彩色空间的数学表示及其在通讯系统中的作用

摘要

在这项研究中，色彩系统是根据由根据数学公式和配套的相关假设插图和支持可视图像的最新的传播学理论研究的总体色彩系统的理论方面的国际照明委员会（CIE）标准分析那么进化的比较。有一个在根据自己的使用，在色彩的运用已成为在各个领域，包括电视系统的色彩空间和系统造成了巨大的使用;计算机系统;行业及产品的颜色;各种黑白和彩色打印的;油漆建筑物，房屋和城市色彩;和许多其他的颜色有关的用途。色彩空间和系统到今天的发展，从1931年已经扩大了很多，这导致的特点是精度和美丽色彩系统的新领域的出现，成为subcolors的颜色可根据客户的愿望和使用质量。 The development of color systems has an impact on visual communication such as television broadcasting systems, medical image processing, and video signal processing, as well as in the field of computer such as graphic equipment and printing.

1.介绍

颜色被认为是一种现象，而不是天然的尺寸，如长度或温度，但在可见波长的电磁射线是可测量作为天然量，所以存在用于数学要求表示的适当的形式。在人类的颜色，这些不同的要求不能同时满足，这就是为什么使用的表示根据所使用的应用程序处理的目标而变化。色彩空间指的是其中的值由根据国际照明委员会（CIE）标准的标准颜色方案表示统一的系统。该色彩空间可以从“红色，绿色，蓝色”（RGB）的信息，不能在数学和技术的处理器来处理三原色中提取。It does not give an accurate description of the rest of the resulting colors, so fragmentation of the image was used to the original state without colors, i.e., black and white (luminance (Y)), and is treated as a light intensity based on the grayscale between black and white as in the case of television broadcasting is modulated (modulation) separately. The colors are in two vehicles carrying their characteristics accurately (chrominance) compatible with the color scheme and can be processed mathematically and then the formation of an electronic circuit to achieve this, and in the case of television broadcasting, it is assigned a secondary carrier (sub) working package area.

一个国际论坛，国际照明委员会（CIE），这实际上是麦克斯韦三角形的发展，确定分布和与他们打交道要切换各种测量的操作系统之间的目的混色的名义下成立包括电视系统（NTSC，PAL和SECAM）。它与系统兼容的，例如，它在美国和日本使用的国家电视系统委员会（NTSC）;在逐行倒相（PAL）系统在欧洲的大部分;顺序彩色在法国存储器（SECAM）系统;打印系统青色，品红色，黄色，和黑色（CMYK）;HSV（色调，饱和度，值）;和其他人，以及RGB主色分支机构。

颜色处理，准确性及纯度的方法，取决于图像的基本组成部分，并在发射机和接收机在数学上和技术上表示的方法的性质，使其与由它们激发了原始自然状态，并且该默认状态是照明元件和两个颜色特性，以及添加其他互补化合物，其可导致在性能上显著改善是通过增加在数学表示，然后技术输出的复杂度的偏移（如在自适应色彩空间的情况下）(1]。

2.历史背景

公司成立于1913年，总部设在维也纳，奥地利的首都，国际委员会是由光，灯光，色彩和色彩空间标准的规定。该组织由七个部分;每个技术委员会的部门主任的监督下实施其方案;这些部分是视觉和颜色，光线和测量辐射，照明设计和内部环境，信号照明，交通，户外照明，和其它应用中，生物，化学，光学光，和成像技术。

六年美国光学学会成立后，国际照明协会在1931年会见了第八届会议，以制定国际表征和色度测量的兼容性和基于十名之内开发力度，更新由美国光学学会提出的建议年份。在剑桥大学会议制定的XYZ色空间中的定义，和标准照射类型A，B，和C [2]。

3.方法

在这项研究中，色彩空间的数学表达的演变进行了分析。This development has led to applications in the field of the use of colors in images, videos, the development of television broadcasting systems, and the emergence of digital television and films as well as the uses of the Internet, i.e., the supreme value of this development is the evolution in the field of analogue and digital communications; then, a model was chosen for one of the spaces and analyzed by the Matlab program to show the accuracy of the mathematical representation the segmentation of the color system into its main properties, which is the gray gradient, as well as the color characteristics resulting from its mixing operations with mathematical proportions for each type.

4.色彩空间XYZ 1931 CIE

XYZ 1931 CIE(也被称为1931 CIE)是色觉的第一个数学定义之一，由国际照明权威在1931年发展。

“CIE”颜色空间(图1)是由George Wright在1920年的一系列实验推导而来，并推导出包括RGB CIE三激励光谱色彩(XYZ)色彩空间等实验规范的组合结果。

我们可以定义波长的颜色( )如下: 在哪里是我们要得到它的颜色和是常数乘以长度，也就是光速。

我们现在只需要两个坐标( )来计算第三组值被定义为颜色特征[2]。

区分由亮度参数的颜色（ )和协调染色质( ）。( , ,和 )是三重释放，它给予激励价值(即。,force) for all three basic lights in red and green needed to match the color blue [2,3.]:

红色和绿色的色彩发现大的值（ )的小值( )或接近颜色图的中心点。因此，由于计算机科学中先进的现代技术的存在，导致出现了太多相同颜色的梯度，所以混合等级是根据集合点的位置来改变的，根据它们到主色的位置而改变的[4]。

4.1。CIEUVW

“CIEUVW”色彩空间，又称CIE 1964 ( ）： (在哪里 , )是白色的，点是发光物体的值。

"”是色彩空间，以便能够计算的色差，而不需要一个常数设定亮度，是亮度指示符的定义，和颜色分量和被定义，使得白点映射到原始;这种安排具有能够表达恒定饱和度仅仅作为铃声的位置优势固定(5]。

4.2。CIELUV

“CIELUV”是在1976年由国际委员会采纳了照明（CIE）色彩空间（被广泛用于应用例如计算机图形，这处理彩色灯的色彩空间）。虽然加入的不同彩色光的混合物将在所谓的CIE 1976 UCS落在线在图中的色均匀CIELUV，这些混合物加入不会出乎人们意料的，沿着在空间CIELUV色彩线位于除非混合物是固定在亮度[6]。

4.3。CIELAB

所述“CIELAB”的色彩空间（也称为“CIE在或有时简称为“lab”色彩空间)是由国际照明委员会(CIE)在1976年定义的色彩空间。颜色表达了三种价值观:“从黑色(0)到白色(100)的亮度，从绿色(-)到红色(+)，和从蓝色(-)到黄色(+)。CIELAB的设计使得这些值的相同数量的数值变化对应于视觉上看到的大致相同数量的变化[7]。

4.4。CIESAM02

颜色空间CIELAB(也定义为“CIE”)或在某些情况下缩写为色彩空间“Lab”)是国际照明委员会(CIE)在1976年指定的色彩空间。它反映了指定色调的三个值元素:用于从黑色(0)到白色(100)的照明，从绿色(-)到红色(+)，和从蓝色(-)到黄色(+)。它被设计成与几乎肉眼所见相同的量变化的用“CIELAB”相同的量在这些数值的变化兼容[8]。是确定该系统的元件之间的关系的一般数学方程如下：

代表两个明亮的元素，有相同的颜色，但不同于白色。共值表示圆锥体对白色的响应( )和参考照明（）。调整程度（ )可以为nonadjustment（个体照明激励）和单元，用于充分调整（色牢度）被设置为零。在实践中，在值范围从0.65至1.0，列出的值可以由以下等式计算[8]: 其中，环绕“如上文所述，而为cd/m中适应场亮度²。

5.RGB颜色模型

主要的颜色，红、蓝、绿，本来就是麦克斯韦三角形的头;这种表示的值的颜色视觉设备是至关重要的,因为电子设备的可能性进行混合过程生产的subcolors彩色图像接近自然状态,以确保图像显示在屏幕上的兼容性。

有从RGB颜色空间派生的其他空间，比如“的sRGB”，“Adobe RGB的”，“ProPhoto RGB”，“scRGB，”和CIE RGB。

描述颜色混合操作的理想数学模型，数值由数字数组排列，通常是3或4个值或颜色组件，在RGB和XYZ空间之间有一个简单的线性关系:

主色(RBG)适用于人眼视野(400- 700nm)，如图所示2(9]。因此，它们在各种视觉系统，诸如电视节目时，图像处理和打印[使用10]。

6.电视广播系统中彩色空间的使用

有几个彩色电视广播系统，包括其分布在世界各地“PAL”，“SECAM”和“NTSC”。这些系统中，有在数字通信和数字信号处理中使用的辅助系统。

Y'IQ电视广播“NTSC”（美国，日本和其他地方）以前用过。在该系统中，亮度值是几乎相同的亮度[8]。“PAL”（欧洲，除了法国，它使用SECAM）电视用途空间颜色“YUV”，其中无线表示光，无论是于和在表示混合操作的主色调，条纹由TV“SECAM”用过的“YDbDr” [9,10]。

这些系统都可以从原本适合人类视觉的RGB值中提取出来，从而使人们方便地看到电视广播。

6.1。YIQ在NTSC过去曾被用来

对于从RGB到电视系统的所有转换，它采用矩阵如图3.(11]。

6.2。“PAL”彩色影片使用“YUV”彩色模型[13]

6.3。SECAM电视使用的YDbDr计划[14]

7.彩色印刷

模型色“CMYK”是模型色主要使用的是从颜色蓝色，绿色，和红色的，其中使用的颜色是青色，品红色，黄色，和键颜色（黑色）的颜色不同，如图颜色4，适用于彩色印刷装置所用的油墨等[15]。

根据这些值，颜色的值可以由以下公式计算:

色彩空间的数字形式的视频压缩8.采用

的YPbPr是一个微缩版的“YUV”。这是最常见的在其数字格式“的YCbCr，”广泛应用于视频和图像压缩方案，如“MPEG”和“JPEG”。

xvYCC是由独立选举委员会（IEC 61966-2-4），它是基于“BT.709” ITU BT.601标准采用的数字视频标准的国际色彩空间，但该系列超出初级（ )在该等标准中指明[17]。

通用计算上的图形处理单元是利用一个图形单元（GPU）和数量的处理（图5)，通常只处理计算机图像的一个帐户，在传统上由GPU CPU处理应用程序时执行帐户。在一台计算机上使用多个视频卡或大量图形芯片，就像图形处理已经具有的并行性质一样，实现了并行。此外，即使是一个单一的“GPU CPU”框架，由于每个芯片的特殊性，也能提供单独多个CPU的优势[18]。

9.彩色系统的Matlab仿真

与Matlab的应用，其用于能够从通过工具如照相机提供“RGB”信息中导出颜色分析，从而允许应用程序选择彩色图像，然后将其分析成空间此系统处理的仿真（CIE）和then to the “NTSC’ system, the application outputs in different color analyses provided by a matching image test (Tahrir Square in Baghdad).

所用的应用程序被称为颜色空间（图6- - - - - -9），其用于测量视频广播的不同的颜色和分析的颜色空间，即它具有RGB表示和规模（像素和24位色深);然后，转换显示输入到基本空间(RGB到Y 'IQ)，对于所有证明结果符合实际和理论的图像[20.]。

我们从测试图像的结果中注意到如图所示6价值的数量表示图像中黑色和白色之间光线强度的任何差异的灰度梯度7的价值如在图8表示彩色部分的颜色混合要完成的值如在图9。这些混合结果均由主空间发出( , , )如公式（9）前面提到的，由于这个空间的所有系统的基础和它们之间的共同因子12]。

10.结果与讨论

的在图像传输，模拟视频和数字视频的区域的通信应用程序的发展首先之前通过一个进化在色空间的数学表示的方法，以便将其提供给如何处理的主要部件的准确响应图像，并且是图像本身，这基本上是在黑色和白色之间的照明的强度的差异的来源。灰色色调，然后添加从主色调引起的其它颜色，红色，绿色和蓝色，并且颜色的其余部分根据先前示出的空间表示的类型中的数值的比例混合的主色调。

在这项研究中，对许多使用颜色的系统进行了数学和逻辑分析，如前所述，这可以解决许多不同系统之间的颜色兼容性问题，因为它发现不同的电视系统都在三种主要颜色的空间中相遇( ）。因此，当将一个系统转换为另一个系统时， )可以是它们之间的共同的因素，所以有可能通过使用该特征从一个系统转移到另一个。在这项研究中，也有人注意到，打印系统（ , , ,和 )患有不一致之间的颜色输出在屏幕上打印和印刷后的输出图像,有清晰的区别在颜色清晰比较显示在计算机上的彩色图像和彩色图像在彩色打印机上打印在纸上;问题是如何减小这种差异，并尽量使纸上打印的输出与显示器上的输出相匹配，为此可以采取以下措施:(1)创建电子设备和软件来创建一个过渡阶段，以减少建筑设计展示和印刷之间的颜色对比的问题(2)通过创建一种特殊的(RGB)系统来增加色彩空间，设计人员在打印时依靠将图像转换为(CMYK)来减少差异的影响（3）从RGB到CMYK系统的转换将是一个时间，因为更重要的是会失去很多原始设计规格由于信息在信号处理损失（4）已经观察到绿色频繁的使用在许多彩色图像,特别是在建筑设计,导致之间的对比颜色的屏幕和一篇论文,因为打印系统中的绿色区域是非常微弱的,所以最好是减少这种颜色在图像的基本设计15]。

本研究是在科研人员的努力和所属学院的支持下进行的，作为学术工作要求的一部分，以鼓励研究领域的发展与学术教学的职责相一致。

11.结论

彩色系统技术的发展导致了视频通信和图像处理领域的巨大差异，电视广播和传输的互联网以及高清打印机。颜色空间是不断发展的由于聪明的一代电子芯片的出现,允许更多的图像处理器的生产范围广泛的颜色根据多个混合的成绩水平,导致非常准确精确波长的色轮的层次,导致显著增加数量的可见颜色。

数据可用性

对数据的访问是通过从原始的报告中提及的人士所采取的结论和意见。

的利益冲突

作者声明他们没有利益冲突。

致谢

这一研究是科研人员的努力完成的支持他们的学校他们所属的，因此研究人员感谢他们的学校的科学和道义上的支持。所有的信息所获得的研究人员是通过自己的。研究人员属于不同的大学不同的大学，所有这些都是伊拉克大学（萨迈拉和Mustansiriyah）具有很高的科学地位和在科学和学术方面的努力了良好的口碑。

参考文献

P. M.哈曼，詹姆斯·克拉克·麦克斯韦的科学信件和论文，剑桥大学，英国剑桥，2002年。
H. S. Fairman, M. H. Brill, H. Hemmendinger，“CIE 1931年的颜色匹配函数是如何从Wright-Guild数据衍生出来的，”色彩研究与应用第22卷，第2期。1, 1997年11-23页。视图:出版商的网站|谷歌学术
《从新到R ' g ' b的RGB色彩空间回顾》，2010年。视图:谷歌学术
D.马戈利斯，该峡谷难题和最强大的色彩空间其他冒险大学伯克利分校，加州，伦敦，2006年。
j . Schanda比色法:了解CIE系统威利Interscience, 2007。
R. W.亨特，测量颜色，英国，喷泉出版社，第3版，1998年。
国际财团颜色,规格ICC.1：2004-10（配置文件版本4.2.0.0）图像技术色彩管理 - 建筑，档案格式和数据结构，国际色彩协会，2006年。
A.香棒，C.温菲尔德，E维塞尔A.索乌坦，W. D. Marslen - 威尔逊，和一尼莫 - 史密斯，“夹带在人类大脑皮层的CIECAM02和CIELAB颜色外观的机型，”视觉研究，第145卷，第1-10页，2018年。视图:出版商的网站|谷歌学术
《关于RGB技术》，2018年8月，https://techlarva.com/about-rgb-technology。视图:谷歌学术
r·w·g·亨特，颜色的再现， Wiley-IS&T系列成像科学与技术，英国奇切斯特，第六版，2004。
M. Sinecen，数字图像处理与MATLAB，J. Valdman，编辑，从工程应用与MATLAB概念，IntechOpen年，2016年。视图:出版商的网站
R. M.马哈茂德，“为AS NTSC电视系统的亮度和色度信号的彩色空间分析，”湖南工程与发展卷。15，没有。4，2011。视图:谷歌学术
D. L. Macadam，“i.c.i.色彩规范的投影变换”，美国光学学会杂志，1937年。视图:谷歌学术
R. J.起重机，国际标准的政治:法国与彩电战争，Ablex出版公司，1979。
R. H. Yaseen, R. Mahmood, M. Darweesh，《色彩空间的表现及其在建筑设计中的作用》，国际土木工程评论卷。9，没有。5，P。202，2018。视图:出版商的网站|谷歌学术
d·范·霍尔坦，《RGB Vs CMYK》，2016年，https://www.printernational.org/rgb-versus-cmyk.php。视图:谷歌学术
J.哈德森，3Gb / s的SDI为1080交通运输，3D，UHDTV1 / 4K和超越，专业发展SMPTE, 2013。
N.加藤，“新”扩展视频应用的色域空间;xvYCC (IEC61966-2-4)《好莱坞后联盟》，2007年。
GPU的历史,日立ARTC HD63484。第二图形处理器， IEEE计算机协会。
D.青贮，数字通信系统中使用MATLAB和Simulink，天普大学，书立出版社，2016年

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