人们根据人眼对光线的感觉定义了色彩。可见光线的波长在400nm~760nm之间。然而我们所定义的色彩，并不能通用于自然界其它物种。人具有三色觉，源自人眼的视锥细胞对光谱感知的类别可以分为红、绿、蓝这3类主视锥细胞。自然界，哺乳类中除去最接近人类的灵长类，一般只具有二色觉，像猫、狗都只有两色觉。蜂蜜和大黄蜂有三色视觉，但它们的敏感色不是红色，而是紫外线。而有的物种具有4个，甚至更多的色觉，像鸟通常有4色觉，蝴蝶有6色觉。不仅如此，不同的人对色彩的感知也不尽相同，也许某人的可见谱区与通常定义的红外谱区有交集。因此红、绿、蓝的定义是在基于大量的实验统计的基础上得出的。红、绿、蓝称为三原色，CIE关于主原色的特定波长定义：红=700nm，绿=546.1nm，蓝=435.8nm。

需要特别提到的是，原色不同于主原色波长定义这么泾渭分明，人的三类主视锥细胞对三原色的感知是连续的、渐变的，交叉的。如下图:

在波长550nm到600nm之间的区域，人的感觉是黄色，以人们通常对于RGB三种颜色的认知来说，会认为黄色是由R和G混合而成的，其实不然，红与绿混合成的黄色，但这两主原色特定波长的光组合是不会是550nm到600nm的，因为线性叠加，谱线不会平移。两原色混叠而成的纯色称为2次色。自然界中的色彩（包括纯色盒亮度的信息）可以由（人所认为的）三原色通过线性组合放式 获得，但这并不是能混合成各种颜色谱线的光线。为什么？这么奇怪的事，该怪我们的只有三类主视锥细胞，人脑就只能这么判断了，当相同强度的绿色加红色的光 和代表黄色波长的光对我们的视锥细胞的刺激差不多时，红绿混叠的光的颜色就被判断成黄色了。那红色有了，绿色有了，蓝色有了，而且感觉差不多，好了因该是 什么都有了，于是“我”决定它是白色。白光被认为具有所有谱线，所以人脑的这个判断还是合情合理的。这是简单的可怕，还是进化的伟大？

    下图是以uint8表达的RGB色彩空间，0xff对应上文中的“1”，RGB线性组合，那么该空间就可以表示2^24即16M种颜色。

上面提到了RGB的概念，RGB是常采用的色彩模型之一，按照上文提到的二次色原理，利用眼睛和人脑颜色判断的局限，通过这种“欺骗”手段建立了色彩模型。另一种常见的模型是CMY（Cyan,Magenta,yellow）青色、品红、黄色、这三种颜色称之为三基色，分别为红，绿，蓝的补色(W-R,W-G,W-B）。有：

                  [R G B]=[1 1 1]-[C M Y]

当[C Y M]=[1 1 1]时，[R G B]=[0 0 0]也就是黑色（白光强度为0）。 有的时候有提到的CMYK，是指CMY模型除去三基色外加进黑色，是针对彩色打印机提出的（纯黑色从打印技术上说不太方便直接由三基色等量混合产生，一般混合成的黑色较灰，而且这么做也挺浪费）。

RGB       ValueShort Name        Long Name

[0 1 1]            c                 cyan

[1 1 0]            y                 yellow

[1 0 1]            m                magenta

[1 0 0]            r                  red

[0 1 0]            g                 green

[0 0 1]            b                  blue

[1 1 1]            w                 white

[0 0 0]            k                  black

RGB模型从人视觉的原理上来说，非常的匹配。然而如果我们不从色彩感知原理来讨论，而是直接地问这是什么颜色？用RGB色彩模型就不好回答了，我们知道RGB各个分量，却不能直接观的回答出它是什么颜色的。于是从人的直观感觉上提出了色彩模型HIS（hue saturation intensity），H定义的是色调，对于非混叠而成的颜色的纯色来说还代表了它的波长；S表示纯色的深浅，也可以反过来看，认为是被亮度I所稀释的程度，它被称为饱和度；亮度I，表示光的强度，图像处理中称该信息为“灰度”，它是人的主观感觉的描述子。HSI模型符合人对色彩的直观感觉，因此利用这个模型来处理图像，可以很方便的取得与直观相符的预期效果。

RGB彩色空间至HSI彩色空间是立方体到柱体的投影。如下图（from wikipedia）所示。

HIS与RGB空间的变换，如下图：

当RGB空间矢量P ={R,G,B}，它到平面γ：R+G+B=0的投影矢量 S={si,sj,sk}，S与矢量r ={1,0,0}到平面γ投影矢量的夹角（顺时针）定为HIS彩色空间中的H。

P ={R,G,,B}；平面γ的单位法向量N ={3^-0.5, 3^-0.5, 3^-0.5}；得出：

当G≥B时H =θ，G＜B时H =2pi-θ；

有时也可以表示为：；当min(R,G,B)=R时，H=pi+θ；其它情况时，H =θ或H =θ+2pi (θ<0)。

如下：

 点矢量P’ 为矢量P ={R,G,,B}到平面γ的投影，在平面γ上建立直角坐标系（U,V），U的方向同矢量R ：r ={1,0,0}到平面γ的投影化为单位矢：U ={0.8165,-0.4082,-0.4082}。

那么V的方向为：

化为单位矢：V ={0,0.7071,-0.7071}那么矢量P’= { 2/3*R-1/3*G-1/3*B ,2/3*G-1/3*R-1/3*B, 2/3*B-1/3*R-1/3*G}；则P’可以表示为：P’ = (P’ ,U)U+(P’,V)V

则 。     

Field       Max      Min

  1         red      blue

  2         green    blue

  3         green    red

  4         blue     red

  5         blue     green

6         red      green

H转过pi/6：

H转过pi/3：

H转过2*pi/3：

旋转，色调的规律如上面3式子，例如在旋转2*pi/3的弧度后，RGB三个分量在表达式中刚好B与R交换位置。

HSI中I =(R+B+G)/3; M = max(R,G,B);m = min(R,G,B); 即，若H在[0,2pi/3]，则m = B；H在[2pi/3，4pi/3]，则m =R；H在[4pi/3,2pi]，则m = G；S = 1-m/I; I、S在取值区间[0,1]，而H为[0,2pi]区间的的弧度。

HSV中，V = M，C = M-m，S = 1-m/M =C/V，H与HSI中表达式相同。

HSL中，L = (M+m)/2 ，S = (M-m)/(1-|2L-1|)，H与HSI中表达式相同。

有时H的表达式也有下面的形式（from wikipedia）：

两种定义形式，只有在pi/6的整数倍时值相同。两种形式区别在于弧度分割方式。因此，其实只要保证分割方式不是独立于3原色RGB，亦可以认为是某种H的定义，同样的只要空间变换的其余分量与H可以构成三维基坐标系，并且逆变换存在且唯一，这种变换就是可行的。

色调分为3600份每份表示0.1°，浓度“1”（HSI、HSV、HSL），亮度恒定

在相同的亮度下，人眼应该对绿色更为敏感，我感觉绿色最亮。

色调分为3600份每份表示0.1°，浓度“1”（HSI、HSV、HSL），M=“1”