信息技术教程：HSL颜色模型与YUV颜色模型的比较

2023-10-22 理论教育版权反馈

【摘要】：HSL颜色模型人们在日常生活中选择颜色的时候，是不习惯通过指定红色、绿色、蓝色的比例来指定某个颜色的。这种编码方式的基础是YUV颜色模型。在YUV颜色模型中，Y分量表示亮度，而U和V分量表示色差，所谓色差是三基色信号分量和亮度信号之差。使用YUV颜色模型，不仅可以合并黑白、彩色电视信号，兼容黑白、彩色电视接收终端，而且具有节约传输带宽的优势。

颜色模型用来标定和生成各种颜色的规则和定义。某个色彩模型所能表示的所有色彩构成其颜色空间。在不同应用场合，人们使用的色彩模型也不一样。下面介绍几个主要的色彩模型，分别是面向显示设备的RGB相加混色模型、面向打印设备的CMYK相减混色模型、面向用户的HSL颜色模型以及面向电视传输系统的YUV颜色模型。

（1）RGB相加混色模型

一个能发出光波的物体称为有源物体，它的颜色由该物体发出的光波决定，使用RGB相加混色模型。例如计算机显示器和电视机都使用的阴极射线管（CRT）就是一个有源物体。CRT使用3个电子枪分别产生红色（Red）、绿色（Green）和蓝色（Blue）三种波长的光，并以各种不同的相对强度综合起来产生颜色，如图5.7所示。这三种颜色称为三基色。组合这三种光波以产生特定颜色称为“相加混色”，因为这种相加混色是利用R、G、B三种颜色分量来产生颜色，所以也称为“RGB相加混色模型”。相加混色是计算机应用中定义颜色的基本方法。

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图5.7　彩色显像管产生颜色的原理

某一种颜色和这三种颜色之间的关系可用下面的式子来描述：

颜色＝R（红色的百分比）＋G（绿色的百分比）＋B（蓝色的百分比）

当三基色等量相加时，得到白色；等量的红色、绿色相加而蓝色为0时，得到黄色；等量的红色、蓝色相加而绿色为0时，得到品红色；等量的绿色、蓝色相加而红色为0时，得到青色。三基色相加的结果如图5.8所示。

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图5.8 RGB相加混色模型

（2）CMY相减混色模型(www.chuimin.cn)

一个不发出光波的物体称为“无源物体”，它的颜色由该物体吸收或者反射哪些光波决定，使用CMY相减混色模型。例如彩色打印机采用的就是这种模型，印刷彩色图片也是采用这种模型。用彩色墨水或颜料进行混合，这样得到的颜色称为“相减色”。从理论上说，任何一种颜色都可以用三种基本颜料按一定比例混合得到。这三种颜色是青色（Cyan）、品红色（Magenta）和黄色（Yellow），称为三原色，通常写成CMY，故该模型称为“CMY相减混色模型”。用这种方法产生的颜色之所以称为相减色，乃是因为它减少了为视觉系统识别颜色所需要的反射光。在相减混色中，当三原色等量相减时得到黑色；等量黄色和品红相减而青色为0时，得到红色；等量青色和品红色相减而黄色为0时，得到蓝色；等量黄色和青色相减而品红色为0时，得到绿色。三原色相减的结果如图5.9所示。

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图5.9 CMY相减混色模型

虽然理论上利用三原色混合可以制作出所需要的各种色彩，但实际上同量的三原色混合后并不能产生完美的黑色或灰色，因此在印刷时必须加上一个黑色（Black），由于字母B已经用来表示蓝色，因此黑色选用单词Black的最后一个字母“K”来表示，这样该模型又称为“CMYK颜色模式”。

（3）HSL颜色模型

人们在日常生活中选择颜色的时候，是不习惯通过指定红色、绿色、蓝色的比例来指定某个颜色的。画家画画的时候，一般是从颜料盒里选择某种色调的颜料，然后通过加水或者加入其他颜料来调整其色调、亮度、饱和度，从而得到所要的颜色。如果我们需要指定某个颜色，通过指定色调、亮度和饱和度，即便这个颜色还没有显示出来，我们仍然知道它应该是什么样的颜色。而通过指定一定强度的红色、绿色和蓝色，对于其混合的效果将会是什么样，我们一般不容易得知。

HSL颜色模型就是以人们熟悉的色调、亮度、饱和度作为色彩的三个要素，对颜色进行标定的颜色模型，这是一个面向用户的颜色模型。在HSL颜色模型中，H分量定义颜色的波长，称为“色调”；S分量定义颜色的强度，表示颜色的深浅程度，称为“饱和度”；L分量定义掺入的白光量，称为“亮度”。通过HSL颜色模型，人们可以用直观的方式来指定某种颜色。

（4）YUV颜色模型

彩色电视技术是在黑白电视技术基础上发展起来的。彩色电视机推向市场的时候，已经有大量的黑白电视机存在，为了充分利用这些已有的电视接收终端，科研人员在信号传递系统的设计当中，把彩色电视信号和黑白电视信号统一进行编码传输，黑白电视机接收到信号后，只解码灰度信息，显示黑白图像；而彩色电视机接收到信号后，不仅解码灰度信息（亮度信息），还解码色彩信息，还原彩色图像。一套统一的电视信号发射传输系统就可以兼容黑白和彩色电视接收终端，既充分利用了遗留的黑白电视机，又节省了建设电视信号发射传输系统的费用。

要实现黑白和彩色电视信号的兼容，必须依赖于特殊的编码方式。这种编码方式的基础是YUV颜色模型。在YUV颜色模型中，Y分量表示亮度，而U和V分量表示色差，所谓色差是三基色信号分量和亮度信号之差。任何一个用R、G、B三个分量表达的颜色都可以转换成用Y、U、V三个分量表达的颜色，也可以做相应的逆变换。使用YUV颜色模型，不仅可以合并黑白、彩色电视信号，兼容黑白、彩色电视接收终端，而且具有节约传输带宽的优势。

信息技术教程：HSL颜色模型与YUV颜色模型的比较

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