建议先修课程：高等数学（微积分）、线性代数。
参考书目：
1、图像工程（上册）——图像处理（第4版） 章毓晋 清华大学出版社
链接：https://pan.baidu.com/s/1tpHBX2sWtu0oHrLF9fW_IQ
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二 色彩模型
为了正确有效地表达和使用色彩信息，需要建立色彩模型，描述和重现图像的色彩。
常用的色彩模型有4种：RGB、CMYK、HIS、LAB。前两种是面向设备的色彩模型，后两种是面向色彩感知的色彩模型。
RGB模型基于仿生学原理。人的视网膜有三种细胞，分别对红、绿、蓝三种颜色敏感（对绿色最敏感）。这三种颜色的光通过叠加，可以混合出绝大部分肉眼能看到的颜色。
RGB模型是使用最广泛的色彩模型。非常适合在输出显示场合使用，如显示器和投影机。数码相机、广播级和电影级摄影机及图像处理软件也常用RGB模型。红绿蓝三种颜色使用三个通道表示，图像处理软件有时候还会附加一个Alpha通道，刻画透明度。
所有的彩色图像都可以按照通道分成三个灰度图像，分别按照处理灰度图像的方式处理。
彩色电视系统中所采用的色彩模型也是基于RGB的不同组合而成的。
YIQ色彩系统通常被北美的电视系统所采用（NTSC系统）。其中Y值表示亮度分量，I对应橙色和青色间的色彩，Q对应绿色和紫色间的色彩。RGB与YIQ之间的对应关系如下：
█(&[█(Y@I@Q)]=[■(0.299&0.587&[email protected]&-0.274&[email protected]&-0.523&0.312)][█(R@G@B)]@&[█(R@G@B)]=[■(1&0.956&0.621@1&-0.272&-0.647@1&-1.106&-1.703)][█(Y@I@Q)] )
YUV色彩系统被欧洲的电视系统所采用（PAL系统），其中Y和上面的YIQ色彩系统中的Y相同，代表亮度分量，U和V代表色度分量，与I和Q的计算方式类似，但不完全相同。RGB与YUV之间的对应关系如下：
█(&[█(Y@U@V)]=[■(0.299&0.587&[email protected]&-0.289&[email protected]&-0.515&-0.100)][█(R@G@B)]@&[█(R@G@B)]=[■(1&0&1.14@1&-0.395&-0.581@1&2.032&0)][█(Y@U@V)] )
我国的电视也采用PAL制式。
YCbCr色彩系统是从YUV色彩系统衍生出来的。常见于DVD、摄像机、数字电视等消费类视频产品中。其中Y还是指亮度分量，而Cb和Cr则是将U和V做少量调整而得到的。RGB与YCbCr之间的对应关系如下：
█(&[█(Y@C_b@C_r@1)]=[■(0.2990&0.5870&0.1140&[email protected]&-0.3313&0.5000&[email protected]&-0.4187&-0.0813&128@0&0&0&1)][█(R@G@B@1)]@&[█(R@G@B)]=[■(1&1.4020&0@1&-0.3441&-0.7141@1&1.7720&0)][█(Y@C_b-128@C_r-128)] )
人眼对色彩的分辨率远低于对亮度的分辨率，因此使用这些RGB模型的变体有利于图像与视频的压缩。在视频压缩中，常常将2×2共计4个像素共用同一种颜色。
CMYK色彩系统是一种用于印刷的模式，分别是指青（Cyan）、品红（Magenta）、黄（Yellow）和黑（Black）。
CMYK模式在本质上与RGB颜色模式没有什么区别，只是产生色彩的原理不同。RGB颜色合成是通过颜色相加。而CMYK是通过颜色相减产生其它颜色。
RGB与CMYK没有一一对应的转换关系，转换过程会与显示器设置、印刷油墨设置以及分色设置有关。
处理图像时，一般不采用CMYK模式。因为：①这种模式的图像文件占用的存储空间较大；②色域比RGB小得多。
面向设备的色彩模型与人的视觉感知有一定距离，因此使用时不太方便。比如，描述一种颜色时，人很难描述出其中的R、G、B分量是多少。人总是从自身的视觉感知习惯出发，用亮度、色调和饱和度去描述一种颜色。比如：深红、淡蓝、浅灰等等。
亮度表示某种颜色在人眼视觉上引起的明暗程度，它由光的强度（能量）决定：光强越大，景物越亮；光强越小，景物越暗。对于灰度图像，亮度就是图像的灰度值。
色调（色相）表示光的颜色，由光的波长决定。例如自然界中的七色光就分别对应着不同的色调，每种色调分别对应着不同的波长。在通常的使用中，色调是由颜色名称标识的，比如红、橙或绿色。
饱和度指颜色的纯度（鲜艳程度），它由主波长的纯光谱色与白光的比例决定，越接近光谱色，白光比例越小，则饱和度越高，色彩越鲜艳醒目；距离光谱色越远，白光比例越大，饱和度越低，色彩越平淡晦暗，越不鲜艳。对白光来讲，它的色饱和度为0（没有色彩）；纯色的色饱和度是100%，代表该彩色中不含白光。
HIS色彩模型是最直观的色彩描述方法。用色调（Hue）、色饱和度（Saturation）和亮度（Intensity）来描述色彩。它与人类颜色视觉感知非常接近，但独立于设备。
这个模型有两个特点：I分量与图像的彩色信息无关；其二，H和S分量与人感受颜色的方式是紧密相连的。这些特点使得HSI模型比RGB色彩空间更符合人的视觉特性，非常适合于借助人的视觉系统来感知彩色特性的图像处理算法。
HIS与RGB的转换公式：
RGB→HSI：
I=1/3 (R+G+B)
S=1-3/(R+G+B) [min(R,G,B) ]
H=arccos (((R-G)+(R-B))/2)/√((R-G)^2+(R-B)(G-B) ), R≠G或R≠B
H=2π-arccos (((R-G)+(R-B))/2)/√((R-G)^2+(R-B)(G-B) ), B>G
HSI→RGB：
█(&B=I(1-S), R=I[1+ScosH/cos(60^∘-H) ], G=3I-(B+R), H∈[0°,120°]@&R=I(1-S), G=I[1+Scos(H-120^∘ )/cos(180^∘-H) ], B=3I-(R+G), H∈[120°,240°]@&G=I(1-S), B=I[1+Scos(H-240^∘ )/cos(300^∘-H) ], R=3I-(G+B), H∈[240°,360°])
LAB色彩模型是一种能够描述颜色感觉的标准语言，能够用数学方法唯一精确定义颜色刺激所产生的感觉。
L表示亮度，A赋予了从红到绿的所有颜色，B赋予了从黄到蓝的所有颜色，该模型覆盖了全部的可见光色谱。
该模型与设备无关（仅存在于数学 / 软件中）。没有提供直接显示的格式，必须要转换到其它色彩空间来显示。
不像RGB和CMYK色彩空间，Lab颜色被设计来接近人类视觉。它致力于感知均匀性，它的L分量密切匹配人类亮度感知。因此可以被用来通过修改a和b分量的输出色阶来做精确的颜色平衡，或使用L分量来调整亮度对比。这些变换在RGB或CMYK中是困难或不可能的——它们建模于物理设备的输出，而不是人类的视觉感知。
因为Lab空间比電腦螢幕、打印机甚至比人类视觉的色域都要大，表示为Lab的位图比RGB或CMYK位图获得同样的精度要求更多的每像素数据。在1990年代，这时的電腦硬體和软體通常受限于存储和操纵8位/通道的位图，从RGB图像到Lab之间的来回转换是有损耗的操作。对于现在常见的16位 / 通道支持，这就不是问题了。
此外，Lab空间内的很多“颜色”超出了人类视觉的视域，因此纯粹是假想的；这些“颜色”不能在物理世界中再生。通过颜色管理软件，比如内置于图像编辑应用程序中的那些软件，可以选择最接近的色域内近似，在处理中变换亮度、彩度甚至色相。Dan Margulis（著名色彩校正与照片复制专家）称，在图像操作的多个步骤之间使用假想色是很有用的。
图像处理软件将RGB模型转换为CMYK模型时，先转换为LAB模型，再由LAB模型转为CMYK模型，以减少转换过程中的损失。