RAW、RGB、YUV 图像格式区别

本文介绍了RAW图像的原始信息、RGB色彩空间的数字化表示及其在数字化设备中的应用,以及YUV色彩编码的优势与分类。重点讨论了YUV在压缩效率和黑白电视兼容性上的优点,以及RGB在彩色设备中的核心地位和不同采样、排列方式的细节。

前言

颜色是人的视觉系统对光谱中可见区域的感知效果,它仅存在于人的眼睛和大脑中。为了准确地描述颜色,必须引入色彩空间的概念。正如几何上用坐标空间来描述坐标集合,色彩空间用数学方式来描述颜色集合。

1 RAW

RAW 图像就是图像感应器将捕捉到的光源信号转化为数字信号的原始数据,是无损的,包含了物体原始的颜色信息等。RAW 数据格式一般采用的是 Bayer 排列方式,通过滤波光片,产生彩色滤波阵列(CFA),鉴于人眼对绿色波段的色彩比较敏感,Bayer 数据格式中包含了50%的绿色信息,以及各25%的红色和蓝色信息。
Bayer 排列格式有以下4种:

  1. | R | G |
    | G | B |
  2. | B | G |
    | G | R |
  3. | G | R |
    | B | G |
  4. | G | B |
    | R | G |

2 RGB

在数字化的时代,需要一种标准来量化自然界的各种颜色。RGB 就是一种在数字化领域表示颜色的标准,也称作一种色彩空间,通过用三原色 R、G、B 的不同的亮度值组合来表示某一种具体的颜色。注意,RGB 里面存的是颜色的亮度值,而不是色度值。
在 windows 的绘图板中,我们就可以通过调试三原色不同的比例得到不同的颜色。
RGB
RGB 常用的数据格式有 RGB888,RGB565,RGB555 这几种。

3 YUV

YUV 是一种色彩编码方法,Y 表示明亮度(Luma),就是灰度图。U 和 V 分别对应 Cb(蓝色色度分量) 和 Cr(红色色度分量),代表色度(Choma),作用是描述影像色彩及饱和

### 定义与区别 #### RAW 图像格式 RAW 是一种未经处理的图像格式,通常由图像传感器直接输出。它保存了传感器捕捉到的原始数据,每个像素点只包含单一颜色的信息(通常是红、绿或蓝中的一种),因此不能直接显示完整的彩色图像。RAW 数据需要经过图像信号处理器(ISP)进行插值计算,将每个像素点转换为完整的 RGB 值[^2]。 例如,常见的拜耳滤色镜(Bayer filter)排列方式是 RGGB,其中每个 2x2 的像素块包含两个绿色、一个红色一个蓝色像素。通过插值算法可以恢复出完整的 RGB 图像。 #### RGB 图像格式 RGB 是一种基于三原色(红、绿、蓝)的颜色表示方法。在数字图像中,每个像素由三个通道组成,分别对应红、绿、蓝三种颜色的强度值。最常见的格式如 RGB888 使用 24 位来表示每个像素,每个颜色通道占 8 位,能够表示约 1677 万种颜色[^3]。 #### YUV 图像格式 YUV 是一种色彩编码方法,其中 **Y** 表示明亮度(Luma),即灰度信息;**U** **V** 分别表示色度(Chroma),用于描述影像的色彩及饱度。具体来说,**U = Cb**(蓝色差分量),**V = Cr**(红色差分量)。YUV 格式的优势在于它可以分离亮度色度信息,便于压缩传输[^1]。 常见的 YUV 格式包括: - **YUV444**:每个像素都有独立的 Y、U、V 分量。 - **YUV422**:每两个像素共享一组 U、V 分量。 - **YUV420**:每四个像素共享一组 U、V 分量。 #### 区别分析 - **数据来源**: - RAW 数据来自图像传感器,未经过处理,需要 ISP 处理后才能生成 RGBYUV 图像[^2]。 - RGB YUV 都是经过处理后的图像格式,可以直接用于显示或进一步处理。 - **存储效率**: - RGB 格式通常占用较多存储空间,因为它为每个像素保留完整的三通道信息。 - YUV 格式通过降低色度分量的采样率(如 YUV420)来减少数据量,适合视频压缩传输。 - **应用场景**: - RAW 格式常用于专业摄影图像后期处理,因为它保留了最多的原始细节。 - RGB 格式广泛应用于显示器、网页设计等领域。 - YUV 格式则常见于视频编解码、电视广播系统中,因为它更符合人眼对亮度敏感而对色度不那么敏感的特点。 - **转换关系**: - RAW 数据需经过 ISP 流程(如去马赛克、白平衡、伽马校正等)后才能转换为 RGB。 - RGB 可以通过线性变换转换为 YUV,公式如下: ```python Y = 0.299 * R + 0.587 * G + 0.114 * B U = -0.147 * R - 0.289 * G + 0.436 * B V = 0.615 * R - 0.515 * G - 0.100 * B ``` ###
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