彩色图象处理

1、章毓晋清华大学电子工程系 100084 北京图象工程第2页第7讲章毓晋 (TH-EE-IE)第第7章章 彩色彩色图象处理图象处理 7.1 彩色视觉和描述7.2 彩色模型 7.3 伪彩色增强7.4 真彩色处理第3页第7讲章毓晋 (TH-EE-IE)7.1 彩色视觉彩色视觉和描述和描述 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 第4页第7讲章毓晋 (TH-EE-IE)7.1.1 彩色视觉基础彩色和颜色彩色和颜色颜色可分为无彩色和有彩色两大类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

2、浅灰色，反射的光少显深灰色以白色为一端，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！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！通常所说的颜色一般多指彩色 第5页第7讲章毓晋 (TH-EE-IE)7.1.2 三基色与色匹配 三种基本色：三种基本色：红（R，red）：700 nm绿（G，green）：546.1 nm蓝（B，blue）： 435.8 nm三种三种补色补色：品红（M，magenta，即红加蓝） 蓝绿（C，cyan，即绿加蓝）黄（Y，yellow，即红加绿）第6页第7讲章毓晋 (TH-E

3、E-IE)7.1.2 三基色与色匹配三三种感受器：种感受器：反应曲线：分布较宽，互相重叠第7页第7讲章毓晋 (TH-EE-IE)7.1.2 三基色与色匹配三色混合/匹配：相加配对：C rR + gG + bBR，G，B：三原色r，g，b：比例系数，r + g + b = 1仅相加不能配对时：C rR + gG bBbB + C rR + gG第8页第7讲章毓晋 (TH-EE-IE)7.1.2 三基色与色匹配国际照度委员会国际照度委员会CIE设定的彩色R，G，B 第9页第7讲章毓晋 (TH-EE-IE)彩色的三种基本特性量：彩色的三种基本特性量：辉度： 与物体的反射率成正比色调： 与光谱中光的波

4、长相联系饱和度：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 色度图第10页第7讲章毓晋 (TH-EE-IE)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）：ZYXXxZYXYyZYXZz1zyx第11页第7讲章毓晋 (TH-EE-IE)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 X y Yz = 1 (x + y)1.00.60.40.20.40.60.81.00.00.80.2520540510550560570580590600530700770530620

5、500490480470460绿黄红蓝紫400XYC第12页第7讲章毓晋 (TH-EE-IE)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)连接任两端点的直线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第13页第7讲章毓晋 (TH-EE-IE)7.2 彩色模型彩色模型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)第14页第7

6、讲章毓晋 (TH-EE-IE)7.2.1 面向硬设备的彩色模型RGB模型模型：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 第15页第7讲章毓晋 (TH-EE-IE)RGB模型模型：7.2.1 面向硬设备的彩色模型第16页第7讲章毓晋 (TH-EE-IE)CMY模型模型：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 CR1MG1YB17.2.1 面向硬设备的彩色模型第17

7、页第7讲章毓晋 (TH-EE-IE)I1，I2，I3模型模型：将彩色用RGB的不同组合来表达I1是最佳特征，I2是次佳特征变型变型 31BGRI22BRI423BRGIBRI2223BRGI7.2.1 面向硬设备的彩色模型第18页第7讲章毓晋 (TH-EE-IE)归一化颜色模型：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 22221)()()()(),(BGBRGRGRBGRl22222)()()()(),(BGBRGRBRBGRl22223)()()()(),(BGBRGRBGBGRl7.2.1 面向硬设备的彩色模型第19页第7讲章毓晋 (TH-EE-IE)7.2.2

8、 面向视觉感知的彩色模型HSI模型：模型：H 表示色调（hue）S 表示饱和度（saturation）I 表示密度（intensity，对应成象亮度和图象灰度）两个基本特点：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） 第20页第7讲章毓晋 (TH-EE-IE)HSI模型表示：模型表示：7.2.2 面向视觉感知的彩色模型第21页第7讲章毓晋 (TH-EE-IE)7.2.2 面向视觉感知的彩色模型从RGB转换到HSI：BGRI31),min()(31BGRBGRS21 2 2 arccosBGBRGRBRGRHP.169 第22页第7讲章毓晋

9、(TH-EE-IE)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：)1 (SIB)60cos(cos1 HHSIR)(3RBIGBHGRPYMC第23页第7讲章毓晋 (TH-EE-IE)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：)1 (SIR)180cos()120cos(1 HHSIG)(GRIB 3第24页第7讲章毓晋 (TH-EE-IE)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：)1 (SIG)300cos()240cos(1 HHSIB)(3BGIR第

10、25页第7讲章毓晋 (TH-EE-IE)7.2.2 面向视觉感知的彩色模型HSV模型模型一般用六棱锥（hexcone）来表示 H同HSI模型 HSV白黑 V= 1V= 0H红= 0H= 120绿蓝 H= 240P)max(),min(),max(BGRBGRBGRS255),max(BGRV 第26页第7讲章毓晋 (TH-EE-IE)7.3 伪伪彩色彩色增强增强原理原理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：几千分类分类(1) 伪彩色增强方法(2)真彩色增强方法第27页第7讲章毓晋 (TH-EE-IE)7.3 伪彩色伪彩色增强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

11、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典型方法(1) 亮度切割(2)利用变换函数(3)频域滤波“伪伪”第28页第7讲章毓晋 (TH-EE-IE)7.3 伪彩色伪彩色增强增强(1) 亮度切割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 Lx, ylmcmmc+10第29页第7讲章毓晋 (TH-EE-IE)7.3 伪彩色伪彩色增强增强(2)从灰度到彩色的变换（映射）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R0G0B0fff第30页第7讲章毓晋 (T

12、H-EE-IE)7.3 伪彩色伪彩色增强增强(2)从灰度到彩色的变换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? ?该方法可看作亮度切割的推广（任意函数）f红色变换IRGB绿色变换蓝色变换()(x, yx, yI ()x, yI ()x, y第31页第7讲章毓晋 (TH-EE-IE)7.3 伪彩色伪彩色增强增强(3)频域滤波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）赋予不同的颜色滤波器1傅里叶反变换进一步处理滤波器2进一步处理滤波器3进一步处理傅里叶变换彩色显示器f傅里叶反变换傅里叶反变换()x, y第32页第7讲章毓晋 (TH-EE-IE)

13、7.4 真彩色真彩色处理处理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 第33页第7讲章毓晋 (TH-EE-IE)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 NyxNyxNyxNyxNyxyxByxGyxRyxByxGyxRyx),(),(),(),(),(),(),(),(,(),(),(),(C第34页第7讲章毓晋 (TH-EE-IE)7.4.2 单分量变换增强 变换增强变换增强对单分量进行增

14、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3, 2, 1),(),(iyxfTyxgiii第35页第7讲章毓晋 (TH-EE-IE)7.4.2 单分量变换增强 亮度增强亮度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 3, 2, 1),(),(iyxkfyxgii),(),(11yxkfyxg),(),(22yxfyxg),(),(33yxfyxg第36页第7讲章毓晋 (TH-EE-IE)彩色切割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 WyxyxRWm),(WR),(#1第37页第7讲章毓晋 (TH-EE-IE)彩色滤波彩色滤波为保证不偏色，需对各个分量同时处理