第七章 彩色图像处理.ppt

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 700nm绿 G green 546 1nm蓝 B blue 435 8nm三种补色 品红 M magenta 即红加蓝 蓝绿 C cyan 即绿加蓝 黄 Y yellow 即红加绿 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 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 Yz 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 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 intensity 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 hexcone 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