1、1/48,图像处理,彭晓东,图像工程,第七章 彩色图像处理,2/48,第7章 彩色图象处理,7.1 彩色视觉和描述7.2 彩色模型 7.3 伪彩色增强7.4 真彩色处理,3/48,第7章 彩色图象处理,彩色图像比黑白和灰度图像包含更多信息。 人眼对彩色的分辨能力和敏感程度都要比灰度要强。（伪彩色处理：将灰度图像转化为彩色图像进行处理，以提高人眼对图像内容的观察效率。） 彩色图像对场景有更强的描述能力。,4/48,7.1 彩色视觉和描述,颜色知觉7.1.1 彩色视觉基础 7.1.2 三基色与色匹配7.1.3 色度图,5/48,7.1.1 彩色视觉基础,彩色和颜色 颜色可分为无彩色和有彩色两大类无
2、彩色指白色、黑色和各种深浅程度不同的灰色能够同样吸收所有波长光的表面看起来是灰色的，反射的光多显浅灰色，反射的光少显深灰色（黑色时，入射光的反射量小于10%）以白色为一端，通过一系列从浅到深排列的各种灰色，到达另一端的黑色，这些灰色可以组成一个黑白系列 ！彩色指除去上述黑白系列以外的各种颜色 ！通常所说的颜色一般多指彩色,6/48,7.1.2 三基色与色匹配,三种基本色(三基色/三原色)：红（R，red）： 700 nm绿（G，green）：546.1 nm蓝（B，blue）： 435.8 nm三种补色：品红（M，magenta，即红加蓝）蓝绿（C，cyan，即绿加蓝）黄（Y，yellow，即
3、红加绿）,7/48,7.1.2 三基色与色匹配,三原色 任意两色的混合不能生成第三色； 人眼所感受到的彩色可认为是三原色（RGB）的不同组合。 三原色不能组成所有的颜色。,8/48,7.1.2 三基色与色匹配,三种感受器：反应曲线：分布较宽，互相重叠,不同的频率响应曲线，较宽的曲线分布且重叠,9/48,7.1.2 三基色与色匹配,三色混合/匹配：相加配对（混合以得到白色和彩色）：C rR + gG + bBR，G，B：三原色r，g，b：比例系数，r + g + b = 1计算发光强度时，各个系数取值不同。适合于现代摄像机和显示器的CIE亮度公式为：0.2125R+0.7154G+0.0721B
4、,10/48,7.1.2 三基色与色匹配,仅相加不能得到相等的配对时，可将三原色之一加到被匹配颜色一方（或写成负值）：C rR + gG bBbB + C rR + gG,11/48,7.1.2 三基色与色匹配,国际照度委员会CIE设想的彩色R，G，B,可消除负值，产生各种颜色,12/48,彩色的三种基本特性量： 亮度: 辉度，与物体的反射率成正比 色调： 与光谱中光的波长相联系(主要颜色) 饱和度：与一定色调光的纯度有关色调和饱和度合起来称为色度彩色可用辉度和色度共同表示,7.1.3 色度图,13/48,7.1.3 色度图,CIE1931 标准色度观察者光谱三刺激值(简称“CIE1931标准
5、色度观察者”)XYZ与RGB关系：,14/48,7.1.3 色度图,设每种刺激量的比例系数为x，y，z，则有 C = xX + yY + zZ三个色系数（归一化）：,C表示某种色彩,15/48,7.1.3 色度图,色度图： (舌形图)借助于已归一化 的三个色系数x Xy Y z = 1 (x + y),红色系数,绿色系数,蓝色系数由里向外,16/48,7.1.3 色度图,在色度图中： (1) 每点都对应一种颜色 (2) 边界上的点代表纯颜色，中心点处纯度为零 (3) 连接任意两端点，其上的各点表示将这两端 点所代表的颜色相加可组成的一种颜色 (4) 过C点直线端点的两彩色为互补色 (5) 三角
6、形包含由三顶点可组成的彩色,图7.1.3,17/48,7.2 彩色模型,7.2.1 面向硬设备的彩色模型 诸如彩色显示器或打印机之类的硬设备 (RGB模型，CMY模型)7.2.2 面向视觉感知的彩色模型以彩色处理为目的的应用 (HSI模型，HSV模型),18/48,7.2.1 面向硬设备的彩色模型,RGB模型：建立在笛卡儿坐标系统里，其中三个轴分别为R，G，B，模型的空间是个正方体，原点对应黑色，离原点最远的顶点对应白色从黑到白的灰度值分布在从原点到离原点最远顶点间的连线上，而立方体内其余各点对应不同的颜色，可用从原点到该点的矢量表示,19/48,RGB模型：,7.2.1 面向硬设备的彩色模型
7、,20/48,CMY模型：主要用于彩色打印，这三种补色可分别由从白光中减去三种基色而得到从CMY到RGB的转换为,7.2.1 面向硬设备的彩色模型,红色与蓝绿色互补,绿色与品红互补,蓝色与黄色互补,21/48,I1，I2，I3模型：将彩色用RGB的不同组合来表达I1是最佳特征，I2是次佳特征变型,7.2.1 面向硬设备的彩色模型,22/48,归一化颜色模型：对观察方向、物体几何、照明方向和亮度变化具有不变性,7.2.1 面向硬设备的彩色模型,彩色电视模型，因不属于本课范畴，自学,23/48,7.2.2 面向视觉感知的彩色模型,主要的视觉感知彩色模型： HSI(hue,saturation,in
8、tensity) HCV(hue,chroma,value) HSV(hue,saturation,value) HSB(hue,saturation,brightness) La*b* 特点： 非线性 与视觉感知较接近 独立于显示设备,24/48,7.2.2 面向视觉感知的彩色模型,HSI模型：H 表示色调（hue）S 表示饱和度（saturation）I 表示密度（intensity，亮度和灰度） 两个基本特点：I 分量与图象的彩色信息无关H 和 S 分量与人感受颜色的方式 紧密相连（合称色度）,有利于以视觉感知的“方式”进行图像处理分析,25/48,HSI模型表示：,7.2.2 面向视觉
9、感知的彩色模型,26/48,7.2.2 面向视觉感知的彩色模型,从RGB转换到HSI：,P.169,27/48,7.2.2 面向视觉感知的彩色模型,从HSI转换到RGB： (1) 当H在0, 120之间：,28/48,7.2.2 面向视觉感知的彩色模型,从HSI转换到RGB： (2) 当H在120, 240之间：,29/48,7.2.2 面向视觉感知的彩色模型,从HSI转换到RGB： (3) 当H在240, 360之间：,30/48,7.2.2 面向视觉感知的彩色模型,由图7.2.4分析人物头发与外套颜色及各分量的表现,31/48,7.2.2 面向视觉感知的彩色模型,HSV模型一般用六棱锥（h
10、excone）来表示H同HSI模型,32/48,7.2.2 面向视觉感知的彩色模型,HSB(hue,saturation,brightness)模型 以对立色理论为基础 Brightness表示明度，是无色调响应 色调系数表示每个频率的色调响应与所有色调响应的比 饱和度系数表示每个频率的色调响应与所有无色响应的比,自找相关资料,33/48,7.2.2 面向视觉感知的彩色模型,L*a*b*颜色空间是由CIE(国际照明委员会)制定的一种色彩模式。 自然界中任何一点颜色都可以在L*a*b*空间中表达出来，它的色彩空间比RGB空间还要大。 该模式是以数字化方式来描述人的视觉感应， 与设备无关，所以它弥
11、补了RGB和CMYK模式必须依赖于设备色彩特性的不足 。 L*a*b*颜色空间取坐标L*a*b*，其中L亮度；a的正数代表红色，负端代表绿色；b的正数代表黄色， 负端代表兰色 (基于对立色理论和参考白点),34/48,7.2.2 面向视觉感知的彩色模型,三刺激量XYZ到L*a*b*的转换：,当,当,式中下标0表示对应的参考白色，对应图7.1.3中的x=0.3217和y=0.3290,相当于CIE标准D65照明条件下的完全漫反射,35/48,7.2.2 面向视觉感知的彩色模型,L*a*b*模型特点： 覆盖了全部的可见光色谱 与设备无关 强调对绿色的表示（依次为红色与蓝色） 需要转到其它彩色空间进
12、行显示,36/48,7.3 伪彩色增强,原因人眼对颜色比对灰度有较大的分辨能力对灰度：几十对彩色：几千 彩色增强分类(1) 伪彩色增强方法(2) 真彩色增强方法,37/48,7.3 伪彩色增强,特点对原来灰度图象中不同灰度值的区域赋予不同的颜色以更明显地区分他们不同灰度区域 赋予不同颜色 典型方法(1) 亮度切割(2) 利用变换函数(3) 频域滤波,“伪”,38/48,7.3 伪彩色增强,(1) 亮度切割将图象看作2-D亮度函数用1个平行于图象坐标平面的平面去切割图象亮度函数，从而把亮度函数分成2个灰度值区间,39/48,7.3 伪彩色增强,(2) 从灰度到彩色的变换（映射）利用（点点）幅度变
13、换函数对灰度值用3个独立变换来处理不同范围的灰度值由不同颜色增强,40/48,7.3 伪彩色增强,(2) 从灰度到彩色的变换将3个变换的结果分别输入3个电子枪可看作亮度切割的推广,41/48,7.3 伪彩色增强,(3) 频域滤波对原来灰度图象中的不同频率分量（可分别借助低通，带通/带阻，高通滤波器获得）赋予不同的颜色,42/48,7.4 真彩色处理,7.4.1 处理策略 7.4.2 单分量变换增强 7.4.3 全彩色增强,43/48,7.4.1 处理策略,两种处理策略(1) 将一幅彩色图象看作三幅分量图象的 组合体，先分别单独处理，再将结果合成(2) 将一幅彩色图象中的每个象素看作具 有三个属
14、性值，即属性现在为一个矢量，利 用对矢量的表达方法进行处理,44/48,7.4.2 单分量变换增强,变换增强对单分量进行增强 (1) 将R，G，B分量图转化为H，S，I分量图(2) 利用对灰度图增强的方法增强其中的 某个分量图(3) 再将结果转换为R，G，B分量图,45/48,7.4.2 单分量变换增强,亮度增强 饱和度增强 色调增强只需对亮度变换不改变原图的彩色内容，但增强后的图看起来还可能会有些色感不同,46/48,7.4.3 全彩色增强,单分量变换增强总会产生整体彩色感知的变化，且不易控制。所以，有时在增强中要考虑彩色的所有分量。,47/48,彩色切割自然图象中对应同一个物体或物体部分的象 素的颜色在彩色空间中应该是聚集在一起的在彩色空间将与需增强部分对应的聚类确定 出来并进行增强增强mR dR/2 : mR + dR/2,7.4.3 全彩色增强,48/48,彩色滤波为保证不偏色，需对各个分量同时处理 邻域平均/低通滤波,7.4.3 全彩色增强,49/48,本章结束,
