**色彩模型(Color Models)**的目的是建立公認且可被廣泛接受的色彩標準，為了不在傳輸或交換的過程中，產生認知上的差異。舉例來說，每個人心中對藍色的定義都不太相同，有些人覺得淺藍就算藍色，而有些人則認為深藍會比較好。

以影像處理來說，色彩模型也稱為色彩空間(Color Space)，或色彩系統(Color System)。換句話說，自然界某特定的顏色可以表示呈色彩空間中的一個點，因此具有唯一與獨特性。為了特定的影像處理應用，產生了許多不同的色彩模型。

色彩模型包含兩種屬性，分別為亮度(Luminance)與色度(Chrominance)。根據科學家的研究，人類視覺系統對於亮度的敏感度高於色度的敏感度。因此，許多色彩模型的定義，會將色彩依照這兩種屬性區分。

1.RGB色彩模型

RGB色彩模型如下圖所示:

RGB色彩模型基於三維直角坐標系，可以用一個正立方體表示，三個軸分別為R、G、B三原色。原點(0, 0, 0)為黑色，對角線為灰階，即R=G=B，延伸至(1, 1, 1)的白色。三原色的R、G、B分別是以正立方體的頂點(1, 0, 0)、(0, 1, 0)、(0, 0, 1)表示。

由於色彩影像中的R、G、B色彩值通常以24-bits表示，每個色彩為8-bits，因此總共有

種顏色。稱為全彩或真實色彩的數位影像。

2.CMY色彩模型

CMY色彩模型是由原料的三原色，即青色(Cyan)、紫紅色(Magenta)、與黃色(Yellow)所構成，與RGB色彩模型的關係為:

上面的公式可以發現:C、M、Y就是R、G、B的補色(Complement)。

雖然CMY三色混色後可得黑色，但在實際顏料混色時，並無法得到純黑色，最典型的例子如噴墨式印表機或雷射印表機等等。以成本來說，純黑色墨水匣或碳粉匣會比CMY三色實際混合要低，因此在印表機的設計上，發展了CMYK色彩模型，主要是延伸CMY色彩模型，計算公式為:K = min(C, M, Y)與

現代的印表機都普遍採用CMYK色彩模型，例如常見的CMYK墨水匣或碳粉匣。

3.HSI色彩模型

雖然RGB色彩模型與人類視覺系統的感知(R、G、B)是吻合的，而且可用來定義標準的色彩值，但描述色彩的方式對於人類而言並不是很直觀。例如:(R, G, B) = (1, 0, 0)代表紅色，但是(R, G, B) = (0.2, 0.7, 0.5)的色彩值，或許要直接理解是屬於何種顏色有點困難，因此在實際應用層面上，RGB色彩模型並不是很實用。

HSI色彩模型如下圖所示:   

此模型較符合人類描述色彩的方式，因此，是影像處理實際應用時的理想工具，包含:

• 色調(Hue):色調是指純色(Pure Color)，即是紅、橙、黃、綠、藍、紫等顏色，以角度0~360度表示。

• 飽和度(Saturation):飽和度是指純色與白色的混合比例，以[0, 1](或0 ~ 100%)的範圍表示。

• 強度(Intensity):強度即是亮度(Brightness)，以[0, 1](或0 ~ 100%)的範圍表示。

  例如:人的皮膚膚色可以描述成:「不飽和的紅色」、暗綠色可以描述成:「低強度的綠色」、淡藍色可以描述成:「不飽和的藍色」等等。

  RGB轉換成HSI的過程如下:
  1.首先將RGB色彩模型的對角線(灰階值)豎直，形成HSI色彩模型的中心線。RGB值(0, 0, 0)~(1, 1, 1)對應HSI色彩模型的強度(Intensity)，介於0~1(或0~100%)之間。
  2.RGB色彩模型的正立方體頂點均為純色，距離對角線最遠，對應到HSI色彩模型的圓周，稱為色調(Hue或H)。色調是根據R、Y、G、C、B、M的順序，分別以角度0~360度表示。
  3.**飽和度(Saturation)**為純色與白色的混合比例，因此可以根據與中心線的距離比例表示，其值介於0~1(0~100%)之間
  至於轉換的數學公式，礙於篇幅關係，之後的章節有用到會說明，本章先介紹色彩模型的認識。

4.HSV色彩模型

HSV色彩模型與HSI相似，市面上具有代表性的影像處理軟體，例如:PhotoShop、PhotoImpact，大多都是採用HSV色彩模型。此外，OpenCV涵式庫並未提供HSI色彩模型，而是提供HSV色彩模型的轉換涵式，因此在此介紹之。
HSV如下圖:

包含:

• 色調(Hue,H):以角度0~360度定義。OpenCV將Hue值除以2，分別以0~180儲存。
• 飽和度:如HSI，但OpenCV將之正規化為[0,255]之間
• 值:代表強度，OpenCV將之正規化為[0,255]之間

5.YCrCb色彩模型

YCrCb色彩模型在影像處理領域也相當常見，被廣泛應用在數位影像處理系統中，例如:JPEG影像壓縮標準、MPEG視訊壓縮標準等等。
YCrCb包含:

• Y:代表亮度
• Cr:代表紅色的偏移量
• Cb:代表藍色的偏移量
  因此此色彩模型是根據色彩的屬性設計的，Cr與Cb合稱為色度(Chrominance)。