条信号（一种常用的视频测试信号）的 YCbCr 值.,YCbCr颜色空间,16,计算机系统的考虑 计算机系统

14、中的 RGB数值范围为 0-255，使用以下的方程式可能会更加方便：Y709 = 0.183R + 0.614G + 0.062B + 16Cb = 0.101R 0.338G + 0.439B + 128Cr = 0.439R 0.399G 0.040B + 128R = 1.164(Y709 16) + 1.793(Cr 128)G = 1.164(Y709 16) 0.534(Cr 128) 0.213(Cb 128)B = 1.164(Y709 16) + 2.115(Cb 128) 注意，对于 8 比特的 YCbCr 和 RGB的数字数据，为了避免上溢和下溢，它们的数值不能超出 0

15、到 255 阶的范围。,YCbCr颜色空间,17,表 1.2 75% YCbCr 彩条信号,YCbCr颜色空间,18,4：4：4 YCbCr格式 图 1.2 描述了 4：4：4 格式的 YCbCr 采样点的位置。每一个采样点都取一个 Y，Cb 和 Cr 样点值。每个分量的每一个采样点通常是 8 比特（消费类应用领域）或是10比特（专业视频领域）。所以，一个采样点就需要 24 比特（专业应用领域里 30 比特）。,图1.2 4：4：4 Co-Sited 采样方式，采样点处在隔行图片的有交扫描行上,YCbCr颜色空间,19,4：2：2 YCbCr格式 图 1.3 描述了 4：2：2 格式的 YCb

16、Cr 采样点的位置。每条扫描线上每两个 Y 采样点，取一个 Cb，Cr 采样点值。每个分量的每一个采样点通常是 8 比特（消费类应用领 域）或是 10 比特（专业视频领域）。所以，一个采样点就需要 16 比特（专业应用领域里 20 比特）。通常被安排成图 1.4 所示的格式。 要显示 4：2：2 的 YCbCr 数据，先要将它转换成 4：4：4 的 YCbCr 数据（使用插 值法生成丢失的 Cb 和 Cr 采样点）。,图1.3 4：2：2 Co-Sited 采样方式，采样点处在隔行图片的有交扫描行上,图1.4 4：2：2 帧缓冲格式,YCbCr颜色空间,20,4：1：1 YCbCr格式 图 1

17、.5 描述了 4:1:1 格式（有时也被叫做 YUV12）的 YCbCr 采样点的位置，它用于一些消费类视频和 DV 视频压缩应用领域中。每条扫描线上每四个 Y 采样点，取一个 Cb，Cr 采样点值。每个分量的每一个采样点通常是 8 比特。所以，一个采样点就需 要 12 比特。通常被安排成图 1.6 所示的格式。 要显示 4:1:1 的 YCbCr 数据，先要将它转换成 4：4：4 的 YCbCr 数据（使用插值法生成丢失的 Cb 和 Cr 采样点）。,图1.5 4：1：1 Co-Sited 采样方式，采样点处在隔行图片的有交扫描行上,图1.6 4：1：1 帧缓冲格式,YCbCr颜色空间,21

18、,4：2：0 YCbCr格式 相比于仅仅只在水平方向上作 2:1Cb，Cr 压缩的 4:2:2 YCbCr，4:2:0 YCbCr 在水平和垂直方向上都对 Cb，Cr 做了 2：1 的压缩。它经常用来压缩视频。 图 1.7 到图 1.11 列举了 4：2：0 的不同的几种采样格式。表 1.3 列出了不同的 DV 应用领域中的不同的 YCbCr 格式。 要显示 4：2：0 的 YCbCr 数据，先要将它转换成 4：4：4 的 YCbCr 数据（使用插 值法生成丢失的 Cb 和 Cr 采样点）。注意，有些 MPEG 解码器不能正确地将 4：2：0 格式的 YCbCr 数据转换为 4：4：4 格式，

19、产生了色度错误。,图1.7 4：2：0 采样方式，用于H.261 、H.263和MPEG-1。采样点位置处于逐行或隔行图片的有效扫描行,图1.8 4：2：0 采样方式，用于MPEG-2，MPEG-2第2部分和H.264。采样点位置处于隔行图片的有效扫描行,YCbCr颜色空间,22,4：2：0 YCbCr格式,图1.9 4：2：0 采样格式，用于MPEG-2，MPEG-2第2部分和H.264。采样点位置处于逐行或隔行图片的有效扫描行(top_field_first=1),图1.9 4：2：0 采样格式，用于MPEG-2，MPEG-2第2部分和H.264。采样点位置处于逐行或隔行图片的有效扫描行(

20、top_field_first=0),图1.9 4：2：0 Co-Sited采样方式，用于576i DV和DVCAM。采样点位置处于隔行图片的有效扫描行,YCbCr颜色空间,23,表1.3 不同的YCbCr格式在不同应用领域,24,PhotoYCC颜色空间,PhotoYcc颜色空间,25,PhotoYCC（伊斯门 柯达公司商标）用来对 Photo CD 图像数据编码。它的目标是成为一种显示器无关的色彩空间。为了达到最大的视频显示效率，该颜色空间以 ITU-RBT.601 和 BT.709 为基础。 编码处理（RGB到PhotoYCC）假定CIE标准光源D 65，图像捕捉系统的光谱感光性和BT.

21、709 的色度-匹配功能成比例。这里的RGB和计算机图形中的RGB值不同，它可能为负值。PhotoYCC包含BT.709 色域范围以外的彩色，这些用负值来编码。 RGB到PhotoYcc线形 RGB 数据（规格化到 0-1 范围内）做非线性转换为 PhotoYCC，如下所示：当 R, G, B 0.018R = 1.099 R0.45 0.099G = 1.099 G0.45 0.099B = 1.099 B0.45 0.099当 0.018 R, G, B 0.018R = 4.5 RG = 4.5 GB = 4.5 B当R, G, B 0.018R = 1.099 |R|0.45 0.09

22、9G = 1.099 |G|0.45 0.099B = 1.099 |B|0.45 0.099,PhotoYCC颜色空间,26,范围为 0-255 的 RGB，可生成一个亮度信号，两个色度信号（C1 和 C2）： Y = 0.213R + 0.419G + 0.081B C1 = - 0.131R - 0.256G + 0.387B + 156 C2 = 0.373R - 0.312G - 0.061B + 137 举个例子，20%的灰度值（R，G 和 B=0.2）刻录在 PhotoCD 光盘上的值如下： Y = 79 C1 = 156 C2 = 137,PhotoYCC颜色空间,27,Pho

23、toYCC到RGB由于 PhotoYCC 试图保留胶卷的动态范围，对 PhotoYCC 解码需要选择一个对输出设备合适的颜色空间和范围。所以，解码方程式不一定就是编码方程式精确的反向方程式。下面的方程式生成的 RGB 值适合驱动 CRT 显示器，并且假定解码图像和显示图亮度一致。R = 0.981Y + 1.315(C2 - 137) G = 0.981Y - 0.311(C1 - 156) - 0.669(C2 - 137) B = 0.981Y + 1.601 (C1 - 156) RGB值必须处在 0-255 之间。上面的方程式假定显示器的磷光粉和 BT.709 特性一致，并且视频信号亮

24、度（V）和显示亮度（L）有以下的关系： 当 V 0.0812 L = (V + 0.099) / 1.099)1/0.45 当 V 0.0812 L = V / 4.5,28,HIS,HLS和HSV颜色空间,PhotoYcc颜色空间,29,HIS（hue,saturation,intensity）和 HSV（hue,saturation,value）颜色空间在操作颜色上更直观，它模仿人眼感知和诠释颜色的方式。当颜色需要手工配置时，人们开发了这种颜色空间，既然现在可以直观的选择颜色或者指定 Pantone（美国一家公司指定的配色系统）色，所以现在这种颜色空间很少用到了。我们讨论它是基于了“历史”

25、的兴趣。HSL（hue,lightness,saturation）和 HSI 类似；我们使用术语 lightness 代替 intensity。 HIS 和 HSV 的区别是亮度分量（I 或 V）的计算方法，它决定了亮度（I 或 V）和饱和度（S）的分布和动态范围。HIS 颜色空间在传统的图像处理功能如卷积，均衡化，直方图等等上有优势，由于 I 和 R，G，B 的关联度相等，所以仅仅需要调整亮度值就可以了。HSV 颜色空间饱和度的动态范围更大，适合操作色度和饱和度（偏移彩色或调整颜色量）。 图 1.12 描绘了单六椎体HSV颜色模型。六椎体的顶端对应V=1，也就是最大intensity（亮度）

26、处。六椎体的最下面的顶点为黑色，此处V=0。H值相差 180 的颜色互为补色，该角度绕着纵轴（V）以红色为起点（角度为 0）。S值为一比例值，它的范围为 0（纵坐标V上）到 1（六椎体的侧表面上）。V=0 点上S值可以是 0-1 范围内的任意值。S=0，V=1 处为白色。S=0，V处在 0-1 之间时，该颜色为灰色。注意，当S=0 时，H值可以是任意值。在艺术家看来，任何V=1，S=1 的颜色都为纯色（它的颜色由H来决定）。加入白色对应于减小饱和度（不会改变亮度V）；假如黑色对应于减小亮度V（不会改变饱和度S）。调和色通过同时减小饱和度S和亮度V来生成。表 1.4 列出了 75%幅度，100%

27、饱和度的HSV彩条。,PhotoYcc颜色空间,30,图1.12 单六面体HSV颜色模型,表1.4 75%HSV彩条,PhotoYcc颜色空间,31,图 1.13 描述了双六椎体HSI颜色模型。六椎体的顶部对应于I=1，也就是白色。底部顶点对应于黑色，I=0。H值相差 180度的颜色互为补色，该角度绕着纵轴（I）以红色为起点（角度为 0）（为了和HSV模型保持一致性，泰克公司的惯例蓝色为0度）。S值范围为 0（纵坐标I上）到 1（六椎体的侧表面上）。灰度信号的S值都为 0，但是，色彩的最大饱和度在S=1，I=0.5处。表1.5列出了 75%幅度，100%饱和度的HIS彩条。,图1.13 双六面

28、体HSI颜色模型。为了保持一致性，从泰克的绿色为0度转换而来我们用双六面体而不是两个六面体来描述该模型,表1.5 75%HSI颜色模型。,32,色度图,色度图,33,正常视力（the 1931 CIE Standard Observer）人眼所看到的色域如图 1.14 所示。该图和它潜在的数学表达式在 1960 和 1976 进行了更新；然而，NTSC 电视制式仍旧以1931规格为基础。 颜色感知通过观看三个标准 CIE（International Commission on Illumination 或Commission Internationale de IEclairage）基色：70

29、0 nm 波长的红色，546.1nm 的绿色和435.8nm 的蓝色。这些基色及由这些基色混合而成的其他光谱纯色处在曲线的外边沿（叫做光谱轨迹），如图 1.14 所示。 光谱轨迹的端点（红色和蓝色处）有一条直线联结，代表紫色，它由红色和蓝色组成。处在该闭合边界内的所有颜色都能由混合不同颜色的光来合成。颜色越靠近边界，它的饱和度越高。边界内的颜色越靠近中心（白色），饱和度越低。色度图内的每一个点代表唯一的颜色，可用小 x，y 坐标值来标识。 在 CIE 系统中，红色，绿色和蓝色的亮度转换成所谓的三色激励值（tristimulus values），用大写字母 X，Y，Z 来表示。这些值代表了基色的

30、相对大小。,色度图,34,图 1.14 中的坐标轴由下面的三色激励值得到： x = X/(X + Y + Z) = red/(red + green + blue) y = Y/(X + Y + Z) = green/(red + green + blue) z = Z/(X + Y + Z) = blue/(red + green + blue),图1.14 CIE 1931色度图显示的是不同的颜色区域,色度图,35,坐标轴 x,y,z 称为色度坐标轴（chromaticity coordinates），通常，它们的和为 1。所以，z 可以用 x 和 y 来表示，这就意味着仅仅使用 x，y

31、就能表示一种颜色，所以色度图可以使二维的。 通常，信源或显示器指定 three（x，y）坐标来定义所使用的三基色。Three（x，y）坐标生成的三角形包含了信源或显示器能再生的色域。如图 1.15 所示，作为对比，途中还显示了 NTSC，PAL，和油墨，染色的色域。注意，没有一组三基色能再现所有可能的彩色，这就是为什么彩色电视机不能完完全全再现现实颜色的原因。 此外，信源或显示器通常指定所用的白色的 the(x,y) 坐标，因为纯白色不一定能被捕获或再生。我们将白色定义成捕获或再生的三基色颜色值相等的颜色，它还是会有一小部分颜色在里边的。注意，标准 CIE 1931 色度图内不包含亮度信号，但

32、它是一个和（x，y）平面正交的坐标轴，颜色越浅，色度的范围就越小。,色度图,36,图1.15 CIE 1931色度图显示的是不同的色域,色度图,37,1953 NTSC 标准的色度和参考白光（CIE 光源 C）是： R： x r = 0.67 y r = 0.33 G： x g = 0.21 y g = 0.71 B： x b = 0.14 y b = 0.08 白光： x w = 0.3101 y w = 0.3162 现在所使用的NTSC，480i，和 480p视频系统使用一组不同的RGB磷光粉，导致产 生的RGB三基色的色度和参考白光（CIE 光源 D 65）有些细微的不同。 R: x

33、r = 0.630 y r = 0.340 G: x g = 0.310 y g = 0.595 B: x b = 0.155 y b = 0.070 白光: x w = 0.3127 y w = 0.3290 PAL，SECAM，576i和 576p视频系统的色度和参考白光（CIE B白光D 65）为： R: x r = 0.64 y r = 0.33 G: x g = 0.29 y g = 0.60 B: x b = 0.15 y b = 0.06 白光: x w = 0.3127 y w = 0.3290,色度图,38,HDTV所使用的色度和参考白光（CIE 光源D65）以BT.709

34、为基础： R: x r = 0.64 y r = 0.33 G: x g = 0.30 y g = 0.60 B: x b = 0.15 y b = 0.06 白光: x w = 0.3127 y w = 0.3290 由于不同的视频标准使用不同的色度和参考白光，所以当信源和显示器值不匹配时可能会产生一些小错误；例如在 HDTV 上显示 480i 或 480p 节目或再 NTSC 电视上播放 HDTV 节目。这些小小的颜色错误可以简单的通过在显示器上使用 3 3 矩阵乘法器来修正，,39,非RGB颜色空间的考虑,非RGB颜色空间的考虑,40,当在一个非 RGB 颜色空间（如 YIQ，YUV，Y

35、CbCr）内处理信息时，我们需要注意不要使它们的值的组合所生成的 RGB 颜色无效。此处的术语无效指的是 RGB 分量超出规格化的 RGB 范围（1，1，1）。 举个例子，给出范围为规格化值（1，1，1）的 RGB，得出的 YCbCr 值为（235，128，128）。如果我们处理 Cb 和 Cr 使它产生的 YCbCr 的值为（235，64，73），相对应的规格化 RGB 值变为（0.6，1.29，0.56）-注意绿色已经超出了规格化值 1。 通过这个例子，很明显，有很多 Y，Cb，Cr 的组合会产生无效的 RGB 值；我们必须对这些 YCbCr 值进行处理，使它们产生有效的 RGB 值。图

36、1.16 展示了 YCbCr 颜色空间转换成的规格化 RGB。,图1.16 三维YCbCr空间转换成的受限RGB,非RGB颜色空间的考虑,41,使用恒定亮度和恒定色调处理（不改变亮度信号 Y，同时 Cb，Cr 被限制在最大有效值内，并且和限幅前的颜色有相同的色调）将产生最好的结果。恒定色度准则对应于直接将无效的 CbCr 组合移向 CbCr 原点（128，128），直到它们落在有效 YCbCr 颜色的表面。 当将非 RGB 颜色空间转换为 RGB 颜色空间是，我们必须注意，由于数字电路的有限精度，我们必须包含色度逻辑以便不会发生上溢和下溢的问题。8 比特的 RGB 值，小于 0 的必须设为 0

37、，大于 255 的必须设为 255。,42,伽马校正,伽马校正,43,大多数 CRT 显示器的转换特性使它生成的亮度和信号幅度的能量成比例关系（我们称之为伽玛）。结果，高亮信号被延伸，而低量信号则被压缩了（参照图 1.17）。有利于抗干扰，因为眼睛对人眼对亮度的感觉取决于相对亮度变化，当相对亮度变化相等时，人眼的敏感程度自然也就相等了。通过伽玛校正，传送前的视频信号，显示器输出的亮度几乎为线性（图1.17 中的灰线），而且传输过程中引入的噪声也减小了。 为了减小图像黑色区域内的噪声，现在的视频系统都限制了曲线黑色区域内的增益。这种技术限制了黑色附近的增益，而对曲线的其它部分进行了拉伸，这样就保

38、证了功能和正切的连续性。 尽管视频标准假定显示器的伽玛值大概为 2.2，而对 CRT 显示器来说，2.5 的伽玛值可能更接近现实情况。然而，这种差别在昏暗环境下观看能改善视觉效果，在明亮的观看环境下，为了达到更精确的观看效果，我们可以采用另外的伽玛系数，大约为1.14（2.5/2.2）。我们通常也会改变显示器的伽玛曲线，使它更接近film look。,图1.17 Gamma效果图,伽马校正,44,早期 NTSC 系统 早期的 NTSC 系统假定显示器端是伽玛值为 2.2 的简单转换。RGB 值被规格化到 0到 1 范围内： 2.2R = R 2.2G = G 2.2B = B 为了补偿这种非线

39、性显示，在传输之前，我们通过反变换来对线性 RGB 进行伽玛修正，RGB 值被规格化到 0 到 1 范围内。R = R 1/2.2 G = G 1/2.2B = B 1/2.2,伽马校正,45,早期 PAL，SECAM 系统 早期的大部分 PAL 和 SECAM 系统假定显示器端是伽玛值为 2.8 的简单转换。RGB值被规格化到 0 到 1 范围内： R = R 2.8G = G 2.8B = B 2.8为了补偿这种非线性显示，在传输之前，我们通过反变换来对线性 RGB 进行伽玛修正，RGB 值被规格化到 0 到 1 范围内： R = R 1/2.8G = G 1/2.8B = B 1/2.8

40、,伽马校正,46,现行系统 现行的 NTSC，480i，480p 和 HDTV 视频假定在显示器端作伽玛值为1/0.45的如下的转换，RGB 值被规格化到 0 到 1 范围内：若（R，G，B）0.0812 R = R / 4.5 G = G / 4.5 B = B / 4.5 若（R，G，B）0.0812 R = (R + 0.099) / 1.099) 1/0.45G = (G + 0.099) / 1.099) 1/0.45B = (B + 0.099) / 1.099) 1/0.45 为了补偿这种非线性显示，在传输之前，我们通过反变换来对线性 RGB 进行伽玛修正，RGB 值被规格化到

41、0 到 1 范围内： 若： R, G, B 0.018 R = 4.5 R G = 4.5 G B = 4.5 B 若： R, G, B 0.018 R = 1.099 R 0.45 -0.099G = 1.099 G 0.45 -0.099B = 1.099 B 0.45 -0.099,伽马校正,47,尽管大多数 PAL，SECAM 标准指定的伽玛值为 2.8，但我们通常使用的值为1/0.45。所以这些方程式现在也被使用在 PAL，SECAM，576i 和 576p 视频系统中。 非 CRT 显示器 由于 LCD，LCOS，DLP，PDP 不是基于 CRT 的，所以它们有不同的显示转换方式。为了简化这些显示器的接入，它们的电气性能被设计成能接受标准的伽玛校正后的 频信号，然后根据显示屏的具体转换特性来分别进行补偿。 恒定亮度问题 由于伽玛和矩阵操作的错误顺序，U 和 V（或 Cb 和 Cr）信号对亮度（Y）信号也有贡献。这就导致了当 U 和 V 幅度不正确时，观看的亮度信号会有错误。这可能是由于 UV 的有限带宽或者是 UV 增益（色饱和度）的非标称设置（non-nominal setting）。 对于色度信号的低频，不会产生什么问题。但高频部分的 U V 丢失将导致 R，G，B衰减等量的亮度信号 Y,Thank You,48,