交通信号灯的颜色特征是非常明显的。并且目前普遍采用的是LED灯，其可见度较高，在持续光照、阴天、下雾、下雨的恶劣天气条件下都能保持很好的可见度。因而，选择合适的色彩空间分割彩色图像，对定位交通信号灯、消除噪声，有很大的作用。

下面介绍色彩空间相关内容。

色彩是人的眼睛对于不同频率的光线的不同感受，色彩既是客观存在的（不同频率的光），又是主观感知的，有认识差异。“色彩空间”一词源于西方的“ColorSpace”，又称为“色域”，色彩学中，人们建立了多种色彩模型，以一维、二维、三维甚至四维空间坐标来表示某一色彩，这种坐标系统所能定义的色彩范围即色彩空间。在图形图像处理中，常用的色彩空间有RGB、HIS、HSV、YCrCb等。

1.RGB色彩空间

RGB色彩空间用R、G、B三种颜色分量来表示数字图像像素的颜色值。任何颜色C都可用光电三原色的三种基色配出：C=rR+gG+bB，其中，r、g、b为三基色的比例系数，满足r+g+b=1；R、G、B为三基色的单位，分别为1、4.5907、0.0601光瓦。用光电三原色混色，满足加色原理。RGB模型可用一个单位立方体来表示（图2-26，见彩插）。图中，R、G、B位于3个角上；青、深红和黄位于另外3个角上，黑色在原点处，白色位于离原点最远的角上。

图2-26 RGB彩色立方体示意图

2.HIS 色彩空间

HIS色彩空间通过色调（Hue）、饱和度（Saturation）和灰度（Intensity）来表示物体的颜色。它实际表示了一系列色彩空间，包括HSL（Lightness）、HSV（Value）、HCI（Chroma/Colorfulness）等。大多数这类色彩空间是RGB空间的线性转换，所以，它们是设备相关的和感知非线性的。它们的优点在于定义色彩时非常直观。为了更直观地了解HIS色彩空间，下面给出了HIS空间的示意图（图2-27，见彩插）。

这类色彩空间用亮度和色彩信息（色调和饱和度）来表示色彩，便于图像处理。把RGB精确无误地转换成亮度、色调、饱和度取决于设备特性，所以存在很多这类的转换公式，每一个相比别的转换公式在一些特殊应用上会做得更好。

RGB到HIS空间的转换公式：

此处，

图2-27 HIS色彩空间示意图

RGB到HSV空间的转换公式：

若H＜0，则H=H+360。

RGB到HLS空间的转换公式：

若H＜0，则H=H+360。

3.Luv和Lab色彩空间

CIE（国际照明委员会）Luv和CIE Lab是基于人类视觉的CIE色彩测量系统。它们都是设备无关的，是视觉感知近似线性的。(www.daowen.com)

这两个色彩空间是为感觉均匀而设计的一个国际标准，其目的是使人感受的颜色差别等同对应CIE色彩空间中相等的欧几里得距离，即所有颜色都按照其实验测得的相互之间知觉色差的多少，尽可能均匀地分布于色彩空间。

其中，L通道表示亮度值；a、b、u、v表示由色调和饱和度形成的色感知属性。相应的转换公式如下：

RGB到Luv空间的转换公式：

从RGB到XYZ色彩空间的转换依推荐标准不同，有如下关系：

ITU-RBT.601在光源C（钨丝光源模拟普通日光，色温6774K，波长为380～770nm）下：

ITU-RBT.709在标准光源D65（即色温为6504K的日光）下：

在这两个彩色空间中每一个点都能看成（L^∗，a^∗，b^∗）或（L^∗，u^∗，v^∗）三维色彩空间中的一点，因此两个颜色的区别能够通过两个彩色点间的欧几里得距离表示，这两种彩色点的区别描述如下：

对CIE（L^∗a^∗b^∗）空间：

对CIE（L^∗u^∗v^∗）空间：

在彩色图像分割中利用欧几里得距离表达人类感知颜色区别的能力是十分重要的，（L^∗，a^∗，b^∗）和（L^∗，u^∗，v^∗）是两个相似的颜色模型，它们能很好地满足人眼睛对计算机处理的敏感性。

4.YCbCr色彩空间

YCbCr色彩空间是由YUV色彩空间派生而来，它们都产生一种亮度分量信号和两种色度分量信号，而每一种变换使用的参数都是为了适应某种类型的显示设备。其中，YUV适用于PAL和SECAM彩色电视制式，而YCbCr适用于计算机用的显示器（即数字标准）。转换公式如下：

Y=0.299×R+0.587×G+0.114×B （2-29）

Cr=（R-Y）×0.713+128 （2-30）

Cb=（B-Y）×0.564+128 （2-31）

R=Y+1.402×（Cr-128） （2-32）

G=Y-0.34414×（Cb-128）-0.71414×（Cr-128） （2-33）

B=Y+1.772（Cb-128） （2-34）