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颜色空间是颜色集合的数学表示。颜色空间的表示方法有很多，最常用的颜色模型有：RGB、CMYK、YIQ、YUV、YCbCr、HSI、HSV。
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RGB颜色空间是最常用的一种颜色表示方法，任何一种颜色都可以利用红（Red）、绿（Green）和蓝（Blue）三种颜色混合而成，公式如下。
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其中，C表示任何一种颜色，a、b、c是系数，需满足a, b, c均大于0且a+b+c=1。
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在计算机系统中，通常利用1字节的整数表示RGB所占的系数分量，常见的一些颜色系数分量如下表所示。
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RGB颜色空间主用应用于彩色显示器、计算机图形学等领域。CRT显示器利用RGB三种颜色的电子枪投射到屏幕上形成彩色图像。LCD显示器的每个单元格前面都有RGB三个过滤器，当光线通过单元格时就可以在屏幕上显示出彩色图像。另外，在计算机图形学中，RGB颜色空间可以简化系统的构架与设计，所以通常被采用。
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CMY分别是指青色（Cyan）、洋红色（Magenta）、黄色（Yellow），这三种颜色分别是RGB三种颜色的互补色，即如果两种颜色混合后形成中性的灰黑色，则这两种色彩为互补色。
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CMYK颜色空间主要用于印刷，也称印刷色彩模式。从理论上来说，印刷只需要CMY三种油墨就足够了，它们加在一起就能得到黑色，但是由于目前的制造工艺还不能制造出高纯度的油墨，CMY相加的实际结果是暗红色，因此还需要加入一种专门的黑墨（Black）进行调和。
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CMYK和RGB相比有一个很大的不同：RGB模式是一种发光的色彩模式，在黑暗的房间内仍然可以看见屏幕上的内容，这是因为屏幕本身可以发光；CMYK是一种依靠反光的色彩模式，CMYK颜色模式的基础并不是增加光线，而是减去光线。人们是怎样阅读报纸的呢？这是由于阳光或灯光照射到报纸上再反射到人们的眼中，因此人们才能看到内容，它需要外界光源，而在黑暗的房间内人们是无法阅读报纸的。所以RGB又称加色模型，而CMYK则称为减色模型。
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发明电视以后，为了更有效地压缩图像的数据量以充分利用传输通道的带宽或节省存储空间，人们开发了许多颜色空间，如模拟PAL和SECAM彩色电视制式采用的YUV颜色空间，NTSC彩色电视制式采用的YIQ颜色空间，数字电视系统采用的YCrCb颜色空间。这些颜色空间都需要把用RGB颜色空间表示的电视图像转换成用其他颜色空间表示的图像。
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在YUV颜色空间中，Y表示亮度，也就是灰度值，U和V表示色差。亮度是通过RGB输入信号建立的，方法是将RGB信号的特定部分叠加到一起。色差信号的作用是描述影像色彩及饱和度，用于指定像素的颜色。
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YIQ颜色空间的参数值与YUV相似，Y表示明亮度，I和Q表示色差。所不同的是，Q、I正交坐标轴与U、V正交坐标轴之间有33°的夹角。
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YCrCb是从YUV颜色空间派生的一个颜色空间，主要用于数字电视系统。其中，Y仍表示明亮度，Cr反映了RGB输入信号的红色部分与RGB信号亮度值之间的差异，Cb反映的是RGB输入信号蓝色部分与RGB信号亮度值之间的差异。
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电视系统所采用的颜色空间的主要优点有两个：一是亮度信号和色度信号相互独立，即Y信号分量构成的黑白灰度图与用U、V信号（以YUV颜色空间为例）构成的两幅单色图是相互独立的，这就使得人们可以对YUV三个信号分别进行编码，也使得彩色电视信号和黑白电视信号可以相互兼容；二是可以利用人眼的特性降低数字彩色图像所需要的存储容量，由于人眼对色彩细节的分辨能力远比对亮度细节的分辨能力低，所以可以把色彩分量的分辨率降低而不明显影响图像的质量。
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此类颜色空间是从人的视觉系统出发的，利用色调（hue）、颜色饱和度（saturation）和明亮度（intensity或value）描述色彩。色调是当人眼看到一种或多种波长的光时所产生的色彩感觉，它反映颜色的种类，是决定颜色的基本特征；饱和度是指颜色的纯度，即掺入白光的程度，表示颜色的深浅程度；明亮度是光作用于人眼所引起的明亮程度的感觉，它与被观察物体的发光强度有关，主要表现光的强和弱。
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HSI和HSV颜色空间的差异在于亮度分量（I或V）的计算方式。HSI颜色空间适合传统的图像处理函数，如卷积、均化、直方图等，可以通过处理亮度值实现这些操作，因为亮度I对R、G、B值的依赖程度是一样的。HSV颜色空间适合处理色度和饱和度，因为它可以使饱和度具有更大的动态取值范围。HSV使用单六角锥的颜色模型，HSI使用双六角锥的颜色模型。
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由于HSI和HSV颜色空间在设计及颜色感知和解释的方式上与人很接近，因此人们在手动指定颜色值时会经常使用它们，例如在图像设计软件Photoshop中。
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RGB颜色模型采用物理三基色，其物理意义非常清楚，但它是一种与设备相关的颜色模型，即每一种设备（包括人眼、扫描仪、监视器和打印机等）使用RGB模型时都有不太相同的定义，这就造成这些设备之间的颜色不能相互通用。
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为了从基色出发定义一种与设备无关的颜色模型，1931年9月，国际照明委员会（Commission Internationale de L'Eclairage, CIE）在英国召开了具有历史意义的大会。CIE的颜色科学家在RGB模型的基础上创建了一个新的颜色系统——CIE XYZ。在CIE XYZ色彩空间中，三刺激值并不是真正的红色、绿色和蓝色，而是从红色、绿色和蓝色导出来的参数，近似对应于红色、绿色和蓝色。CIE 1931色度图如下图所示，横坐标表示红色分量，纵坐标表示绿色分量。环绕在颜色空间边沿的颜色是光谱色，边界代表光谱色的最大饱和度，边界上的数字表示光谱色的波长，其轮廓包含所有的感知色调。所有单色光都位于舌形曲线上，这条曲线就是单色轨迹，曲线旁标注的数字是单色（或称光谱色）光的波长值；自然界中各种实际颜色都位于这条闭合曲线内；RGB系统中选用的物理三基色也在色度图的舌形曲线上。
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1976年，CIE又召开了一次具有重要意义的会议，在该会议上规定了两种颜色空间：一种是用于自照明的颜色空间，称为CIE LUV；另一种是用于非自照明的颜色空间，称为CIE 1976L*a*b*，或称CIE LAB。CIE LUV是由CIE XYZ空间简单变换得到的，具有视觉统一性。CIE LAB系统使用的坐标称为对色坐标（opponent color coordinate），如下图所示。CIE LAB使用b*、a*和L*坐标轴定义CIE颜色空间，其中L*代表光亮度，其值为0（黑色）～100（白色），b*和a*代表色度坐标，其中a*代表红-绿轴，b*代表黄-蓝轴，它们的值为0～10。a*=b*=0表示无色，因此L*代表从黑到白的比例系数。
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对颜色空间进行相互转换的主要目的有两个：一是适应不同类型设备的要求，如将其他模型转换成RGB用以显示，或转换成CMYK用以印刷等；二是充分利用颜色空间各自的特性进行彩色图像数据的有效压缩，如前面提到的，可以利用人眼对色彩细节的分辨能力远比对亮度细节的分辨能力低的特性，将RGB转换成YUV后就可以利用YUV的特性降低数据量了。
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从理论上来讲，任何不同的颜色空间都可以相互转换，这里略举几个例子说明问题。
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图像是指拍摄、绘制或印刷的影像，图像处理可以将现有的图像变成一幅新的、更好的图像以满足使用要求。图像也称位图、光栅图，由像素组成，图像中的像素是一个个小方块，也称像素点，其位置和颜色值决定了一幅图像的外观。将位图图像放大到一定比例后便可看到很多方形的色块，它们就是像素，同时图像也会变得模糊，并产生锯齿。
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图像的表现力强，层次和色彩丰富，适合表达丰富多彩的自然景观。图像有以下特点。
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①占用空间大。组成位图图像的每个像素值都需要保存，在存储高分辨率彩色图像时，其所占硬盘空间、内存都比较大。
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②缩放会失真。一幅图像在成像后，其像素数量是固定的，单位尺寸内的像素数量越多，图像越清晰、越逼真，图像效果也越好。在图像处理过程中增加或减少像素都会导致失真，放大时图像会模糊、出现锯齿；缩小时图像会丢失细节。
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③位图图像在色彩上的表现优于矢量图形，尤其是在阴影过渡、色彩的细节方面效果更好。
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现实生活中的图像是在空间和色彩上均连续的二维景象，所以图像的数字化不仅要在空间上将二维图像离散化，在色彩上也要将其离散化。图像的数字化过程和声音的数字化过程一样，也要经过取样、量化和编码三步。
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目前，图像的数字化途径主要有两类：一类是利用扫描设备对各类图像资料进行扫描，通过扫描仪实现数字化；另一类是通过数码相机直接对景物进行拍摄，数码相机可以直接将拍摄到的景物数字化。不论采用哪种途径，数字化过程大体都分为采样、量化和编码三步。下图演示了灰度图像的数字化过程。
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①采样。图像是一种二维信号，需要变为一维信号后再进行采样，先沿垂直方向按一定间隔从上向下顺序地沿水平方向直线扫描，取出各水平行上的一维扫描线，再对该一维扫描线信号按一定间隔采样得到离散信号。采样后，一副图像的像素数目也称图像的分辨率，图像分辨率一般用水平方向的像素个数M乘以垂直方向的像素个数N表示，即M×N。
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②量化。经过采样，模拟图像已在空间上离散化为像素，但所得的像素值（即颜色值或灰度值）仍是连续量，把取样后所得的这些连续量表示的像素值离散化为整数值的过程称为量化。量化时所确定的离散取值个数称为量化级数，表示量化的亮度值（或色彩值）所需的二进制位数称为量化字长，也称图像深度。上图所采用的量化级数为16，量化深度为4。量化字长越长，就越能真实反映图像的原有效果。
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③编码。把离散的像素矩阵按一定方式编制成二进制编码组，所得到的图像数据按某种图像格式记录在图像文件中称为图像的编码。
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PSD格式是Photoshop的专用格式，能保存图像数据的每一个细小部分，包括像素信息、图层信息、通道信息、蒙版信息、色彩模式信息，所以PSD格式的文件较大。而其中的一些内容在转存为其他格式时将会丢失，并且在存储为其他格式的文件时，有时会合并图像中的各图层及附加的蒙版信息，当再次编辑时会产生不少麻烦。因此，最好在备份一个PSD格式的文件后再进行格式转换。
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TIFF格式是一种通用的图像文件格式，是除PSD格式外唯一能存储多个通道的文件格式。几乎所有的扫描仪和多数图像软件都支持该格式。该种格式支持RGB、CMYK、Lab和灰度等色彩模式，包含非压缩方式和LZW压缩方式。
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JPEG格式也是比较常用的图像格式，压缩比例可大可小，被大多数的图形处理软件所支持。JPEG格式的图像还被广泛应用于网页制作。该格式还支持CMYK、RGB和灰度色彩模式，但不支持Alpha通道。
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BMP格式是标准的Windows及OS/2的图像文件格式，是Photoshop中最常用的位图格式。此格式在保存文件时几乎不用压缩，因此它的文件体积较大，占用的磁盘空间也较大。此格式支持RGB、灰度、索引、位图等色彩模式，但不支持Alpha通道，它是Windows环境下最不容易出错的文件保存格式。
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GIF格式是由Compuserve公司开发的，能保存背景透明化的图像形式，但只能处理256种色彩，常用于网络传输，其传输速度要比其他格式的文件快得多，并且可以将多张图像存储为一个文件并形成动画效果。
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PNG格式是CompuServe公司开发的格式，广泛应用于网络图像的编辑。它不同于GIF格式图像，除了能保存256种色彩，还可以保存24位的真彩色图像，具有支持透明背景和消除锯齿边缘的功能，可在不失真的情况下通过压缩保存图像。在不久的将来，PNG格式将会成为网页使用的一种标准图像格式。
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PNG格式文件在RGB和灰度模式下支持Alpha通道，但是在索引颜色和位图模式下不支持Alpha通道。
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EPS格式为压缩的PostScript格式，可用于绘图或者排版，它的最大优点是可以在排版软件中以低分辨率预览，在打印或者出胶片时以高分辨率输出，可以达到效果和图像输出质量两不耽误。EPS格式支持Photoshop里所有的颜色模式，在位图模式下还可以支持透明，并可以用来存储点阵图和向量图形，但不支持Alpha通道。
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PDF格式是Adobe公司开发的一种电子出版软件的文档格式。文件是由Adobe Acrobat软件生成的文件格式，该格式文件可以存储多页信息，包含图形、文档的查找和导航功能。因此在使用该软件时不需要排版就可以获得图文混排的版面。由于该格式支持超文本链接，所以是网络下载中经常使用的文件格式。
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人们手掌及手指、脚、脚趾内侧表面的皮肤凸凹不平，其产生的纹路会形成各种各样的图案。这些纹路的存在增加了皮肤表面的摩擦力，使得人们能够用手抓起重物。人们也注意到，包括指纹在内的这些皮肤纹路在图案、断点和交叉点上各不相同，也就是说，它们是唯一的。依靠这种唯一性，人们就可以把一个人同他的指纹对应起来，通过比较他的指纹和预先保存的指纹就可以验证他的真实身份。这种依靠人体的身体特征进行身份验证的技术称为生物识别技术，指纹识别是生物识别技术中的一种。
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文字图像分割的目的是根据文字图像特征中的视线文字图像区域的定位和分割将真正的文字图形分割出来，以便后续进行识别。识别与处理部分的功能是将已分割出的文字图形信息加以区分，去除信号中的污点、空白等噪声，增强文字图像的信息，并根据一定的准则去除一些非本质信号，以区分、去除信号中的污点、空白等噪声，增强文字图像的信息。在规范化的信号中抽取反映字符本身的有用信息，供识别部分进行识别。特征提取的内容是比较多的，可以是几何特征，如文字线条的端点、折点和交点等。识别判断部分则是根据抽取的特征，运用一定的识别原理，对文字进行分类并确定其属性，达到识别的目的，实际上判断部分就是一个分离器。
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图形是指能在人的视觉系统中产生视觉印象的客观对象，它包括人眼观察到的自然景物、拍摄到的图片、绘图工具得到的工程图、用数学方法描述的图像等。图形是客观对象的一种抽象表示，它带有形状和颜色信息。构成图形的要素有几何要素（刻画对象轮廓形状的点、线、面、体等）和非几何要素（刻画对象表面属性或材质的颜色、灰度等）。图形可用形状参数和属性参数表示，即参数表示法；也可用带有灰度或色彩的点阵图表示，简称像素图、图像（数字图像），即点阵表示法。
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图形是计算机图形学（Computer Graphics, CG）研究的对象。ISO给计算机图形学的定义为：研究用计算机进行数据和图形之间相互转换的方法和技术。还有定义为：计算机图形学是运用计算机描述、输入、表示、存储、处理（检索／变换／图形运算）、显示、输出图形的一门学科。计算机图形技术主要研究如何在计算机中表示图形，以及利用计算机进行图形的计算、处理和显示的相关原理和算法，其核心是将客观世界对象以图形的形式在计算机内表示出来，主要包括模型生成和图形显示，如下图所示。模型生成是获取、存储和管理客观世界物体的计算机模型，以在计算机上建立客观世界的模拟环境。图形显示是生成、处理和操纵客观世界物体模型的可视化结果，以在输出设备上呈现客观世界物体的图像。
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计算机图形技术所涉及的研究内容非常广泛，如图形硬件、图形标准、图形交互技术、光栅图形生成算法、曲线曲面造型、实体造型、真实感图形计算与显示算法、风格化绘制、科学计算可视化、计算机动画、自然景物仿真、虚拟现实等。
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TIF格式是平面设计中最常用的一种图形格式，因为其属于跨平台的格式，而且支持CMYK色，所以经常被用于印刷输出的场合。此外还有一个特色就是其支持LZW压缩，即不失真压缩，也就是说不管如何压缩，图档的品质都还能保持原来的水准。
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TGA图形格式的最大特点就是可以制作出不规则形状的图档，一般图档都为四方形，若需要圆形、菱形甚至镂空的图档时，TGA格式可能就会派上用场了。TGA格式同样支持压缩，也属于不失真压缩。
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PSD格式是Photoshop专用的图形文件格式，该格式包含图形中的色层、遮罩、色频、选取区等Photoshop可以处理的属性，这样全方位的存储如果运用得当，几乎可以将创作的过程完整地记录，以便日后的修改。
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UFO格式是另一个著名制图软件Ulead Photoimapct的专用图形格式，其是致力于追赶Adobe的有力科技，同样也发展出了与PSD格式类似的图档格式，能够完整记录所有处理过的属性，不过在记录原理上却有些不同，UFO以物件代替图层，这一点并无大碍，因为Photoimapct与Photoshop本身就有很多的不同之处。
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RIF是著名制图软件Painter的专用图形格式，处理方式和前面两种大同小异，都可以存储相当多的属性资料。另外，Painter可以打开PSD文件，而且经过Painter处理的PSD文件可以在Photoshop中通用，这样就可以使同一文件在Photoshop和Painter中交换使用了。
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CDR是著名制图软件CorelDRAW的专用图形格式，由于CorelDRAW是向量软件，所以CDR可以记录的资料可以说是千奇百怪，各物件的属性、位置、分页通通可以存储，以便日后修改。在兼容度上，目前基本没有其他软件可以打开CDR文件，这是向量软件的通病。
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EPS是印刷时经常用到的格式，向量图可以转换成EPS格式，点阵图也可以转成EPS格式。EPS文件可以同时存储点阵以及向量，故专门用于印前操作，如排版等，所以一般在印刷时都使用EPS文件。
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图形处理技术的范围很广，这里以真实感图形绘制和非真实感图形绘制为例简单介绍图形处理技术。
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真实感图形绘制是指借助数学、物理、计算机等学科知识使用计算机生成三维场景中真实逼真的图形、图像的过程。真实感图像绘制主要包括两个方面：表面特性的精确表示和场景中光照效果的物理描述。真实感图形绘制的应用非常广泛，例如计算机动画制作、影视特效仿真、计算机游戏、多媒体教育和虚拟现实等。真实感图形绘制所涉及的技术主要有消隐技术、表面细节绘制技术、纹理贴图技术、高级光照与着色技术等。
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非真实感图形绘制是指利用计算机生成不具有照片般真实感而具有手绘风格的图形的技术，其目标不在于表现图形的真实性，而是在于表现图形的艺术特质、模拟艺术作品（甚至包括作品中的缺陷）或作为真实感图形的有效补充。非真实感图形绘制的应用领域也非常广泛，其中一个重要的应用领域就是对绘画进行模拟，主要模拟的画种有油画、水彩画、钢笔画、铅笔画、水墨画和卡通动画。非真实感图形绘制所涉及的技术主要有基于像素的绘制，基于线条、曲线和笔画的绘制，模拟绘画绘制等。
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如下图所示，树和天空是采用真实感图形绘制技术绘制出来的，国画是采用非真实感图形绘制技术绘制出来的。
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