数字图像处理_第六章_色彩模型与彩色处理.ppt

Chapter6ColorImageProcessing,图像中应用彩色主要是因为：（1）简化区分目标；（2）人眼可以辨别几千种颜色色调和亮度，而对灰度辨别仅几十种，进行人工图像分析，彩色图像处理可分为2个主要领域:全彩色、伪彩色。原则上讲，前面各章的灰度处理方法均可直接用于彩色处理。,Chapter6ColorImageProcessing6.1彩色基础,彩色可见光：400700nm，我们可以用3个基本量来描述光源的质量：radiance（辐射度辐射通量）：W总能量luminace（光通量）：可见光brightness（亮度）：主观描述,Chapter6ColorImageProcessing6.1彩色基础,人眼的锥状细胞负责彩色传感的，大眼的67百万个锥状细胞分三类：红：65%，绿：33%，蓝：2%。P226图6.3为人眼对的吸取实验。,Chapter6ColorImageProcessing6.1彩色基础,人眼的锥状细胞负责彩色传感的，大眼的67百万个锥状细胞分三类：红：65%，绿：33%，蓝：2%。图6.3为人眼对的吸取实验。,Chapter6ColorImageProcessing6.1彩色基础,CIE（国际照明委员会）规定了如下三种波为主原色：蓝：435.8nm，绿：546.1nm，红：700nm。红色，只是一个带，而不是单一一个波长绿蓝也是一样。原色相加二次色R+B=深红=红+蓝G+B=表色=绿+蓝R+G=黄=红+绿R+G+B可得白色，或一个二次色与其，补色白光，如图6.4(a),Chapter6ColorImageProcessing6.1彩色基础,在颜料或着色剂中，原色的定义是这样的：白：减去一种原色，反射或传输另两种原色。故其原色是：深红、青、黄。而二次色是R、G、B。如图6.4所示。,Chapter6ColorImageProcessing6.1彩色基础,通常区分颜色的特征是亮度，色调和饱和度。亮度：明亮程度。色调：光波混合中，与主波长相关的属性，指观察的主要颜色。饱和度：纯色+白色多少色调+饱和度色度，即颜色用色度和亮度来表征。形成任何特殊颜色需要R，G，B，叫三色值，分别用X，Y，Z，表示。一种颜色由三色值系数定义：,Chapter6ColorImageProcessing6.1彩色基础,颜色的另一种表示方法用CIE色度图。该图以（红），（绿）函数表示颜色组成而。如图6.5所示,Chapter6ColorImageProcessing6.1彩色基础,图中边界上的颜色为纯色，内部的表示混和色。等能量点白，等能量点的饱和度为0。规律：连接任意两点的直线所定义的不同颜色，均可由这两类颜色相加得到同样，从等能量点到边界上任一点的连线，可以定义特定谱色的所有色调。还可以扩展到三种颜色，图中任何三点连成一三角形，内部所有颜色均可用三个顶点色来混合形成。,Chapter6ColorImageProcessing6.1彩色基础,图6.6的三角形是KGB监视器产生的颜色范围，不规则区域是彩色打印机的彩色域。,Chapter6ColorImageProcessing6.2彩色模型,6.2彩色模型亦彩色空间或彩色系统。最通用的就是RGB模型（用于如摄像机等）。CMY（青，深红，黄）、CMYK（青，深红，黄，黑）是针对彩色打印机，而HIS（色调，饱和度，亮度）更符合人描述颜色，也适合本书给出的灰度处理技术。,Chapter6ColorImageProcessing6.2彩色模型,6.2.1RGB彩色模型为方便，假定所有颜色都归一化。如果每一分量用8比特表示，共有24称为全彩色。例6.1（P230）介绍了彩色平面的概念。,Chapter6ColorImageProcessing6.2彩色模型,6.2.1RGB彩色模型下面介绍所谓全RGB彩色子集。,Chapter6ColorImageProcessing6.2彩色模型,Chapter6ColorImageProcessing6.2彩色模型,6.2.2CMY和CMYK模型等量的青，深红，黄产生黑色。而实际中，组合产生的黑色不纯，为产生真正的黑色，加入第四种颜色黑色。即CMYK模型（四色打印）,Chapter6ColorImageProcessing6.2彩色模型,6.2.3HIS彩色模型上述模型中适应人眼。这里介绍的HIS彩色模型恰好能满足这个要求。H：色调，S：饱和度，I：亮度H+S表示了彩色信息。下面说明HSI可以从RGB信息中得来的。,Chapter6ColorImageProcessing6.2彩色模型,6.2.3HIS彩色模型在图中，白（1，1，1），黑（0，0，0），其连线是垂直的。经过一彩色点，作该连线的平面，则该平面与垂直连线的交点位置即是强度值。强度轴上的饱和度是0，其上全部是灰度点。,Chapter6ColorImageProcessing6.2彩色模型,6.2.3HIS彩色模型在图6.12中，连接白、青、黑三点组成一平面，则该平面（三角形）点有相的色调，理由是：三角形内任一点的颜色均为由顶点来得出，而黑白点不改变色调。旋转这个平面可以得到不同的色调，该平面与立方体的横截面决定的边界不是呈三角形就是六边形。这样我们可以用六边形来表示色调和饱和度。具体参见下页图所示：,Chapter6ColorImageProcessing6.2彩色模型,6.2.3HIS彩色模型我们用六边形来表示色调和饱和度。,Chapter6ColorImageProcessing6.2彩色模型,6.2.3HIS彩色模型我们用六边形来表示色调和饱和度。,Chapter6ColorImageProcessing6.2彩色模型,6.2.3HIS彩色模型从RGB到HIS的彩色转换,Chapter6ColorImageProcessing6.2彩色模型,6.2.3HIS彩色模型从HIS到RGB的转换在0，1内给出HSIRGN分三个区域（相隔120）,Chapter6ColorImageProcessing6.2彩色模型,6.2.3HIS彩色模型图6.15是三个对应于RGB立方体的图像的HSI值。,Chapter6ColorImageProcessing6.2彩色模型,6.2.3HIS彩色模型图6.16是RGB及其二次色给出的图像，而（b）,（c）,（d）为其色调、饮和度和弱度图像。,Chapter6ColorImageProcessing6.2彩色模型,6.2.3HIS彩色模型图6.17为简单的HSI图像处理的图像。,Chapter6ColorImageProcessing6.3伪彩色处理,6.3伪彩色处理给特定的灰度值赋以彩色。伪彩色的目的是为了人眼观察和解释图像中的目标。,Chapter6ColorImageProcessing6.3伪彩色处理,6.3.1强度分层参见图6.18，图像被看成三维函数。,Chapter6ColorImageProcessing6.3伪彩色处理,6.3.1强度分层可以简单地按如下方式来把灰度彩色,Chapter6ColorImageProcessing6.3伪彩色处理,6.3.1强度分层灰度彩色实例：,Chapter6ColorImageProcessing6.3伪彩色处理,6.3.1强度分层灰度彩色实例：焊接实例,Chapter6ColorImageProcessing6.3伪彩色处理,6.3.1强度分层灰度彩色实例：用颜色突出降雨水平,Chapter6ColorImageProcessing6.3伪彩色处理,6.3.2灰度级到彩色转换另一种更加通用的灰度级到彩色的转换是对输入灰度级必行3个独立的处理，得到3个结果红，绿，蓝通道。,Chapter6ColorImageProcessing6.3伪彩色处理,6.3.2灰度级到彩色转换例6.5是一突出装在行李内的爆炸物的伪彩色应用。,Chapter6ColorImageProcessing6.3伪彩色处理,6.3.2灰度级到彩色转换例6.5是一突出装在行李内的爆炸物的伪彩色应用。,Chapter6ColorImageProcessing6.3伪彩色处理,6.3.2灰度级到彩色转换例6.6为多光谱彩色编码。,Chapter6ColorImageProcessing6.3伪彩色处理,6.3.2灰度级到彩色转换例6.6为多光谱彩色编码。,Chapter6ColorImageProcessing6.4全彩色图像处理基础,6.4全彩色图像处理基础全彩色图像处理分为（1）处理每一分量，然后合成（2）直接对彩色处理全彩色至少有3个分量。原则上前边的灰度处理可移植到彩色，而对每一分量进行处理。令c代表RG彩色空间中的任意向量：,Chapter6ColorImageProcessing6.5彩色变换,6.5彩色变换6.5.1公式,：类似于基本灰度变换过程。,Chapter6ColorImageProcessing6.5彩色变换,6.5彩色变换6.5.1公式图6.30是一幅彩色图像，CMYK分量图,Chapter6ColorImageProcessing6.5彩色变换,6.5彩色变换6.5.1公式RGB分量图及HSI分量图。假设要改变图像亮度，在HSI空间中，在RGB空间，3个分量必须：下页图显示了的结果。,Chapter6ColorImageProcessing6.5彩色变换,6.5彩色变换6.5.1公式改变图像亮度实例：,Chapter6ColorImageProcessing6.5彩色变换,6.5.2补色在图6.32彩色环上，与一种色调相对立的另一种色调称为补色。,Chapter6ColorImageProcessing6.5彩色变换,6.5.2补色例6.7给出了在RGB空间及HSI空间下，补色的求法。,Chapter6ColorImageProcessing6.5彩色变换,6.5.3彩色分层可以采用突出特殊区域的颜色来把目标分离出来。可以采用类似于前边的灰度分层技术，这里叫彩色分层。最简单的情况，假设感兴趣的颜色中心在（），宽度为W的立方体中，则,如果用一圆球确定感兴趣的颜色,如果RGB彩色空间则，CMYK时，,Chapter6ColorImageProcessing6.5彩色变换,6.5.3彩色分层例6.8为彩色分层的一个说明。,Chapter6ColorImageProcessing6.5彩色变换,6.5.4色调和彩色校正背景：在图像形成、传输、显示过程中，存在非线性，可能造成颜色的不平衡，如CRT显示，扫描仪。通过变换（彩色校正）来达到一定的平衡。这里我们介绍另外一种常用的彩色模型。,Chapter6ColorImageProcessing6.5彩色变换,6.5.4色调和彩色校正（续）其中，是参考的白色的三刺激质（在D65下，完美漫反射白色）所谓三刺激值是形成某种颜色所需要的三原色的数量。这种彩色模型特点：比色的（感觉相同，编码相同），感觉一致的，独立于设备的。在图像操作（色调和对比度编辑）和图像压缩方面很有用。颜色类的变换主要有：（1）灰度变换，（2）彩色平衡：,Chapter6ColorImageProcessing6.5彩色变换,6.5.4色调和彩色校正（1）灰度变换，例6.9在RGB中，3分量同时变HSI中，仅改变亮度。,Chapter6ColorImageProcessing6.5彩色变换,6.5.4色调和彩色校正（2）彩色平衡：含义，白色彩色具体调整，如RGB图像中有过多的深红色，则：（1）移去红蓝，（2）增加其补色绿，例子见例6.10,Chapter6ColorImageProcessing6.5彩色变换,6.5.5直方图处理将前边灰度直方图处理方法移植到彩色图像处理中，如直方图均衡。例6.11在HSI彩色空间的直方图均衡。,Chapter6ColorImageProcessing6.6平滑和尖锐化,6.6平滑和尖锐化6.6.1彩色图像平滑例如，在RGB彩色空间中，令表示中心在的邻域的坐标集，在该邻域中，RGB分量的平均值：例6.12为彩色图像平滑例子，图示见下页：,Chapter6ColorImageProcessing6.6平滑和尖锐化,6.6平滑和尖锐化6.6.1彩色图像平滑例6.12为彩色图像平滑例子，图示：,Chapter6ColorImageProcessing6.6平滑和尖锐化,6.6平滑和尖锐化6.6.1彩色图像平滑（续）例6.12为彩色图像平滑例子，图示：,Chapter6ColorImageProcessing6.6平滑和尖锐化,6.6平滑和尖锐化6.6.1彩色图像平滑（续）例6.12为彩色图像平滑例子，图示：,Chapter6ColorImageProcessing6.6平滑和尖锐化,6.6平滑和尖锐化6.6.2彩色图像尖锐化本节考虑用拉普拉斯的方法进行尖锐化，在RGB彩色系统中，向量C的拉氐变换：,例子见例6.13图6.41,Chapter6ColorImageProcessing6.6平滑和尖锐化,6.6平滑和尖锐化6.6.2彩色图像尖锐化拉普拉斯方法图像尖锐化实例6.13,Chapter6ColorImageProcessing6.7彩色分割,6.7彩色分割把一幅图像分成区域的处理。6.7.1HSI彩色空间分割可利用色调不同进行分割饱和度可作为一个模板。例6.14是一个HIS空间进行分割的例子。,Chapter6ColorImageProcessing6.7彩色分割,6.7.1HSI彩色空间分割一个HIS空间进行分割的例子：例6.14,Chapter6ColorImageProcessing6.7彩色分割,6.7.2RGB向量空间分割上面的例6.14分割效果不是特别理想，而在RGB彩色可得更好的结果。假如，某目标在RGB图像中，“平均”彩色估计用向量a来表示，此时，用欧氏距离来进行判定。令z代表RGB空间的一点。欧氏距离为一半径为D0的实心球。据此可进行编码。,把上式进行推广，得到距离测度：,是我们要分割的彩色的样本协方差矩阵。,Chapter6ColorImageProcessing6.7彩色分割,6.7.2RGB向量空间分割描述了一个实心三维球，见图6.43(b)当时，转化为球。还可以是一个正方体来描述（图6.43（c）,Chapter6ColorImageProcessing6.7彩色分割,6.7.2RGB向量空间分割例6.15为在RGB空间的彩色分割。,Chapter6ColorImageProcessing6.7彩色分割,6.7.3彩色边缘检测边缘检测是一种重要的