1、第六章 彩色图象处理,人眼对于彩色的观察和处理是一种生理 和心理现象，其机理还没有完全搞清楚，因而对于彩色的许多结论都是建立在实验基础之上的。 对彩色图像的处理是基于对其适当的描述方法。 全彩色处理和伪彩色处理,6.1 彩色基础,光学原理解释的色彩的形成,1666年牛顿发现白光的色谱顺序：红、橙、黄、绿、蓝、 紫6个区域,电磁波谱与光谱特性,电磁波谱：各种电磁波按波长排列成的图表 电磁辐射形成电磁波，电磁波的波谱范围很广 无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、射线和宇宙射线 可见光的波长从380nm780nm，不同波长呈现不同的颜色，太阳辐射电磁波波谱范围主要是可见光,2.可见光电磁波谱,光
2、谱是平滑混合变化的彩色，为了标准化1931年CIE (国照会)指定了三色波长：435.8nm(蓝)、546.1nm(绿)、700nm(红) 不同的物体对光的反射和吸收是不同的，如绿色物体反射光波波长500560nm 白天的不同时刻，照明的光谱是不同的。,如下图所示,可视光区的波长在400nm 700nm，当光谱采样限制到三个人类视觉系统敏感的红、绿、蓝光波段时，对这三个光谱带的光能量进行采样，就可以得到一幅彩色图像。,描述彩色光源质量的3个基本量,辐射率 从光源流出能量的总量，用瓦特（W）度量。 光强 给出了观察者从光源接收的能量总和的度量 ，流明度量。 亮度 一个主观描绘量。,红+蓝=品红（
3、深红） 红+绿=黄 绿+蓝=青,由原色合成二次色,加色法,颜料或色剂原色是青、品红、黄（CMY）用于彩色图像印刷行业等，它们的二次色是红、绿、蓝。,颜料或色剂原色是光原色减去或吸收光的一种原色并反射或传输另两种原色,减色法,C=G+B=W-R(减红原色） M=R+B=W-G(减绿原色） Y=R+G=W-B(减蓝原色）,在印刷行业，以色料减色法为基础的基本模型为CMY，但是目前生产不出理想品质的油墨，所以实用的模型是CMYK,其中K是黑色。,通常用以区别颜色特性，可以用它的三个要素表征：色调(Hue)，饱和度（Saturation)，亮度(Intensity).,色调：它表明颜色的种类，取决于主
4、波长； 饱和度：表示颜色浓淡的物理量。通常用混入白光量的比例来度量。 亮度（辉度）：人眼所感受到的颜色明暗程度的物理量。,色调(Hue)与饱和度一起称彩色，所以，颜色用亮度和彩色表征。,颜色的描述是通过建立彩色模型来实现的，不同的彩色模型对应于不同的处理目的。CIE（国际照明委员会）在进行大量的彩色测试实验的基础上提出了一系列的彩色模型用于对颜色进行描述。,各种不同的彩色模型之间可以通过数学方法互相转换。,XYZ三刺激值的概念是以色视觉的三元理论为根据的，它说明人眼具有接受三原色(红、绿、蓝)的接受器，而所有的彩色均被视作该三原色的混合色。1931 年CIE制定了一种假想的标准观察者，配色函数
5、设为,XYZ 三刺激值是利用这些标准观察者配色函数计算得来的。如图所示，x,y表示人类的可见彩色范围。,为标准化目的而定的三原色波长并不意味着RGB分量单独作用就能产生所有谱色。,3. 光源的光谱特性,1931年CIE(国照会)推荐4种国际标准光源 A光源：钨丝灯光谱 B光源：近似中午日光光谱 C光源：近似白昼平均照明，曾被定为彩电标准光源 D光源：更接近生活习惯的白昼平均照明，1960年规定作为彩电标准光源 E光源：等能光源, 无法直接产生, 但在光度测量中往往把测量数据折算成相应的E光源数据,6.2 彩色模型,对不同的应用目的，产生了为其提供最方便的几种彩色模型。,1 RGB 彩色模型,C
6、IE规定了以700nm(红)、546.1nm (绿)、435.8nm (蓝)三个色光为三基色。又称为物理三基色。,R:200,G:50,B:120,由于在印刷时CMY模型不可能产生真正的黑色，因此在印刷业中实际上使用的是CMYK彩色模型，K为第四种颜色，表示黑色：从CMY 到CMYK的转换：,青、品红、黄（CMY）彩色模型是彩色图象印刷行业使用的彩色空间，在彩色立方体中它们是红、绿、蓝的补色，称为减色基，而红、绿、蓝称为加色基。在CMY模型中，颜色是从白光中减去一定成分得到的。CMY坐标可以从RGB模型中得到：,2 CMYK彩色模型,这种彩色系统格式的设计反映了人类观察 彩色的方式。如：红色又
7、分为浅红和深红色等等。,3 HSI彩色模型,HSV(hue-saturation-value )/HSI,根据对颜色的物理属性的研究，一种彩色可以用它的三个要素表征：色调(Hue)，饱和度（Saturation)，亮度(Intensity).,H：表示色调，由角度表示。反映了该颜色最接近什么样的光谱波长。0o为红色，120o为绿色，240o为蓝色。,色度（H） 的效果示意图,S：表示饱和度，饱和度参数是色环的原点到彩色点的半径长度。 在环的外围圆周是纯的或称饱和的颜色，其饱和度值为1。在中心是中性（灰）色，即饱和度为0。,S,饱和度（S） 的效果示意图,I 表示光照强度或称为亮度，它确定了像素
8、的整体亮度，而不管其颜色是什么。,I: 小 大,黑,白,I,S,思考问题：在这个圆柱体上，红色的点顺（逆）时针旋转会变成什么样？上下移动呢？向圆心方向移动呢？,亮度(I)效果示意图,HSI与RGB色系的相互转换,（1） RGB到HSI的转换,（2） HSI到RGB的转换 1）,2）,3）,注意：300360之间为非可见光谱色，没有定义,HIS 分量图像处理,饱和度效果示意图,色度效果示意图,亮度效果示意图,YUV电视信号表色系,在这种表色系统中Y：亮度；U，V：色差信号目的是为了可以与黑白电视兼容。电视信号在发射时，转换成YUV形式，接收时再还原成RGB三基色信号，由显像管显示。,YUV与RG
9、B色系的转换,1. RGB到YUV的转换,2. YUV到RGB的转换,特点： 这两个色系的转换非常简单，所以可满足转换的快速性要求。,YCbCr表色系,这是常用于彩色图像压缩时的一种表色系。Y: 代表亮度；Cb、Cr： 代表色差。,与YUV表色系统不同的是它充分考虑了色彩组成时RGB三色的重要因素。YUV考虑的是色系转换的简单； YCbCr考虑的是压缩时可以充分取出冗余量。,YCbCr与RGB表色系的转换,1. RGB到YCbCr的转换,2. YCbCr到RGB的转换,RGB到YIQ/YUV/YCbCr,PAL,NTSC,YUV的离散形式,基于色差压缩的效果图,6.3 伪彩色处理,灰度级255
10、为一种颜色，其他为另一种颜色,单色图像组合成一幅彩色图像,多幅单色图像组合成一幅彩色组合图像,6.4 全彩色图像处理基础,6.5 彩色变换,6.5.1 公式,6.5.2 补色,6.5.3 彩色分层,6.5.4 色调和彩色校正,6.5.5 直方图处理,亮度调整 饱和度调整,6.6 平滑和尖锐化,6.6.1 彩色图像平滑,在灰度图像处理中我们讨论了灰度级的修正，图像的平滑滤波，图像的锐化处理等方法，在彩色图像中仍旧需要也可以进行这些处理。 处理的方法是，将同样的操作在R,G, B三个分量上分别进行。,彩色图像平滑,彩色图像的平滑处理示例,6.6.2 彩色图像尖锐化,彩色图像的锐化处理示例,6.7 彩色分割,6.7.1 HSI彩色空间分割,6.7.2 RGB向量空间分割,6.7. 彩色边缘检测,6.8 彩色图像的噪声,6.9 彩色图像压缩,
