HSI顏色模型

HSI〔Hue-Saturation-Intensity(Lightness),HSI或HSL〕顏色模型用H、S、I三參數描述顏色特性，其中H定義顏色的頻率，稱為色調；S表示顏色的深淺程度，稱為飽和度；I表示強度或亮度。

當人觀察一個彩色物體時，用色調、飽和度、亮度來描述物體的顏色。色調是描述純色的屬性(純黃色、橘黃或者紅色)；飽和度給出一種純色被白光稀釋的程度的度量；亮度是一個主觀的描述，實際上，它是不可以測量的，體現了無色的強度概念，並且是描述彩色感覺的關鍵參數。而強度(灰度)是單色圖像最有用的描述子，這個量是可以測量且很容易解釋。則將提出的這個模型稱作為HSI(色調、飽和度、強度)彩色模型，該模型可在彩色圖像中從攜帶的彩色信息(色調和飽和度)裏消去強度分量的影響，使得HSI模型成為開發基於彩色描述的圖像處理方法的良好工具，而這種彩色描述對人來説是自然而直觀的。

HSI模型是美國色彩學家孟塞爾(H.A.Munseu)於1915年提出的，它反映了人的視覺系統感知彩色的方式，以色調、飽和度和強度三種基本特徵量來感知顏色。 ^[1] 

色調⁃飽和度⁃強度（Hue⁃Saturation⁃Intensity，HSI）：

顏色模型從人的視覺系統出發，用H，S，I三個參數來描述色彩，它反映了人的視覺系統感知彩色的方式，這種彩色描述對人來説是直觀的、自然的。色調H 是描述純色的屬性（如紅色、黃色等）；飽和度S 表示的是一種純色被白光稀釋的程度的度量；強度I 是一個主觀的描述，是人對彩色感覺的關鍵參數，實際上它是不可能測量的。HSI模型可從彩色圖像中攜帶的彩色信息（色調和飽和度）裏消去強度分量的影響，因而使得該模型在開發基於彩色描述的圖像處理算法中非常有用。 ^[2] 

HSI模型的建立基於兩個重要的事實： ① I分量與圖像的彩色信息無關；② H和S分量與人感受顏色的方式是緊密相聯的。這些特點使得HSI模型非常適合彩色特性檢測與分析。

若將RGB單位立方體沿主對角線進行投影，可得到一個六邊形，這樣，原來沿主對角線的灰色都投影到中心白色點，而紅色點(1，0，0)則位於右邊的角上，綠色點(0，1，0)位於左上角，藍色點(0，0，1) 則位於左下角。

飽和度S是顏色空間任一點距I軸的距離。當然，若用圓表示RGB模型的投影，則HSI色度空間為雙圓錐3D表示。注意： 當強度I=0時，色調H、飽和度S無定義；當S=0時，色調H無定義。 ^[3] 

顏色模型大多都是面向硬件或是面向應用的，常見的顏色模型有CMY，CMYK，HSI，HSV，RGB，YUV，Lab等。 ^[2] 

描述彩色圖像的方法有很多種，但最通用的是面向硬件的顏色模型，即RGB模型，此時彩色圖像是用RGB 三種顏色表示的，各種強度的RGB 光混合在一起就會產生出各種各樣的色彩。這三種顏色被稱為顏色混合的三基色。顏色的數目是由RGB 分別對應的顏色通道的灰度級決定的。當RGB 的各個顏色通道為1 pixeI8 位數據，即用256 級灰度表示時，能夠處理

色的顏色。

描述景物的另外一種顏色模型為HSI 顏色模型，即用色調、飽和度、亮度來表示，它更符合人們描述和解釋顏色的方式。這種表示方法把顏色分成了如下三個特徵：第一個特徵是色調或色相H（Hue），可表示RGB 等各種顏色的種類；第二個特徵是用來表示明暗的，稱為明度或亮度I（ Intensity）；第三個特徵是用來表明顏色的鮮豔程度的，即飽和度或彩度S（ Saturation）。這三個特性稱為顏色的三個基本屬性。顏色的這三個基本屬性可以用一個理想化的雙錐體HSI 模型來表示，圖1顯示了圓形的雙錐體HSI 模型，其中上半部分沒有畫出來。雙錐體軸線代表非彩色系列，即與亮度座標重合。垂直於軸線的平面表示彩色三角形。色調和飽和度用極座標形式表示，即夾角表示色調，徑向距離表示在一定色調下的飽和度。 ^[4] 

彩色圖像可以採用RGB 或HSI 等顏色模型來描述，它們之間存在着嚴格的數學關係，可以相互轉換。實際應用時，應該根據需要選擇適當的顏色模型。

HSI 顏色模型中的H 分量是確定顏色的主要因素，當它發生變化時色調值也將變化；S 分量越大（接近1），顏色越純，S 分量越小（接近0），顏色越接近純灰色。由此可見，與RGB顏色模型相比，HSI 顏色模型比較符合人眼對景物顏色的感知。 ^[4] 

1.在處理彩色圖像時，可僅對I分量進行處理，結果不改變原圖像中的彩色種類；

2.HSI模型完全反映了人感知顏色的基本屬性，與人感知顏色的結果一一對應，因此，HSI模型被廣泛應用於人的視覺系統感知演的的圖像表示和處理系統中。