光和颜色
可见光是波长在380 nm～780 nm 之间的电磁波，我们看到的大多数光不是一种波长的光，而是由许多不同波长的光组合成的。如果光源由单波长组成，就称为单色光源。该光源具有能量，也称强度。实际中，只有极少数光源是单色的，大多数光源是由不同波长组成，每个波长的光具有自身的强度。这称为光源的光谱分析。
颜色是视觉系统对可见光的感知结果。研究表明，人的视网膜有对红、绿、蓝颜色敏感程度不同的三种锥体细胞。红、绿和蓝三种锥体细胞对不同频率的光的感知程度不同，对不同亮度的感知程度也不同。
自然界中的任何一种颜色都可以由R，G，B 这3 种颜色值之和来确定，以这三种颜色为基色构成一个RGB 颜色空间，基色的波长分别为700 nm(红色)、546.1nm(绿色)和435.8 nm(蓝色)。
颜色＝R(红色的百分比)＋G(绿色的百分比)＋B(蓝色的百分比)，只要其中一种不是由其它两种颜色生成，可以选择不同的三基色构造不同的颜色空间。
图4 颜色构成原理
颜色的度量
图像的数字化首选要考虑到如何用数字来描述颜色。国际照明委员会CIE（International Commission on Illumination ）对颜色的描述作了一个通用的定义，用颜色的三个特性来区分颜色。这些特性是色调，饱和度和明度，它们是颜色所固有的并且是截然不同的特性。
色调(hue)又称为色相，指颜色的外观，用于区别颜色的名称或颜色的种类。色调用红、橙、黄、绿、青、蓝、靛、紫等术语来刻画。用于描述感知色调的一个术语是色彩(colorfulness)。
饱和度(saturation)是相对于明度的一个区域的色彩，是指颜色的纯洁性，它可用来区别颜色明暗的程度。完全饱和的颜色是指没有渗入白光所呈现的颜色，例如仅由单一波长组成的光谱色就是完全饱和的颜色。
明度(brightness)是视觉系统对可见物体辐射或者发光多少的感知属性。它和人的感知有关。由于明度很难度量，因此国际照明委员会定义了一个比较容易度量的物理量，称为亮度(luminance) 来度量明度，亮度(luminance)即辐射的能量。明度的一个极端是黑色(没有光)，另一个极端是白色，在这两个极端之间是灰色。
光亮度(lightness)是人的视觉系统对亮度(luminance)的感知响应值，光亮度可用作颜色空间的一个维，而明度(brightness)则仅限用于发光体,该术语用来描述反射表面或者透射表面。
颜色空间
颜色空间是表示颜色的一种数学方法，人们用它来指定和产生颜色，使颜色形象化。颜色空间中的颜色通常使用代表三个参数的三维坐标来指定，这些参数描述的是颜色在颜色空间中的位置，但并没有告诉我们是什么颜色，其颜色要取决于我们使用的坐标。
从技术上角度区分，颜色空间可考虑分成如下三类：
Ø RGB 型颜色空间/计算机图形颜色空间：这类模型主要用于电视机和计算机的颜色显示系统。例如，RGB，HSI, HSL 和HSV 等颜色空间。
Ø XYZ 型颜色空间/CIE 颜色空间：这类颜色空间是由国际照明委员会定义的颜色空间，通常作为国际性的颜色空间标准，用作颜色的基本度量方法。例如，CIE 1931 XYZ，L*a*b，L*u*v 和LCH 等颜色空间就可作为过渡性的转换空间。
Ø YUV 型颜色空间/电视系统颜色空间：由广播电视需求的推动而开发的颜色空间，主要目的是通过压缩色度信息以有效地播送彩色电视图像。例如，YUV，YIQ，ITU-R BT.601 Y'CbCr, ITU-R BT.709 Y'CbCr 和SMPTE-240M Y'PbPr 等颜色空间。
2.4 颜色空间的转换
不同颜色可以通过一定的数学关系相互转换：
Ø 有些颜色空间之间可以直接变换。例如，RGB 和HSL，RGB 和HSB，RGB 和R'G'B', R'G'B'和Y'CrCb，CIE XYZ 和CIE L*a*b*等。
Ø 有些颜色空间之间不能直接变换。例如，RGB 和CIE La*b*, CIE XYZ和HSL，HSL 和Y'CbCr 等，它们之间的变换需要借助其他颜色空间进行过渡。
其中，R'G'B'和Y'CbCr 两个彩色空间之间的转换关系可以用下式表示：
Y = 0.299R + 0.587G + 0.114B
Cr = (0.500R - 0.4187G - 0.0813B) + 128
Cb = (-0.1687R - 0.3313G + 0.500B) + 128
Y'CbCr中，Y表示亮度，CbCr表示色差。Y'CbCr彩色空间的特点：
Ø 亮度信号和色度信号相互独立的 ----可以对这些单色图分别进行编码。这就是为什么黑白电视能接收彩色电视信号的原因。
Ø 人眼对彩色细节的分辨能力远比对亮度细节的分辨能力低----可以把几个相邻像素不同的彩色值当作相同的彩色值来处理，从而减少所需的存储容量和传输量。
