FFmpeg中的色彩空间与像素格式1-色彩空间基础
本文为作者原创，转载请注明出处：https://www.cnblogs.com/leisure_chn/p/10290575.html
FFmpeg 中的色彩与像素系列文章如下：
[1]. FFmpeg中的色彩空间与像素格式1-色彩空间基础
[2]. FFmpeg中的色彩空间与像素格式2-RGB/YUV色彩空间
[3]. FFmpeg中的色彩空间与像素格式3-像素格式
1. 色彩空间基础
颜色是不同波长的光对人眼刺激产生的色彩感觉。色彩空间(Color Space)是颜色的数学表示，根据不同的表示方法分为不同的色彩模型。最常用的色彩模型有三类：RGB(用于计算机图形学), YUV(用于视频系统), CMYK(用于彩色印刷)。后文对色彩空间与色彩模型的叫法不作区分。本文仅讨论视频图像处理领域常用的 RGB 色彩空间和 YUV 色彩空间。
颜色与光源特性和人眼视觉特性有密切的关系，与之相关的学科有光度学和色度学。光度学是研究光学计量的学科，定义了光通量、发光强度、照度、亮度等主要光度学参量以及几个光度学重要定律。光度学考虑的是可见光范围，并且考虑人眼主观影响。色度学是研究色彩计量的科学，它定性和定量地研究人眼的颜色视觉规律、颜色测量理论与技术。色度学是研究视频技术的重要理论基础，将色度学中最基础的两个概念摘录如下。本节内容，是理解图像色彩相关知识的基础，已经简洁的不能再简洁。
1.1 光的常用度量
描述光的常用物理量有四个：光通量、光强、照度、亮度。如下两张示意图引用自“如何正确理解照度和亮度的关系?”，图中涉及三个角色：光源、物体(被观察者)与人眼(观察者)。
如下概念的描述，力求通俗，因此并不准确。
1.1.1 光通量
单位时间内由光源所发出或由被照物所吸收的总光能。单位流明。
在第一张图中，灯泡在单位时间内散发的的光的总和即为光通量。光通量衡量光源总的发光量。
1.1.2 光强
光源在给定方向上，每单位立体角内所发出的的光通量。单位坎德拉。
在第一张图中，光源射向照射面的一根光线表示光强。光强衡量光源的发光强度。
1.1.3 照度
物体表面每单位面积入射可见光的光通量。单位勒克斯。
照度在被观察者(被照物体)角度，衡量接受到的光的强弱。
1.1.4 亮度
描述发光面或反光面上光的明亮程度的光度量。单位坎德拉每平方米。
亮度在观察者(人眼)角度，衡量感受到的光的明亮程度。
在第二张图中，理想情况下，被同一光源照射，黑色书和白色书具有同样的照度，却有不同的亮度。
1.2 色度学基础
1.2.1 彩色三要素
光的颜色取决于客观和主观两方面的因素。客观因素是光的功率波谱分布，它影响光源的颜色。主观因素是人眼视频特性，它影响人眼对色彩的感觉。 彩色三要素指亮度(Lightness)、色调(Hue)和饱和度(Saturation)，任一色彩都可以用这三个基本参量来表示：
亮度表示颜色明暗的程度，是光作用于人眼时引起的明亮程度的感觉。
色调是指颜色的类别，例如红色、蓝色、绿色指的就是色调。
饱和度指颜色的深浅程度，也称彩度。例如深绿、浅绿指的就是绿色这个色调的饱和度，饱和度越高，颜色越深。
1.2.2 三基色原理
三基色原理指自然界中大部分彩色都可以由三种基色按不同比例混合得到。选择三种基色的前提的：每一种基色都不能由另外两种基色混合得到，这三种基色互相独立。三基色原理主要内容如下：
- 自然界中的绝大部分彩色，都可以由三种基色按一定比例混合得到；反之，任意一种彩色均可被分解为三种基色。
- 作为基色的三种彩色，要相互独立，即其中任何一种基色都不能由另外两种基色混合来产生。
- 由三基色混合而得到的彩色光的亮度等于参与混合的各基色的亮度之和。
- 三基色的比例决定了混合色的色调和色饱和度。
不同颜色混合在一起能产生新的颜色，这种方法称为混色法。色彩空间 RGB 是采用了 R、G、B 三种基色，色彩空间 CMYK 是采用了 C、M、Y 三种基色。
我们看一张包含彩色三要素和 RGB 三原色的示意图：
4. 参考资料
[1] Keith Jack, "Video Demystified" 5th edition, "Chapter 3. Color Spaces"
[2] Douglas A. Kerr, Chrominance Subsampling in Digital Images
[3] 卢官明、宗昉, 《数字电视原理》第 3 版第 1 章
[4] 照明常用术语的定义http://twepc.com.tw/led/k2.htm
[5] 发光强度https://zh.wikipedia.org/wiki/发光强度
[6] 如何正确理解照度和亮度的关系?https://zhuanlan.zhihu.com/p/53136784
[7] https://www.junpin360.com/html/2015-04-12/4088.html
[8] 红绿蓝三色是（唯一的）正交基吗, https://www.zhihu.com/question/24886171
[9] 色彩空间基础，https://zhuanlan.zhihu.com/p/24214731
[10] 色彩空间表示与转换，https://zhuanlan.zhihu.com/p/24281841
[11] 加色法, https://zh.wikipedia.org/wiki/加色法
[12] 减色法, https://zh.wikipedia.org/wiki/減色法
[13] 数字图像处理之 6 大颜色空间，https://zhuanlan.zhihu.com/p/28741691
[14] YUV, https://zh.wikipedia.org/wiki/YUV
[15] 图文详解 YUV420 数据格式, https://www.cnblogs.com/azraelly/archive/2013/01/01/2841269.html
[16] YUV 格式小结, https://www.jianshu.com/p/6a361e86ccd5
[17] YUV#Packed_formats, https://wiki.videolan.org/YUV#Packed_formats
[18] YUV Formats, https://www.cs.auckland.ac.nz/courses/compsci773s1c/lectures/YuY2.htm
5. 修改记录
2019-01-11 V1.0 初稿
2019-02-13 V1.1 增加光的常用度量一节
2020-12-31 V1.2 修改采样方式中不清晰以及错误的描述
2021-01-16 V1.3 增加“FFmpeg 中的像素格式“一节
