常见的图像颜色空间解释（RGB HSV YUV LAB CMYK）

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RGB

红绿蓝 三色，也是大家熟悉光学三原色

RGB 使用加色模式，也就是默认是黑色，三原色相加获得白色， 比如下图蓝色+绿色=青色(cyan)，得到蓝色=青色-绿色也就是蓝色=青色+绿色的互补色， 绿色的互补色就是图中的M(品红色）magenta（同理蓝色的互补色是Y黄色）（互补色就是两者相加为白色），所以蓝色=青色+品红色

上图可以看到灰度图在正方体对角线上，即三个通道（轴）的值相等时，值越大越白

一般两种表示方法：

RGB888(24bit)

RGB三个通道，每个通道分别用8bit长度表示，比如(255, 255, 255), 每个通道取值范围为[0, 255]，或者0xFFFFFF三个字节表示

RGB565(16bit)

RGB三个通道分别用5bit 6bit 5bit表示，比如(31, 63, 31)，但一般不这样表示，使用两个字节表示，比如0xFFFF, 一般在编写程序时在内存中多使用以下两种布局方式：
第一种：

第二种：

这两种方式的不同主要是因为 RGB565 共占用 2 个字节， 两个字节的顺序不同造成的，把第二张图从中间分隔成两份，右边移到左边，就变成了第一种的排列方式了

C语言结构体如下：

#define COLOR_16_SWAP 1
typedef union
{
    struct
    {
#if COLOR_16_SWAP == 0
        uint16_t blue : 5;
        uint16_t green : 6;
        uint16_t red : 5;
#else
        uint16_t green_h : 3;
        uint16_t red : 5;
        uint16_t blue : 5;
        uint16_t green_l : 3;
#endif
    } ch;
    uint16_t full;
} color16_t;

比如(1,2,3)(R, G, B)：
使用第一种方式二进制值为B00001 000010 00011即B0000 1000 0100 0011, 十六进制表示为0x0843（注意这里表示方法从左到右是从高位到低位，上面的图从左到右是低位到高位）；
使用第二种方式二进制值为B010 00011 00001 000即B0100 0011 0000 1000, 十六进制表示为0x4308；

HSV

• Hue（色调、色相）
• Saturation（饱和度、色彩纯净度）
• Value（明度）

HLS

HLS 中的 L 分量为亮度，亮度为100，表示白色，亮度为0，表示黑色；HSV 中的 V 分量为明度，明度为100，表示光谱色，明度为0，表示黑色。

提取白色物体时，使用 HLS 更方便，因为 HSV 中的Hue里没有白色，白色需要由S和V共同决定（S=0, V=100）。而在 HLS 中，白色仅由亮度L一个分量决定。所以检测白色时使用 HSL 颜色空间更准确。

YUV

Y’UV、YUV、YCbCr、YPbPr 几个概念其实是一回事儿。Y’UV、YUV 主要是用在彩色电视中，用于模拟信号表示。YCbCr 是用在数字视频、图像的压缩和传输，如 MPEG、JPEG。今天大家所讲的 YUV 其实就是指 YCbCr。Y 表示亮度（luma），CbCr 表示色度（chroma）。

另外Y’UV在取值上可以使正或者负数，但是Y’CbCr一般是16–235或者0–255

Y’UV 设计的初衷是为了使彩色电视能够兼容黑白电视。对于黑白电视信号，只需要 Y 通道， 在彩色电视则显示 YUV 信息

打包格式和采样

YUV 格式通常有两大类:打包(packed)格式和平面(planar)格式， 前者是每个像素为基本单位，一个一个像素的数据连续排列在内存中，比如 YUYV422（YUV422)(Linux V4L2用到的 V4L2_PIX_FMT_YUYV)， 后者则是YUV 分成3个数组（内存块）存放， 另外还有Y和UV分开存放的（比如 YUV420SP（ Semi-Planar， U和V交叉放，即YYYYYYYY…UVUV…） 和 YUV420P（先放U再放V，即YYYYYYYY…UUVV））

人眼的视觉特点是对亮度更铭感，对位置、色彩相对来说不铭感。在视频编码系统中为了降低带宽，可以保存更多的亮度信息(luma)，保存较少的色差信息(chroma)。这叫做 chrominance subsamping, 色度二次采样。原则：在数字图像中，(1) 每一个图形像素都要包含 luma（亮度）值；（2）几个图形像素共用一个 Cb + Cr 值，一般是 2、4、8 个像素。 一般分为以下几种

• YUV444：就是每个 Y 值对应一个 U 和 一个 V 值
• YUV422: 就是图像的横轴（width方向） 4 个 Y 值公用 2 个 U 和V，纵轴（height方向）4 个 Y 对应了 4 个 U 和 4 个 V
• YUV420: 就是在 YUV422 的基础上， 纵轴的 U 和 V 数量也减半，每 2 个提供给 4 个 Y 配对使用
• YUV411: 同理，就是 4 个 Y， 对应横轴和纵轴的 1 个 U 和 V

内存中的数据映射到图像像素中就类似下图：

SP(Semi-Planar) 和 P的说法， 区别就是在内存中的存放顺序不同, 比如

YUV420SP:

YUV420P:

另外，还有 NV12 和 NV21 的区别， 就是在 UV 的存放上顺序不同

• NV12: IOS只有这一种模式。存储顺序是先存Y，再UV交替存储。YYYYUVUVUV，其实就是 YUV420SP 排列
• NV21: 安卓的模式。存储顺序是先存Y，再存U，再VU交替存储。YYYYVUVUVU， 也是 YUV420SP，只是 V和U交换了顺序

还想了解更多可以自行搜索，比如 详解 YUV 格式（I420/YUV420/NV12/NV12/YUV422）

YUV与RGB之间的转换

YUV 转 RGB 时注意，不同色彩空间的转换公式不相同，比如常见的 BT.601， BT.709， BT.2020 等;
另外， YUV 又分 full range 和 Limited range/TV range， Limited range 的 YUV 取值范围不是 0～255, 而是部分:Y’ 的值被限制在 [16, 235]，Cb 和 Cr 的值被限制在 [16, 240]。

linux 下可以通过v4l2-ctl --device /dev/video0 --all命令看到

Format Video Capture:
    Width/Height      : 1280/720
    Pixel Format      : 'YUYV' (YUYV 4:2:2)
    Field             : None
    Bytes per Line    : 2560
    Size Image        : 1843200
    Colorspace        : sRGB
    Transfer Function : Rec. 709
    YCbCr/HSV Encoding: ITU-R 601
    Quantization      : Default (maps to Limited Range)
    Flags             :

此时通过 v4l2 获取到的yuv数据，打印一下，会发现 y 取值属于[15, 235]范围，用此数值转换为 RGB 后， RGB 取值范围也相同，如果直接送给 RGB取值范围[0,255]的显示器则会黑处泛白，需要映射一下。

在网上找现成的转换公式时，可能会遇到瞎复制的没有验证过的文章（并且我也不保证我写的正确hhh

注意这里数据的来源都是网上文章，如果要求高建议找标准文献(http://www.itu.ch/ ， 比如 BT709: https://www.itu.int/rec/R-REC-BT.709-6-201506-I)，参考文章：

• https://blog.csdn.net/sunty2016/article/details/106589379 （推荐）
• https://www.cnblogs.com/huxiaopeng/p/5653257.html
• https://www.silicondust.com/yuv-to-rgb-conversion-for-tv-video/
• https://gist.github.com/yohhoy/dafa5a47dade85d8b40625261af3776a
• https://zhuanlan.zhihu.com/p/436186749?utm_id=0
• https://zhuanlan.zhihu.com/p/493035194
• https://www.kernel.org/doc/html/v4.8/media/uapi/v4l/pixfmt-007.html#col-rec709

比如 YUV422(默认就是packed格式，planar会加一个P，semi planar 会加一个 SP)：
没有深入研究标准文献，不保证正确

static void yuyv422_to_bgr888(void *src, void *dst, int width, int height)
{
    uint8_t *rgba = (uint8_t *)dst;
    uint8_t *yuyv = (uint8_t *)src;
    uint8_t y0, u, y1, v;
    float r, g, b;
    for (int y = 0; y < height; ++y)
    {
        for (int x = 0; x < width;)
        {
            y0 = yuyv[0];
            u = yuyv[1];
            y1 = yuyv[2];
            v = yuyv[3];
            // BT601 YUV data is limited range, to RGB[0, 255]
            // r = 1.164384 * (y0 - 16) + 1.596 * (v - 128);
            // g = 1.164384 * (y0 - 16) - 0.813 * (v - 128) - 0.391 * (u - 128);
            // b = 1.164384 * (y0 - 16) + 2.018 * (u - 128);
            // BT601 YUV data is full range, to RGB[0, 255]
            r = y0 + 1.402 * (v - 128);
            g = y0 - 0.344 * (u - 128) - 0.714 * (v - 128);
            b = y0 + 1.772 * (u - 128);
            // BT709 YUV data is limited range, to RGB[0, 255]
            // r = 1.164384 * (y0 - 16) + 1.79271 * (v - 128);
            // g = 1.164384 * (y0 - 16) - 0.532909 * (v - 128) - 0.213249 * (u - 128);
            // b = 1.164384 * (y0 - 16) + 2.112402 * (u - 128);
            // BT709 YUV data is full range, to RGB[0, 255]
            // r = y0 + 1.5748 * (v - 128);
            // g = y0 - 0.1873 * (u - 128) - 0.4681 * (v - 128);
            // b = y0 + 1.8556 * (u - 128);
            // BT2020 YUV data is limited range, to RGB[0, 255]
            // r = 1.164384 * (y0 - 16) + 1.67867 * (v - 128);
            // g = 1.164384 * (y0 - 16) - 0.65042 * (v - 128) - 0.187326 * (u - 128);
            // b = 1.164384 * (y0 - 16) + 2.14177 * (u - 128);
            // BT2020 YUV data is full range, to RGB[0, 255]
            // r = y0 + 1.4746 * (v - 128)
            // g = y0 - 0.164553 * (u - 128) - 0.571353 * (u - 128)
            // b = y0 + 1.8814 * (u - 128)
            r = r > 255 ? 255 : (r < 0 ? 0 : r);
            g = g > 255 ? 255 : (g < 0 ? 0 : g);
            b = b > 255 ? 255 : (b < 0 ? 0 : b);
            rgba[0] = (uint8_t)b;
            rgba[1] = (uint8_t)g;
            rgba[2] = (uint8_t)r;
            // BT601 YUV data is limited range, to RGB[0, 255]
            // r = 1.164384 * (y1 - 16) + 1.596 * (v - 128);
            // g = 1.164384 * (y1 - 16) - 0.813 * (v - 128) - 0.391 * (u - 128);
            // b = 1.164384 * (y1 - 16) + 2.018 * (u - 128);
            // BT601 YUV data is full range, to RGB[0, 255]
            r = y1 + 1.402 * (v - 128);
            g = y1 - 0.344 * (u - 128) - 0.714 * (v - 128);
            b = y1 + 1.772 * (u - 128);
            // BT709 YUV data is limited range, to RGB[0, 255]
            // r = 1.164384 * (y1 - 16) + 1.79271 * (v - 128);
            // g = 1.164384 * (y1 - 16) - 0.532909 * (v - 128) - 0.213249 * (u - 128);
            // b = 1.164384 * (y1 - 16) + 2.112402 * (u - 128);
            // BT709 YUV data is full range, to RGB[0, 255]
            // r = y1 + 1.5748 * (v - 128);
            // g = y1 - 0.1873 * (u - 128) - 0.4681 * (v - 128);
            // b = y1 + 1.8556 * (u - 128);
            // BT2020 YUV data is limited range, to RGB[0, 255]
            // r = 1.164384 * (y1 - 16) + 1.67867 * (v - 128);
            // g = 1.164384 * (y1 - 16) - 0.65042 * (v - 128) - 0.187326 * (u - 128);
            // b = 1.164384 * (y1 - 16) + 2.14177 * (u - 128);
            // BT2020 YUV data is full range, to RGB[0, 255]
            // r = y1 + 1.4746 * (v - 128)
            // g = y1 - 0.164553 * (u - 128) - 0.571353 * (u - 128)
            // b = y1 + 1.8814 * (u - 128)
            r = r > 255 ? 255 : (r < 0 ? 0 : r);
            g = g > 255 ? 255 : (g < 0 ? 0 : g);
            b = b > 255 ? 255 : (b < 0 ? 0 : b);
            rgba[4] = (uint8_t)b;
            rgba[5] = (uint8_t)g;
            rgba[6] = (uint8_t)r;
            yuyv += 4;
            rgba += 6;
            x += 2;
        }
    }
}

参考代码：

• https://github.com/lemenkov/libyuv
• https://github.com/latelee/yuv2rgb

LAB

Lab颜色空间中的L分量用于表示像素的亮度，取值范围是[0,100],表示从纯黑到纯白；a表示从红色到绿色的范围，取值范围是[127,-128]；b表示从黄色到蓝色的范围，取值范围是[127,-128]

CMY & CMYK

一般用在印刷， 因为人眼看到的物体的颜色是反射光，而不是自发光，一束白光照到物体上，默认反射所有，即白色，人眼实际看到的颜色是用光的颜色减去材料吸收后的颜色,这时涂上黑色的颜料，即吸收了所有白光，所以人眼看到的是黑色。
利用色料的三原色混色原理，加上黑色油墨，共计四种颜色混合叠加，形成所谓“全彩印刷”。四种标准颜色是：C：Cyan = 青色，又称为‘天蓝色’或是‘湛蓝’M：Magenta = 品红色，又称为‘洋红色’；Y：Yellow = 黄色；K：blacK=黑色，虽然有文献解释说这里的K应该是Key Color（定位套版色），但其实是和制版时所用的定位套版观念混淆而有此一说。此处缩写使用最后一个字母K而非开头的B，是为了避免与Blue混淆。CMYK模式是减色模式，相对应的RGB模式是加色模式。

印刷三原色如何得到黑色， 理论配色如下：

C(100)  +M（100） +Y（100） = 黑色（100，100，100）

可见黑色就是青色、品与黄色之和，但是这三种颜色混成的黑色不够纯，所以印刷学就引进了K(Black)黑色，因为B已经被Blue占用，所以黑色就只好用引文字母黑色的最后一个字母K, 哪么真正印刷的黑色配色如下:

C(100)  +M（100） +Y（100） + K(100) = 黑色 （100，100，100，100）

或者

C(0)  +M(0) + Y(0) + K(100) = 黑色(0，0，0，100）

减色模式：前面说的由于物体是吸收了部分光，才呈现出特有的颜色，比如品红的物体，是吸收了它的互补色绿色（看前面的RGB对互补色的描述），也就是白色光减去了绿色才得到的颜色，所以称之为减色模式

参考

• 维基百科YUV
• RGB、HSV和HSL颜色空间
• 几种常见的YUV格式—yuv422：yuv420
• 如何理解 YUV
• CMYK百度百科
• RGB与CMYK以及加色与减色
• 学会颜色间任意转换，彻底弄懂RGB和CMYK颜色模式
• https://zhuanlan.zhihu.com/p/32269942
• 视频存储格式YUV420 NV12 NV21 i420 YV12