数字图像处理基础2

1.2图像的颜色模型原色加色原理和减色原理常用的颜色模型（色彩空间）RGBCMYKCIE-LabYUVHSI许昌学院公共选修课1.2图像的颜色模型原色定义是指不能透过其他颜色的混合调配而得出的“基本色”。特性以不同比例将原色混合，可以产生出其他的新颜色。种类叠加型：红色、绿色、蓝色（如电视机、投影仪等发光设备）消减型：品红色、黄色、青色（如书本、杂志等反光，或者说吸光面）许昌学院公共选修课1.2图像的颜色模型加色原理一般来说以光源投射时所使用的色彩是属于“叠加型”的原色系统，此系统中包含了红、绿、蓝三种原色。使用这三种原色可以产生其他颜色，例如：红色+绿色=黄色（橙色）绿色+蓝色=青色蓝色+红色=紫色（品红色）。当这三种原色以等比例叠加在一起时，会变成灰色；若将此三原色的强度均调至最大并且等量重叠时，则会呈现白色。许昌学院公共选修课1.2图像的颜色模型减色原理一般来说以反射光源或颜料着色时所使用的色彩是属于“消减型”的原色系统，此系统中包含了黄色、青色(Cyan)、品红(Magenta)三种原色，是另一套“三原色”系统。当这三种原色混合时可以产生其他颜色，例如：黄色⊕青色=绿色黄色⊕品红色=红色品红色⊕青色=蓝色当这三种原色以等比例叠加在一起时，会得到不同深度的灰色；若将此三原色的饱和度均调至最大并且等量混合时，理论上会呈现黑色，但实际上呈现的是浊褐色。许昌学院公共选修课1.2图像的颜色模型常用的颜色模型RGB颜色模型RGB是色光的色彩模式。即红(Red)、绿(Green)、蓝(Blue)三原色的简称。三原色光模式是一种加色模型，三种色彩叠加形成了其它的色彩。因为三种颜色都有256个亮度水平级，所以三种色彩叠加就形成224，约1670万种颜色了。也就是真彩色，通过它们足以在现绚丽的世界。原因：三原色的选取不是出于物理原因，而是由于人类生理原因造成的。人的眼睛内有几种辨别颜色的锥形感光细胞，分别对红色、绿色和蓝色的光最敏感。这三种光可以分别对三种锥形细胞产生刺激，根据每种感光细胞受到刺激的强度就产生了不同色彩的视觉效果。应用：显示器、电视机、各种投影设备许昌学院公共选修课1.2图像的颜色模型RGB色彩空间RGB色彩立方体许昌学院公共选修课常用的颜色模型CMYK颜色模型提出的原因RGB模式所提供的有些色彩超出了打印的范围之外，因此在打印一幅真彩色的图象时，比较鲜艳的色彩会产生失真现象。印刷四分色模式是彩色印刷时采用的一种减色模式，利用绘画的三原色原理，用四种颜色混合迭加形成各种复杂的颜色，四种标准颜色是：C：Cyan＝青色M：Magenta＝品红色，又称为‘洋红色’Y：Yellow＝黄色K：Black＝黑色，为了避免与RGB的Blue蓝色混淆而改称Ｋ许昌学院公共选修课1.2图像的颜色模型黄色⊕青色=绿色黄色⊕品红色=红色品红色⊕青色=蓝色理论上只用上述三种颜色相混合就可以形成黑色。但实际印刷时青色、品红色和黄色很难叠加形成真正的黑色，最多不过是褐色而已。因此才引入了K——黑色。黑色的作用是强化暗调，加深暗部色彩应用：印刷许昌学院公共选修课1.2图像的颜色模型CMYK色彩空间许昌学院公共选修课1.2图像的颜色模型RGB色彩模式和CMY（K）色彩模式是互补的许昌学院公共选修课1.2图像的颜色模型CIE-Lab颜色模型L：亮度；a，b：色彩分量特点色域范围大；几乎可以描绘出人眼视觉所能察觉的所有颜色理论上存在，和物理世界是不对应的；感知均匀性，它的L分量密切匹配人类亮度感知。三个分量之间几乎两两正交，极大的减少了降低了色彩信息的关联性。应用图像科学计算。如图像色彩分析、色彩调整等。许昌学院公共选修课1.2图像的颜色模型RGB、CMYK、CIE-Lab颜色模型色域比较色域比较Lab颜色模型色域最大，其次是RGB颜色模型，CMYK颜色模型色域最小。可以被用来通过修改a和b

分量的输出色阶来做精确的颜色平衡，或使用L分量来调整亮度对比。这些变换在RGB

或CMYK中是困难或不可能的。许昌学院公共选修课1.2图像的颜色模型影响显示器不能显示出人眼所能识别的所有色彩（Lab>RGB）显示器显示出来的色彩打印机不一定能够打印出来（CMYK<RGB)打印出的色彩要比显示器显示的色彩降低一个灰阶（CMYK<RGB)许昌学院公共选修课1.2YUV颜色空间YUV颜色空间的由来在现代彩色电视系统中，通常采用三管彩色摄像机或彩色CCD摄像机进行摄像，然后把摄得的彩色图像信号经分色、分别放大校正后得到RGB分量值，再经过矩阵变换电路得到亮度信号Y和两个色差信号R－Y（即U）、B－Y（即V），最后发送端将亮度和色差三个信号分别进行编码，用同一信道发送出去。这种色彩的表示方法就是所谓的YUV色彩空间表示。YUV颜色空间的特性采用YUV色彩空间的重要性是它的亮度信号Y和色度信号U、V是分离的。如果只有Y信号分量而没有U、V分量，那么这样表示的图像就是黑白灰度图像。彩色电视采用YUV空间正是为了用亮度信号Y解决彩色电视机与黑白电视机的兼容问题，使黑白电视机也能接收彩色电视信号。

许昌学院公共选修课1.2HSI颜色空间由于人的视觉对亮度的敏感程度远强于对颜色浓淡的敏感程度，为了便于色彩处理和识别，人的视觉系统经常采用HSI色彩空间，它比RGB色彩空间更符合人的视觉特性。在HSI模式中，所有的颜色都是根据下列三种基本特征来进行描述。色相（Hue）：是由物体发射或反射出来的颜色。它是根据色彩在一个0-360的标准色盘上的位置来决定的，通常以颜色的名称来辨识，例如红、橙和绿等等，红色在0度，绿色在120度，蓝色在240度。它基本上是RGB模式全色度的饼状图。饱和度（Saturation）：表示色彩的纯度，有时也被称为彩度，为0%时为灰色。白、黑和其他灰色色彩都没有饱和度的。在最大饱和度时，每一色相具有最纯的色光。亮度（Intensity或Value）：是指颜色相对的亮度和暗度，通常是用为0%（黑）到100%（白）的方式进行测定。应用：图像处理和计算机视觉许昌学院公共选修课1.2HSI颜色空间红色绿色蓝色HSI色彩空间可以用一个圆锥空间模型来描述。许昌学院公共选修课彩色模型间转换RGB到HSI的转换许昌学院公共选修课彩色模型间转换HSI到RGB的转换许昌学院公共选修课1.3图像运算点运算反转变换幂次变换对数变换代数运算算数运算加、减、乘、除逻辑运算非、与、或、异或直方图运算直方图的均衡化许昌学院公共选修课1.3图像运算——点运算反转变换公式：Ioutput=(L-1)-Iinput[0,L-1]为图像的灰度级。作用：黑的变白，白的变黑实例：对于灰度级为[0,255]的图像中像素值为239的像素点做反转变换后所得的新像素值为：255-239=16.应用：图像反色IoutputIinputIoutput=255-Iinput许昌学院公共选修课1.3图像运算——点运算实例2：彩色图像的反转变换Ioutput_R=255-Iinput_RIoutput_G=255-Iinput_GIoutput_B=255-Iinput_BIoutputIinput许昌学院公共选修课1.3图像运算——点运算幂次变换：Ioutput

=c·Iinput

γ

c和γ是正常数

γ<1提高灰度级，在正比函数上方，使图像变亮

γ>1降低灰度级，在正比函数下方，使图像变暗许昌学院公共选修课1.3图像运算——点运算对数变换公式：Ioutput=c*log(1+Iinput)c为一个常数右图为c=3时的对数变换曲线图许昌学院公共选修课1.3图像运算——点运算作用：有时原图的动态范围太大，超出某些显示设备的允许动态范围，如直接使用原图，则一部分细节可能丢失，此时可以对原图进行对数变换（灰度压缩）以确保设备能够对原图正常显示。许昌学院公共选修课1.3图像运算——代数运算代数运算算数运算加、减、乘、除逻辑运算非、与、或、异或算数运算——加法加法运算的定义C(x,y)=A(x,y)+B(x,y)注意：若结果值超出255，则结果值取255。主要应用举例生成图像叠加效果许昌学院公共选修课1.3图像运算——代数运算算数运算——加法加法运算的定义C(x,y)=A(x,y)+B(x,y)注意：若结果值超出255，则结果值取255。主要应用举例生成图像叠加效果生成图像叠加效果对于两个图像f(x,y)和h(x,y)的均值有：

g(x,y)=1/2f(x,y)+1/2h(x,y)

推广这个公式为：

g(x,y)=αf(x,y)+βh(x,y)

其中α+β=1

可以得到各种图像合成的效果，也可以用于两张图片的衔接。许昌学院公共选修课1.3图像运算——代数运算算数运算——减法减法运算的定义

C(x,y)=A(x,y)-B(x,y)主要应用举例显示两幅图像的差异，检测同一场景两幅图像之间的变化。如：视频人脸检测；去除不需要的叠加性图案。如:视频制作蓝屏技术。去除不需要的叠加性（背景）图案设：背景图像b(x,y)，前景背景混合图像f(x,y)

g(x,y)=f(x,y)–b(x,y)g(x,y)即为去除了背景的图像。许昌学院公共选修课1.3图像运算——代数运算算数运算——乘法

C(x,y)=A(x,y)*B(x,y)

主要应用举例图像的局部显示（抠图技术）用二值蒙板图像与原图像做乘法逻辑运算——非

g(x,y)=255-f(x,y