数字图像处理（MATLAB版） 第2版 课件 第七章 彩色图象处理

数字图像处理DigitalImageProcessing7.1彩色图像的基本概念7.2彩色模型7.3伪彩色增强处理7.4真彩色处理7第七章彩色图象处理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7.17.1彩色图像的基本概念7.1彩色图像的基本概念如下图所示,可视光区的波长在400nm~700nm，当光谱采样限制到三个人类视觉系统敏感的红、绿、蓝光波段时，对这三个光谱带的光能量进行采样，就可以得到一幅彩色图像。

400nm700nm紫外光红外光可见光区546.1nm435.8nm780nm7.1彩色图像的基本概念三种基本色也称三原色（其中任两色的混合并不能生成第三色）

视网膜中存在三种基本的颜色感知锥细胞

所有颜色都可看作是三种基本的颜色不同组合，如白

色可由红、绿、蓝相加而得：RGB三种颜色每一种都有256个亮度水平级，三种色彩叠加就形成足以再现这个绚丽世界的1670万种色彩了（真彩）三种感受器：视网膜上有3种不同的感受彩色的锥细胞反应曲线：分布较宽，互相重叠7.1彩色图像的基本概念三色混合/匹配：相加配对：C

rR+gG+bBr，g，b：比例系数，r+g+b=1直接用RGB表示颜色，存在负的系数，导致该色不能物理实现，再现颜色范围缩小。CIE定义了三种标准基色XYZ（三个刺激量）：对白光，有X=Y=Z=1在匹配实验中，如果被匹配的颜色很饱和，那么用红、绿、蓝三原色可能实现不了匹配，这时就需要把少量的三原色之一加到被匹配的颜色上，并与余下的两种原色相匹配。例如，对光谱的黄单光就不能用三原色的混合获得满意的匹配。这时，只用红和绿两原色相混合，而把少量的蓝原色加到黄光谱色一侧。这一颜色匹配关系仍可用方程：C﹢B（B）≡R（R）﹢G（G）这一方程在色度学中可写成：C≡R（R）﹢G（G）﹣B（B）7.1彩色图像的基本概念C=xX+yY+zZx+y+z=1横轴对应红色的色系数r，纵轴对应绿色的色系数g，蓝色的色系数可由式z=1

(x+y)求得色度图在色度图中：(1)每点都对应一种颜色(2)边界上的点代表纯颜色，移向中心表示混合的白光增加而纯度减少。连接中心点到边界上的线具有同样的色调(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各点为光谱中各颜色的色度坐标相加混色法：由发光体发出的光相加而产生的各种颜色彩色电视机的彩色是通过相加混合而成的7.1彩色图像的基本概念相减混色法：先有白色光，然后从中减去某些成份（吸收）得到各种颜色。颜料三基色为黄色、青色和紫，分别为光三基色的补色。如，白－蓝＝黄，白－红＝青，白－绿＝紫。这三种基色相加就变成黑色，因为光全部被吸收了。彩色打印机的彩色是通过颜料相互混合而成的。三补色用白色减去一种颜色就可以得到它的补色。相加得到白光的两种颜色称为互补色。三种补色：紫（M，magenta，即红加蓝）青（C，cyan，即绿加蓝）黄（Y，yellow，即红加绿）颜料中的三基色是指吸收一种光基色并让其他两种基色反射的颜色，所以颜料的三基色正是光的三个补色，而颜料的三补色是光的三基色。7.2彩色模型彩色模型：也称颜色空间(又称彩色空间或彩色系统），它的用途是在某些标准下对彩色加以说明。本质上，彩色模型是坐标系统的阐述。位于系统的每种颜色都有单个点表示。彩色模型：彩色空间中的颜色通常用代表3个参数的3维坐标来描述，其颜色要取决于所使用的坐标。面向硬设备的彩色模型RGB模型：相加混色模型以RGB三色光互相叠加来实现混色的方法适合于显示器等发光体的显示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R:200

G:50B:1207.2彩色模型CMY模型彩色印刷或彩色打印的纸张是不能发射光线的，因而印刷机或彩色打印机就只能使用一些能够吸收特定的光波而反射其他光波的油墨或颜料。油墨或颜料的3基色是青（Cyan）、紫（Magenta）和黄（Yellow），简称为CMYCMY模型：颜料中的三基色面向硬设备的彩色模型从RGB到CMY的转换为RGB空间的彩色图像CMY空间的彩色图像7.2彩色模型I1，I2，I3模型：将彩色用RGB的不同组合来表达用于彩色图像分割归一化颜色模型：对观察方向、物体几何、照明方向和亮度变化具有不变性HSI模型：H表示色调（hue）S表示饱和度（saturation）I表示亮度（intensity，对应成象亮度和图象灰度）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。与物体的反射率成正比，对应颜色的明亮度，加入白色越多，越明亮相同色调和饱和度不同的亮度左部的亮度最小右部的亮度最大H：表示色调，由角度表示。反映了该颜色最接近什么样的光谱波长。色调是最容易把颜色区分开的属性，掺入白色光色调不变色调用红、橙、黄、绿、青、蓝、紫

等术语来刻画。0o为红色，120o为绿色，240o为蓝色。7.2彩色模型H=0ºH=60ºH=120ºH=180ºH=240ºH=300ºS：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）影调，即饱和度为0。完全饱和的颜色是指没有渗入白光所呈现的颜色S=0S=1S=1/4S=1/2HSI模型两个基本特点：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）7.2彩色模型HSI模型表示：

从RGB转换到HSI：从HSI转换到RGB(1)当H在[0

,120

]之间：(2)当H在[120

,240

]之间：(3)

当H在[240

,300

]之间注意：300~360之间为非可见光谱色，没有定义7.2彩色模型HSV模型一般用六棱锥（hexcone）来表示H同HSI模型7.3伪彩色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“伪”典型方法(1)亮度切割(2)利用变换函数(3)频域滤波7.3伪彩色(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(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(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7.4真彩色处理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（a）原图像（b）图(a)的R分量（c）图(a)的G分量（d）图(a)的B分量原图像(a)原图的(b)原图的(C)原图的

H分量S分量I分量对单分量进行增强(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分量图亮度增强

在上述增强的第2个步骤选用了亮度分量图饱和度增强与图像的亮度增强相似色调增强对每个像素的色调值加一个常数（角度值），将会使每个目标的颜色在色谱上移动7.4真彩色处理亮度增强：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

只需对亮度变换k=0.7(a）原图像（b）亮度增强后的图像（c）亮度减弱后的图像7.4真彩色处理色调增强色调增强是通过增加颜色间的差异来达到图像增强的目的，一般可以通过对彩色图像每个点的色度值加上或减去一个常数来实现。由于彩色图像的色度分量是一个角度值，因此对色度分量加上或减去一个常数，相当于图像上所有点的颜色都沿着彩色环逆时针或顺时针旋转一定的角度。由于彩色处理色相分量图像的操作必须考虑灰度级的“周期性”，即对色调值加上120°和加上480°是相同的。

原图像（a）色度值加上（b）色度值减去

120°的图像120°的图像饱和度增强饱和度增强可以使彩色图像的颜色更为鲜明。饱和度增强可以通过对彩色图像每个点的饱和度值乘以一个大于1的常数来实现；反之，如果对彩色图像每个点的饱和度值乘以小于1的常数，则会减弱原图像颜色的鲜明程度。原图像

（a）饱和度值乘（b）饱和度值乘以3的图像

以0.3的图像7.4真彩色处理彩色图像的灰度化

将彩色图像转变为灰度图像的处理称为彩色图像的灰度化处理。将彩色图像转换为灰度图像的实质，就是通过对图像R、G、B分量的变换，使得每个像素点的R、G、B分量值相等。彩色图像的灰度化方法主要包括：最大值法、平均值法和加权平均值法。（a）原图（b）最大值法灰度化结果（c）平均值法灰度化结果（d）加权平均值法灰度化结果真彩色转变为256色

将真彩色图像转化为256色图像会有大量的颜色信息损失掉，因此，在转换过程中要找到合适的映射关系，使得变化后的256种颜色在原图像中最具代表性或出现的频率最高。

两种常用的转化算法：中位切分法和流行色法1.中位切分法（a）原真彩色图像（b）转变成的