[理学]第9章 彩色图像处理ppt课件

1、第 9 章彩色图像处理2本章内容简介 颜色的根本概念 常用表色系 彩色补偿 彩色图像处理中需要注意的问题39.1 颜色的根本概念 牛顿在十七世纪后期用棱镜把太阳光分散成光谱上的颜色光带，证明了白光是由很多颜色的光混合而成； 颜色严格地说不同与彩色。 颜色可分成彩色和无彩色即不同的灰色。 但通常我们所说的颜色是指彩色4光谱图 可见光的波长大约在380-780nm之间。 可见光区之外，还有红外光区、紫外光区。 在遥感领域中光谱采样通常不限于红外区、可见光区、紫外光区三个波段中的某一个，即为多光谱图像。 彩色不仅喜人，且可获得更多的信息： 视觉仅能感知十余级灰阶； 彩色感知但却能区分上千种彩色。5三

2、基色原理 十九世纪初，Tomas Young提出：“任何彩色可以用适宜的三种根本色混合而再生。 生理学已证实，视网膜中有三种视锥体，具有不同的光谱特性，峰值吸收分别在光谱的红、绿、蓝区域。吸收曲线有相当多的部分是互相重叠的。这是三基色原理的生理根底。 6 三基色原理 三基色相加混色：红、绿、兰；光的三基色 三基色相减混色：青、黄、品红颜料的三基色 相减是指吸收或过滤掉。7光的三基色和颜料三基色间的差异光和颜料是对立的，然而又互辅相成。假如没有光的照射，就不能看见物体的颜色，而有色光必须照在不透明的外表上才能看见。RGB发射光，而CYM反射光。混合所有色彩的光形成白色，而混合所有颜料形成黑色。同

3、时观察这两种形式，可见，RGB形式是CMY形式的对立物， 就像每一种主体部分都是另一种的附属部分。 89.2 常用表色系 颜色的描绘是通过建立色彩模型来实现的，不同的色彩模型对应于不同的处理目的。 CIE国际照明委员会在进展大量的色彩测试实验的根底上提出了一系列的颜色模型用于对色彩进展描绘。 各种不同的颜色模型之间可以通过数学方法互相转换。 99.2.1 RGB表色系 国际照明委员会CIE 规定以：700nm红、546.1nm 绿、435.8nm 蓝三个色光为三基色。又称为物理三基色。自然界的所有颜色都可以过选用这三基色按不同比例混合而成。 RGB形式的混色原理是以颜色加法来混合出各种不同的颜

4、色。 彩色电视机的显像管CRT以及计算机屏幕，都是以这种方式来混合出各种不同的颜色效果。 假如采用其他色系进展了处理，最终一定要转换到RGB色系，才能正常显示结果。 109.2.2 HSI色系 RGB色系虽然是目前各类显示器使用的色系，但颜色的构成与人对颜色的理解方式不同，所以在进展处理与调整时，不易于获得准确的参数。 新的彩色系统格式的设计应该反映人类观察 彩色的方式。如：红色又分为浅红和深红色等等。 HSIHSB形式是利用色彩、色浓度以及亮度三种根本向量来表示一种颜色。11颜色纺锤体 程度的圆周表示色彩，圆周上的不同角度的点代表了不同色彩的颜色，如红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等。 圆心的色彩

5、是中灰色，它的亮度和该程度圆周上各色彩的亮度一样。 从圆心向圆周过渡表示同一色彩下不同的饱和度。 颜色纺锤体的垂直轴线上表示列的亮度变化，顶部是白色，沿着灰度过渡，到底部是黑色。在垂直轴线上越往上亮度越大。12HSI色系 色度分量HnH：表示色度，由角度表示。反映了该颜色最接近什么样的光谱波长。n沿着色彩环从0o纯红，120o为绿色，240o为蓝色，再转回360o纯红。13HSI色系 饱和度分量S 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。 0 %时为灰色，100 %时为纯色。S14HSI色系

6、 亮度分量I I： 表示光照强度或称为亮度，它确定了像素的整体亮度，而不管其颜色是什么。 0 %为黑色，100 %时为白色。I: 小小 大大15RGB与HSI 的转换RGB到HSI的转换：13IRGB360BGHBG31min( ,)SR G BRGB 1 21()()2arccos()()()RGRBRGRB GB16HSI与RGB 的转换HSI到RGB的转换：cos()1cos(60)SHRIH(1)B IS3GIRB时当1200 Hcos(120 )1cos(180)SHGIH(1)RIS3BIRG120240H当时时当300240 Hcos(240 )1cos(300)SHBIH(1)

7、GIS3RIGB179.2.3 YUV和YCbCr表色系电视信号发射时，转换成YUV形式，接收时再复原成RGB三基色信号，由显像管显示。目的是为了与黑白电视兼容。在YUV电视信号形式中： Y：亮度； U，V：色差信号。RGB到YUV的转换YUV到RGB的转换0.2990.5870.114YRGBUBYVRY0.1920.509RYUGYUVBYV18YCbCr表色系这是常用于彩色图像压缩时的一种彩色形式。Y: 代表亮度；Cb：代表蓝色色度分量；Cr：代表红色色度分量；与YUV形式不同的是它充分考虑了色彩组成时RGB三个分量在视觉感受中的不同重要性。 YUV考虑的是简单，YCbCr考虑的是压缩时

8、可以充分取出冗余量。YCbCr与RGB的转换 RGB到YCbCr的转换 YCbCr到RGB的转换 其中，0.2990.1140.587RBRYk CrBYk CbGYRB0.2990.5870.1142 1 0.1142 1 0.299YRGBCbBYCrRY12 1 0.299Rk 12 1 0.114Bk ， 209.2.4 CMYK表色系 光谱中原色互补色是青色、品红色和黄色。所以用这三种原色构成所有颜色。这三种原色构成了CMY色彩形式。 在CYM色彩形式中，红色是品红色与黄色混合而成，蓝色是淡青色与品红色混合而成的。CMY色彩形式不流行的原因之一是这些深色的原色是不自然的，而且不容易得

9、到。 理论上，利用C、M、Y三种根本色便可以混合为黑色，但是由于考虑到印刷油墨混合的误差，所以再加进一定量的黑色。 CMYK是由青Cyan、品红Magenta、黄Yellow以及黑Black四种根本色彩配合成各种不同的颜色，一般应用在印刷输出的分色处理上面。219.2.5 Lab表色系 Lab形式是一般人较为陌生的色彩形式，这个形式的色彩定义是由国际照明委员会CIE所制定的，也是目前所有形式中含盖色彩范围最广的形式。 它的特色是对色彩的描绘完全采用数学方式，与系统及设备无关，因此它可以无偏向地在系统与平台间进展转换。 Lab形式是以一个亮度分量LLightness范围是0-100；以及两个颜色

10、分量a与b来表示颜色。a分量是由绿色演变到红色范围是-120-+120；而b分量那么是由蓝色演变到黄色范围是-120-+120。 人眼所能看见的光、色之范围较为广泛，由计算机的彩色屏幕按RGB形式或由彩色印刷品按CMYK形式所表示出来的光与色，只不过是其中的一部分。而且像RGB、CMYK和Lab三种形式表现的颜色范围也不一样。229.3 彩色补偿 在某些应用中，目的是别离出主要或完全是颜色不同的各种类型的物体。 由于常用的彩色成像设备具有较宽而且互相覆盖的光谱敏感区，加上待拍摄图像的染色是变化的，所以很难在三个分量图中将物体别离出来。这种现象称为颜色扩散。23彩色补偿 根本设计思想 通过数学运

11、算，将扩散进来的颜色分量补偿掉。由此，使不同的目的在不同的颜色分量中信号最强。 分析颜色扩散的现象，是“你中有我，我中有你。 所以补偿的算法思路是： 将本来应该是纯红、纯绿、纯蓝色的像素点转换成理想的颜色，由此获得原图与补偿图之间的影射关系，最后用此影射关系处理所有的像素点。24彩色补偿 算法步骤一读入拍摄到的具有颜色扩散的图像，设其三个颜色分量分别为R,G,B。分别求出某个颜色分量与其他两个颜色分量之间的强度差，即：()()()()()()RGBeRBRGeGBGReBRBG25彩色补偿 算法步骤二分别求出强度差的最大值即寻找画面中应该为纯红、纯绿、纯蓝色的点。可能是单个点，也可能是多个点如

12、下：)max()max()max(maxmaxmaxBBGGRReeeeee红色的可能点红色的可能点绿色的可能点绿色的可能点蓝色的可能点蓝色的可能点26彩色补偿 算法步骤三在三个强度差分量eR，eG，eB中，分别找出等于其最大值的像素，并分别求出其像素的均值向量如下：|max1max1max1RRRRRReebbeeggeerr|max2max2max2GGGGGGeebbeeggeerr|max3max3max3BBBBBBeebbeeggeerr27彩色补偿 算法步骤四将该三组点设为在没有颜色扩散的情况下，应该是纯红、纯绿、纯蓝色的点，即：),(111bgr理想值理想值应该为应该为)0 ,

13、 0*,(r),(222bgr理想值理想值应该为应该为)0*, 0(g),(333bgr理想值理想值应该为应该为*), 0 , 0(b28彩色补偿 算法步骤五然后构造彩色补偿变换矩阵如下：3213213211bbbgggrrrA*000*000*2bgrA29彩色补偿 算法步骤六设原图为nmfffjibjigjirf),(),(),(补偿后的图像为补偿后的图像为nmgggjibjigjirg),(),(),( 那么：那么：bfCg30彩色补偿 算法步骤七将计算得到的A1，A2代入，有：先忽略先忽略b，最后再将结果图标准化，有，最后再将结果图标准化，有bACA12112AAC9. 进展彩色补偿有：进展彩色补偿有：),(),(jifCjig319.4 彩色图像处理中需要注意的问题 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，在彩色图像中仍旧可以进展