第十章彩色圖像處理

與灰度圖像相比，彩色圖像除含有較大的信息量外，它的表示方式和存儲結(jié)構(gòu)也不相同，因此，不能將灰度圖像的處理技術(shù)簡單地直接應(yīng)用于彩色圖像。

與單色圖像相比，多光譜圖像含有豐富的光譜信息，對地物分析和識別有非常重要的作用。

10.1彩色視覺

自然界中的絕大多數(shù)的顏色都可看作是由紅、綠、藍(lán)三種顏色組合而成。

自然界中的絕大多數(shù)的顏色都可以分解成紅、綠、藍(lán)這三種顏色。

以上即是色度學(xué)中的三基色原理?！?/p>

一般就將紅、綠、籃這三種顏色稱為三基色。{三基色光的波長：紅=700nm，綠=546.1nm，藍(lán)=435.8nm}一、三基色原理

一、三基色原理

2、相加混色三基色按不同比例相加進(jìn)行的混色，稱為相加混色。紅色+藍(lán)色=品紅色紅色+綠色=黃色（10.1）綠色+藍(lán)色=青色紅色+綠色+藍(lán)色=白色

由三基色中的兩色相加混色而成的顏色，稱為二次色。

紅色+青色

=白色綠色+品紅色

=白色（10.2）藍(lán)色+黃色

=白色所以，一般把青色、品紅色和黃色稱為紅、綠、籃三色的補(bǔ)色。一、三基色原理

2、相加混色（續(xù)）

紅（R）、綠（G）、藍(lán)（B）三基色可按不同比例進(jìn)行相加混色而得到各種顏色，其配色公式為：(10.3)一、三基色原理

2、相加混色圖10.1相加混色的三基色及其補(bǔ)色的亮度比例紅藍(lán)綠青黃品紅白一、三基色原理

2、相加混色（續(xù)）R:200

G:50B:120相加灰色中涉及到灰色比例問題：一、三基色原理

2、相加混色（續(xù)）

相加混色主要應(yīng)用在：

錄像、電視和計(jì)算機(jī)顯示器等。一、三基色原理

2、相加混色利用顏料和染料等的吸色性質(zhì)可以實(shí)現(xiàn)相減混色。

◆相減混色就是從白光中慮去某種顏色而得到另一種顏色?！粝鄿p混色的基色為青、品紅色、黃。

白色–

紅色=青色白色–

綠色=品紅色（10.4）白色–

藍(lán)色=黃色白色–

綠色–

紅色–

藍(lán)色=黑色一、三基色原理

3、相減混色

品紅藍(lán)青黑紅綠

黃

圖10.2相減混色的三基色及其補(bǔ)色的關(guān)系一、三基色原理

3、相減混色（續(xù)）

相減混色主要應(yīng)用在：

繪畫、攝影（包括彩色電影膠片制作）、彩色印刷和彩色印染等。一、三基色原理

3、相減混色

◆對于無彩色（消色）圖像來說，亮度（也即灰度）是唯一的屬性。

◆對于有彩色圖像來說，通常用亮度、色調(diào)及飽和度表示顏色的特性。二、CIE色度圖

1、相關(guān)概念

◆在彩色圖像中：

亮度反映了該顏色的明亮程度。顏色中摻入的白色越多亮度就越大，摻入的黑色越多亮度就越小。

色調(diào)用于描述純色（如純黃色、純紅色），反映了觀察者接收到的主要顏色。

飽和度給出一種純色被白光稀釋的程度的度量，與加入到純色（色調(diào)）中的白光成正比（由于加入了白光，觀察者接收到的不再是某種純色，而是反應(yīng)該純色屬性的混合顏色）。二、CIE色度圖

1、相關(guān)概念（續(xù)）

◆純色（可見光譜中包含的一系列單色光）是全飽和的，隨著白光的加入飽和度會逐漸降低，也即變成欠飽和。

◆色調(diào)與飽和度兩者合起來稱為色度，顏色用亮度和色度共同表示。二、CIE色度圖

1、相關(guān)概念（續(xù)）（10.5）（10.6-8）顯然有：（10.9）且設(shè)X、Y和Z分別表示形成某種特殊顏色時(shí)需要的紅、綠、藍(lán)三基色的量值；x、y和z分別表示形成某種特殊顏色C時(shí)紅、綠、藍(lán)三基色所占的比例系數(shù)，則有：二、CIE色度圖

2、CIE色度圖紅綠4506106200.20.40.60.81x0.20.40.60.8紅藍(lán)綠520nmy510500490480470460380nm780530540550560570580590600Q640TCS空間能量位置（波長，以nm為單位）黃紫1等能量點(diǎn)圖10.3CIE色度圖

二、CIE色度圖

分析圖10.3可知：

（1）從380nm的紫色到700nm的紅色的所有純色都位于舌形色度圖的邊界上；任何不在舌形色度圖的邊界但在其內(nèi)部的點(diǎn)都代表一種由純色混合而成的顏色。

（2）離開舌形色度圖的邊界移向中心表示加入更多的白光而使該顏色的純度降低，到中心的等能量點(diǎn)飽和度為零。

（3）圖中連接任意兩點(diǎn)的直線表示了由連線兩端的點(diǎn)所代表的顏色按不同比例相加而得到的顏色變化。

（4）從等能量點(diǎn)到位于色度圖邊界上的任意一點(diǎn)畫一直線表示了對應(yīng)邊界點(diǎn)純色的所有色調(diào)。10.2彩色模型

目前常用的彩色模型可分成兩類：

（1）面向諸如彩色監(jiān)視器、彩色視頻攝像機(jī)和彩色打印機(jī)的硬件設(shè)備。

主要有RGB模型、CMY（青、品紅、黃）模型和CMYK（青、品紅、黃、黑）模型。

RGB模型主要用于彩色監(jiān)視器和彩色視頻攝像機(jī)；CMYK主要用于彩色打印機(jī)。

（2）面向諸如彩色動畫圖形創(chuàng)作等的彩色處理應(yīng)用。面向彩色處理應(yīng)用的模型主要是HSI模型（hue-saturation-intensity，即色調(diào)、亮度和飽和度）。

一、RGB彩色模型

黃(255,255,0)黑(0,0,0)綠(0,255,0)青(0,255,255)藍(lán)(0,0,255)品紅(255,0,255)白(255,255,255)紅(255,0,0)RGB色系：一、RGB彩色模型

(0,0,1)

藍(lán)品紅黑黃

白青

(1,0,0)

紅

(0,1,0)

綠RGB灰度級圖10.4RGB彩色立方體示意圖一、RGB彩色模型

HSI（hue-saturation-intensity）彩色模型比較適合于人用色調(diào)（H）、飽和度（S）和亮度（I）描述被觀察物體顏色的解釋，對于開發(fā)基于彩色描述的圖像處理方法是一個(gè)理想的工具。二、HSI彩色模型

白

紅

H

S

青

黑綠黃藍(lán)品紅

I

I=1

I=0

I=0.5圖10.5基于圓形彩色平面的HSI彩色模型

二、HSI彩色模型

HSI彩色模型的定義：二、HSI彩色模型

HSI色系——

亮度分量II

表示光照強(qiáng)度或稱為亮度，它確定了像素的整體亮度，而不管其顏色是什么。I:小大二、HSI彩色模型

HSI色系——

亮度(I)效果示意圖二、HSI彩色模型

HSI色系——

色度分量HH：表示色度，由角度表示。反映了該顏色最接近什么樣的光譜波長。0o為紅色，120o為綠色，240o為藍(lán)色。二、HSI彩色模型

HSI色系——

色度(H)效果示意圖H=0oH=60oH=120oH=180oH=240oH=300o二、HSI彩色模型

HSI色系——

飽和度分量SS：表示飽和度，飽和度參數(shù)是色環(huán)的原點(diǎn)到彩色點(diǎn)的半徑長度。在環(huán)的外圍圓周是純的或稱飽和的顏色，其飽和度值為1。在中心是中性（灰）色，即飽和度為0。二、HSI彩色模型

P

S

H·。紅

青。。黃藍(lán)

綠。

。品紅圖10.6HSI彩色模型中的色調(diào)和飽和度二、HSI彩色模型

HSI色系——

飽和度(S)效果示意圖不完全飽和完全飽和不完全飽和二、HSI彩色模型

同一種色塊，在不同強(qiáng)度的白光照射下，

反射的光波波長一樣（色調(diào)相同），但人眼感覺到的顏色不同。某一顏色的光，亮度很弱，趨于黑色，反之，趨于白色飽和度與亮度的關(guān)系示例二、HSI彩色模型

黑

品紅

綠

紅

黃

藍(lán)白

青圖10.7RGB立方體旋轉(zhuǎn)示意圖三、RGB彩色模型到HSI彩色模型的轉(zhuǎn)換

（10.10）（10.11）（10.12）（10.13）三、RGB彩色模型到HSI彩色模型的轉(zhuǎn)換

三、RGB彩色模型到HSI彩色模型的轉(zhuǎn)換

例：利用RGB彩色模型圖像提取HSI彩色模型的H（色調(diào)）、S（飽和度）和I（亮度）分量圖像的matlab程序。%從RGB圖像提取HSI模型的H、S、I分量圖像的matlab程序clc;clearall;closeall;img0=imread('d:\0_matlab圖像課編程\miroslava.jpg')rgb=im2double(img0);%把圖像數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換為double類型r=rgb(:,:,1);g=rgb(:,:,2);b=rgb(:,:,3);%提取rgb三個(gè)分量圖像%提取H分量，其中eps是防止除數(shù)為0的很小量theta_num=0.5*((r-g)+(r-b));%計(jì)算色調(diào)角式（10.10）的分子theta_den=sqrt((r-g).^2+(r-b).*(g-b));%計(jì)算式（10.10）的分母theta_num=acos(theta_num./(theta_den+eps));%依據(jù)式（10.10）H=theta_num;%根據(jù)式（10.13）計(jì)算H分量值H(b>g)=2*pi-H(b>g);theta_num=min(min(r,g),b);theta_den=r+g+b;theta_den(theta_den==0)=eps;%iftheta_den=0,則theta_den＝0S=1-3.*theta_num./theta_den;%根據(jù)式（10.12）提取S分量H(S==0)=0;%ifS=0,則H＝0I=(r+g+b)/3;%根據(jù)式（10.11）提取I分量subplot(2,2,1);imshow(img0);title('原RGB彩色圖像');%顯示原彩色圖像subplot(2,2,2);imshow(H);title('H分量圖像');%顯示H分量圖像subplot(2,2,3);imshow(S);title('S分量圖像');%顯示S分量圖像subplot(2,2,4);imshow(I);title('I分量圖像');%顯示I分量圖像三、RGB彩色模型到HSI彩色模型的轉(zhuǎn)換

例：利用RGB彩色模型圖像提取HSI彩色模型的H（色調(diào)）、S（飽和度）和I（亮度）分量圖像的matlab程序。三、RGB彩色模型到HSI彩色模型的轉(zhuǎn)換

例：利用RGB彩色模型圖像提取HSI彩色模型的H（色調(diào)）、S（飽和度）和I（亮度）分量圖像的matlab程序。（1）當(dāng)0o≤H<120o：（10.14）（10.15）（10.16）四、HSI彩色模型到RGB彩色模型的轉(zhuǎn)換

（2）當(dāng)120o≤H<240o：（10.17）（10.18）（10.19）四、HSI彩色模型到RGB彩色模型的轉(zhuǎn)換

（10.20）（10.21）（3）當(dāng)240o≤H<120o：（10.22）值得注意的是：300~360之間為非可見光譜色，沒有定義。四、HSI彩色模型到RGB彩色模型的轉(zhuǎn)換

1、CMYK色系——

基本概念這種色系用于印刷行業(yè)。是一種減色系統(tǒng)，將從白光中濾出三種原色之后獲得的顏色，作為其色系的三原色CMY。K為黑色，為了印刷時(shí)，用黑色墨進(jìn)行印刷。

C：青色，從白色中濾去紅色。

M：品紅，從白色中濾去綠色。

Y:黃色，從白色中濾去藍(lán)色。五、其它彩色模型簡介1、CMYK色系——

著色原理著色原理是基于光吸收的。C與M疊加：同時(shí)吸收了R與G，則為藍(lán)色；C與Y疊加：同時(shí)吸收了R與B，則為綠色；M與Y疊加：同時(shí)吸收了G與B，則為紅色。

C：青色，從白色中濾去紅色。

M：品紅，從白色中濾去綠色。

Y:黃色，從白色中濾去藍(lán)色。五、其它彩色模型簡介2、YUV色系——

基本概念在這種色系中

Y：亮度；U，V：色差信號目的是為了使電視節(jié)目可以同時(shí)被黑白電視機(jī)及彩色電視機(jī)接收。電視信號在發(fā)射時(shí)，轉(zhuǎn)換成YUV形式；接收時(shí)再還原成RGB三基色信號，由顯像管顯示。五、其它彩色模型簡介10.3彩色變換

互補(bǔ)。紅色

青色。。

品紅

綠色。。黃色。藍(lán)色圖10.9顏色間的互補(bǔ)關(guān)系

反色是指與某種色調(diào)互補(bǔ)的另一種色調(diào)。

一、反色變換（10.23）

設(shè)f(x,y)為輸入彩色圖像，彩色分量的量化級別為256，則反色圖像g(x,y)與輸入圖像f(x,y)的R、G、B分量之間的關(guān)系可表示為：

一、反色變換圖10.10彩色圖像的反色變換互補(bǔ)。紅色

青色。。

品紅

綠色。。黃色。藍(lán)色

（a）原彩色圖像（b）圖(a)的負(fù)片效果一、反色變換

◆將彩色圖像轉(zhuǎn)變?yōu)榛叶葓D像的處理稱為彩色圖像的灰度化處理。

◆將彩色圖像轉(zhuǎn)換為灰度圖像的實(shí)質(zhì)，就是通過對圖像R、G、B分量的變換，使得每個(gè)像素點(diǎn)的R、G、B分量值相等。

◆彩色圖像的灰度化方法主要包括：最大值法、平均值法和加權(quán)平均值法。

二、彩色圖像的灰度化

(1)最大值法

將輸入圖像中的每個(gè)像素的R、G、B分量值的最大者賦給輸出圖像中對應(yīng)像素的R、G、B分量的方法。用公式可表示為：

(10.24)注：因?yàn)榛叶葓D象像素值的特點(diǎn)是R、G、B分量的亮度值相同。二、彩色圖像的灰度化

(2)平均值法

將輸入圖像中的每個(gè)像素的R、G、B分量的算術(shù)平均值賦給輸出圖像中對應(yīng)像素的R、G、B分量的方法。用公式可表示為：

(10.25)二、彩色圖像的灰度化

(3)加權(quán)平均法

將輸入圖像中的每個(gè)像素的R、G、B分量的加權(quán)平均值賦給輸出圖像中對應(yīng)像素的R、G、B分量的方法

。用公式可表示為：

(10.26)其中:二、彩色圖像的灰度化

人眼對綠光的亮度感覺僅次于白光，是三基色中最亮的，紅光次之，藍(lán)光最低。如果權(quán)值ωG、ωR、ωB滿足條件ωG>ωR>ωB，將會得到比較合理的灰度化結(jié)果。

相關(guān)研究表明，當(dāng)ωG=0.587、ωR=0.299、ωB=0.114時(shí)，得到的灰度化圖像較合理，此時(shí)公式（10.26）就變?yōu)椋?10.27)

(3)加權(quán)平均法

二、彩色圖像的灰度化

（a）原圖（b）最大值法灰度化結(jié)果

（c）平均值法灰度化結(jié)果（d）加權(quán)平均值法灰度化結(jié)果圖10.11彩色圖像的灰度化二、彩色圖像的灰度化

例：將彩色圖像轉(zhuǎn)換為灰度圖像的matlab程序。二、彩色圖像的灰度化

%將彩色圖像轉(zhuǎn)換成灰度圖象matlab程序（rgb_to_gray10_2.m）clc;clearall;closeall;f=imread('d:\0_matlab圖像課編程\miroslava.jpg')[h,w,color]=size(f);%求原彩色圖像的矩陣參數(shù)max_f=zeros(h,w);%創(chuàng)建全零矩陣，存儲最大值灰度圖像fori=1:hforj=1:wmax_f(i,j)=max(f(i,j,:));%最大值轉(zhuǎn)換公式

endendmax_f=uint8(max_f);%將轉(zhuǎn)換結(jié)果轉(zhuǎn)換為8位圖像格式mean_f=zeros(h,w);%創(chuàng)建全零矩陣，存儲平均值灰度圖像fori=1:hforj=1:wsum=0;fork=1:colorsum=sum+f(i,j,k)/3.0;%平均值轉(zhuǎn)換公式endmean_f(i,j)=sum;endendmean_f=uint8(mean_f);weight_f=zeros(h,w);%創(chuàng)建全零矩陣，存儲加權(quán)平均灰度圖像fori=1:hforj=1:wweight_f(i,j)=f(i,j,1)*0.299+f(i,j,2)*0.587+f(i,j,3)*0.114;endendweight_f=uint8(weight_f);subplot(2,2,1);imshow(f);title('原彩色圖像');subplot(2,2,2);imshow(max_f);title('最大值法圖像');subplot(2,2,3);imshow(mean_f);title('平均值法圖像');subplot(2,2,4);imshow(weight_f);title('加權(quán)平均法圖像');例：將彩色圖像轉(zhuǎn)換為灰度圖像的matlab程序。二、彩色圖像的灰度化

例：將彩色圖像轉(zhuǎn)換為灰度圖像的matlab程序。二、彩色圖像的灰度化

◆將真彩色圖像轉(zhuǎn)化為256色圖像會有大量的顏色信息損失掉，因此，在轉(zhuǎn)換過程中要找到合適的映射關(guān)系，使得變化后的256種顏色在原圖像中最具代表性或出現(xiàn)的頻率最高。

兩種常用的轉(zhuǎn)化算法：中位切分法和流行色法。

三、真彩色轉(zhuǎn)變?yōu)?56色

1.中位切分法

中位切分法的基本過程是：

首先，將RGB彩色空間中的3個(gè)坐標(biāo)軸進(jìn)行均勻量化，把每個(gè)坐標(biāo)軸分為256個(gè)級別，0為最暗，255為最亮，這樣真彩色圖像的各種顏色就可以用坐標(biāo)空間的各個(gè)量化點(diǎn)來表示。

然后，將彩色立方體劃分為256個(gè)小立方體，使各立方體包含相同的顏色數(shù)。

最后，求出這256個(gè)小立方體的中心點(diǎn)的顏色。三、真彩色轉(zhuǎn)變?yōu)?56色

1.中位切分法藍(lán)(0,0,255)品紅黑黃

白青

(255,0,0)

紅

(0,255,0)

綠RGB灰度級三、真彩色轉(zhuǎn)變?yōu)?56色

（a）原真彩色圖像（b）轉(zhuǎn)變成的256色圖像

圖10.12利用中位切分法轉(zhuǎn)換真彩色圖像成256色圖像的實(shí)例1.中位切分法三、真彩色轉(zhuǎn)變?yōu)?56色

2.流行色法

流行色算法的基本過程是：首先，對原彩色圖像中各顏色出現(xiàn)的概率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。然后，按照由大到小的順序選擇出前256種顏色。最后，將其它顏色按照與這256種顏色就近的原則進(jìn)行轉(zhuǎn)換，用這256種顏色代替原真彩色圖像中的顏色。三、真彩色轉(zhuǎn)變?yōu)?56色

（a）原真彩色圖像（b）轉(zhuǎn)變成的256色圖像圖10.13利用流行色法轉(zhuǎn)換真彩色圖像成256色圖像的實(shí)例2.流行色法三、真彩色轉(zhuǎn)變?yōu)?56色

原圖

中位切分法轉(zhuǎn)換成的256彩色結(jié)果流行色法轉(zhuǎn)換成的256彩色結(jié)果

轉(zhuǎn)換效果比較：三、真彩色轉(zhuǎn)變?yōu)?56色

◆當(dāng)顏色通道中不同的敏感度、增光因子、偏移量等，使圖像的3個(gè)分量發(fā)生了不同的線性變換時(shí)，就會導(dǎo)致圖像的三基色“不平衡”。

彩色平衡就是通過對色彩偏移的圖像進(jìn)行色彩校正，也即通過調(diào)整圖像的R、G、B三個(gè)分量的強(qiáng)度，恢復(fù)圖像場景原始顏色特征的技術(shù)和過程。

常用的彩色平衡方法有：

●白平衡法

●顏色平均值最小法三、彩色平衡

1.白平衡法

所謂白平衡法，就是將景物中的白色物體在圖像中還原為白色。四、彩色平衡

簡單白平衡法的基本過程是：

首先，依據(jù)式（10.28）計(jì)算出色偏圖像的亮度分量，求出圖像的最大亮度Imax和平均亮度。

其次，設(shè)定一個(gè)較大的閾值T（如0.95），求出圖像中亮度值大于0.95Imax的點(diǎn)的集合。

1.白平衡法（10.28）四、彩色平衡

簡單白平衡法的基本過程是：

然后，認(rèn)為這些點(diǎn)對應(yīng)實(shí)際場景中白色的點(diǎn)，計(jì)算出這些點(diǎn)對應(yīng)的R、G、B分量的均值、、，依據(jù)公式（10.29）確定出白平衡法的調(diào)整參數(shù)KR、KG、KB；最后，利用調(diào)整公式（10.30）對色偏圖像進(jìn)行調(diào)整。1.白平衡法（10.29）（10.30）（a）原色偏圖像（b）白平衡法結(jié)果圖像

圖10.14白平衡法對圖像的彩色平衡1.白平衡法

四、彩色平衡

2.顏色平均值最小法

四、彩色平衡

顏色平均值最小法的基本思想是：

尋找彩色圖像中較強(qiáng)的顏色通道（彩色圖像中，所有像素的某個(gè)彩色分量，構(gòu)成了該分量的彩色通道），通過對較強(qiáng)的顏色通道進(jìn)行抑制和對較弱的顏色通道進(jìn)行增強(qiáng)來達(dá)到彩色平衡的目的。

2.顏色平均值最小法

四、彩色平衡

顏色平均值最小法的基本過程是：

首先，首先計(jì)算色偏圖像各彩色通道的像素平均值

、

、

，并求它們中的最小值

。

其次，統(tǒng)計(jì)各顏色通道中像素值大于

的像素點(diǎn)的個(gè)數(shù)

、

、

，并求它們中的最大值

，該值對應(yīng)的顏色通道即為顏色信息較強(qiáng)的通道。

2.顏色平均值最小法

四、彩色平衡

顏色平均值最小法的基本過程是：

然后，將3個(gè)顏色通道的像素值按照從大到小的順序排列直到它們的個(gè)數(shù)為

時(shí)為止，從而形成3個(gè)顏色通道像素值倒排序向量，并將紅、綠、藍(lán)3個(gè)顏色通道向量中第

個(gè)元素的值

、

、

作為閾值（一般情況下，信息最弱的顏色通道的閾值較小）。

2.顏色平均值最小法

顏色平均值最小法的基本過程是：

接著，依據(jù)式（10.31）確定出顏色平均值最小法的調(diào)整參數(shù)

、

、

。最后，利用調(diào)整公式（10.32）對色偏圖像進(jìn)行調(diào)整。。（10.31）（10.32）

（a）原色偏圖像（b）顏色平均值最小法結(jié)果圖像

圖10.15顏色平均值最小法對色偏圖像彩色平衡的結(jié)果2.顏色平均值最小法

四、彩色平衡

10.4彩色圖像增強(qiáng)

在得到的彩色圖像中，有時(shí)會存在對比度低、顏色偏暗、局部細(xì)節(jié)不明顯等問題，為了改善圖像的視覺效果、突出圖像的特征，利于進(jìn)一步的處理，需要對圖像進(jìn)行增強(qiáng)處理。彩色圖像增強(qiáng)依據(jù)處理對象的不同可分為：

●真彩色增強(qiáng)；

●偽彩色增強(qiáng)；

●假彩色增強(qiáng)?！粽娌噬鰪?qiáng)的處理對象是具有224種顏色的彩色圖像（又稱全彩色圖像）?！魹榱吮苊馄茐膱D像的彩色平衡，真彩色的增強(qiáng)通常選擇在HSI模型下進(jìn)行。一、真彩色增強(qiáng)

◆依據(jù)選擇增強(qiáng)分量和增強(qiáng)目的的不同，可將真彩色增強(qiáng)分為：

●亮度增強(qiáng)；

●色調(diào)增強(qiáng)；

●飽和度增強(qiáng)。

一、真彩色增強(qiáng)

1.亮度增強(qiáng)◆彩色圖像的亮度增強(qiáng)是僅對彩色圖像的亮度分量進(jìn)行處理的增強(qiáng)方法，它的目的是通過對圖像亮度分量的調(diào)整使得圖像在合適的亮度上提供最大的細(xì)節(jié)。

一、真彩色增強(qiáng)

1.亮度增強(qiáng)◆亮度增強(qiáng)可以在其亮度分量上使用第四章介紹的灰度圖像的增強(qiáng)算法，如灰度變換法、直方圖增強(qiáng)法等。

一、真彩色增強(qiáng)

（a）原彩色圖像（b）對比度拉伸的（c）直方圖均衡的增強(qiáng)圖像增強(qiáng)圖像圖10.16真彩色圖像的亮度增強(qiáng)實(shí)例1.亮度增強(qiáng)一、真彩色增強(qiáng)

2.色調(diào)增強(qiáng)

色調(diào)增強(qiáng)是通過增加顏色間的差異來達(dá)到圖像增強(qiáng)的目的，一般可以通過對彩色圖像每個(gè)點(diǎn)的色度值加上或減去一個(gè)常數(shù)來實(shí)現(xiàn)。

一、真彩色增強(qiáng)

2.色調(diào)增強(qiáng)

由于彩色圖像的色度分量是一個(gè)角度值，因此對色度分量加上或減去一個(gè)常數(shù)，相當(dāng)于圖像上所有點(diǎn)的顏色都沿著圖10.8的彩色環(huán)逆時(shí)針或順時(shí)針旋轉(zhuǎn)一定的角度。

◆由于彩色處理色相分量圖像的操作必須考慮灰度級的“周期性”，即對色調(diào)值加上120°和加上480°是相同的?；パa(bǔ)。紅色

青色。。

品紅

綠色。。黃色。藍(lán)色一、真彩色增強(qiáng)

原圖像（a）色度值加上（b）色度值減去

120°的圖像120°的圖像圖10.17真彩色圖像的色度增強(qiáng)實(shí)例2.色調(diào)增強(qiáng)一、真彩色增強(qiáng)

3.飽和度增強(qiáng)

◆飽和度增強(qiáng)可以使彩色圖像的顏色更為鮮明。

◆飽和度增強(qiáng)可以通過對彩色圖像每個(gè)點(diǎn)的飽和度值乘以一個(gè)大于1的常數(shù)來實(shí)現(xiàn)；反之，如果對彩色圖像每個(gè)點(diǎn)的飽和度值乘以小于1的常數(shù)，則會減弱原圖像顏色的鮮明程度。

一、真彩色增強(qiáng)

原圖像

（a）飽和度值乘（b）飽和度值乘以3的圖像

以0.3的圖像圖10.18真彩色圖像的飽和度增強(qiáng)實(shí)例3.飽和度增強(qiáng)一、真彩色增強(qiáng)

◆偽彩色增強(qiáng)的處理對象是灰度圖像?！魝尾噬鰪?qiáng)就是將一幅具有不同灰度級的圖像通過一定的映射轉(zhuǎn)變?yōu)椴噬珗D像，來達(dá)到增強(qiáng)人對圖像的分辨能力。

二、偽彩色增強(qiáng)

◆偽彩色增強(qiáng)可分為空域增強(qiáng)和頻域增強(qiáng)兩種，在這兩種算法中，密度分層法、灰度級-彩色變換法和頻率濾波法是三種較為常用的算法。二、偽彩色增強(qiáng)

1.密度分層法

◆密度分層法（又稱強(qiáng)度分層法）是將灰度圖像中任意一點(diǎn)的灰度值看作該點(diǎn)的密度函數(shù)。

二、偽彩色增強(qiáng)

1.密度分層法

◆

密度分層法的基本過程是：

首先，用平行于坐標(biāo)平面的平面序列L1，L2，…,LN把密度函數(shù)分割為幾個(gè)互相分隔的灰度區(qū)間。

然后，給每一區(qū)域分配一種顏色。這樣就將一幅灰度圖像映射為彩色圖像了。二、偽彩色增強(qiáng)

圖10.19密度分層法空間示意圖圖10.20密度分層法平面示意圖…

…

第N+1種彩色CN+1第二種彩色C2第一種彩色C1L2L10LNL1L20彩色

灰度

LN…

C1C2CNCN+1…1.密度分層法

二、偽彩色增強(qiáng)

圖10.21密度分層法增強(qiáng)實(shí)例1.密度分層法

二、偽彩色增強(qiáng)

圖象偽彩色增強(qiáng)2.灰度級-彩色變換法

◆灰度級-彩色變換偽彩色增強(qiáng)法的基本思想是：對圖像中每個(gè)象素點(diǎn)的灰度值采用不同的變換函數(shù)進(jìn)行3個(gè)獨(dú)立的變換，并將結(jié)果映射為彩色圖像的R、G、B分量值，由此就可以得到一幅RGB空間上的彩色圖像。

二、偽彩色增強(qiáng)

2.灰度級-彩色變換法

◆

由于灰度級-彩色變換法在變換過程中用到了三基色原理，與密度分層法相比，該算法可有效地拓寬結(jié)果圖像的顏色范圍。二、偽彩色增強(qiáng)

圖10.22灰度級-彩色變換法示意圖2.灰度級-彩色變換法

二、偽彩色增強(qiáng)

（a）原灰度圖像（b）得到的偽彩色圖像圖10.23灰度級-彩色變換法實(shí)例2.灰度級-彩色變換法

二、偽彩色增強(qiáng)

圖象偽彩色增強(qiáng)3.頻率濾波法

◆頻率濾波偽彩色增強(qiáng)法的基本思想是：

首先對原灰度圖像進(jìn)行傅立葉變換，然后用3種不同的濾波器分別對得到的頻率（譜）圖像進(jìn)行獨(dú)立的濾波處理，處理完后再用傅立葉逆變換將得到三種不同頻率的圖像映射為單色圖像，經(jīng)過一定的后處理，最后把這三幅灰度圖像分別映射為彩色圖像的R、G、B分量，這樣就可以得到一幅RGB空間上的彩色圖像二、偽彩色增強(qiáng)

3.頻率濾波法

◆與密度分層法和灰度級-彩色變換法兩種算法相比，頻率濾波法輸出的偽彩色與灰度圖像的灰度級無關(guān)，僅與灰度圖像不同空間頻率成分有關(guān)。

二、偽彩色增強(qiáng)

圖10.24頻率濾波法變換示意圖濾波1濾波2濾波3IFFTIFFTIFFT后處理后處理后處理3.頻率濾波法

二、偽彩色增強(qiáng)

（a）原灰度圖像（b）得到的偽彩色圖像圖10.25頻率濾波法增強(qiáng)實(shí)例3.頻率濾波法

二、偽彩色增強(qiáng)

◆假彩色增強(qiáng):

從一幅初始的彩色圖像或者從多譜圖像的波段中生成增強(qiáng)的彩色圖像的一種方法。

假彩色增強(qiáng)的實(shí)質(zhì)是從一幅彩色圖像映射到另一幅彩色圖像，由于得到的彩色圖像不再能反映原圖像的真實(shí)色彩，因此稱為假彩色增強(qiáng)。三、假彩色增強(qiáng)

其意義在于：◆畫家通常把圖像中的景物賦以與現(xiàn)實(shí)不同的顏色，以達(dá)到引人注目的目的?！魧τ谝恍┘?xì)節(jié)特征不明顯的彩色圖像，可以利用假彩色增強(qiáng)將這些細(xì)節(jié)賦以人眼敏感的顏色，以達(dá)到辨別圖像細(xì)節(jié)的目的?！粼谶b感技術(shù)中，利用假彩色圖像可以將多光譜圖像合成彩色圖像，使圖像看起來逼真、自然，有利于對圖像進(jìn)行后續(xù)的分析與解譯。三、假彩色增強(qiáng)

(10.33)

假彩色增強(qiáng)可以看作是一個(gè)從原圖像到新圖像的線性坐標(biāo)變換。三、假彩色增強(qiáng)

10.5彩色圖像的平滑

與灰度圖像的平滑相比，彩色圖像的平滑處理相對比較復(fù)雜，除了處理的對象是向量外，還要注意圖像所用的彩色空間，因?yàn)殡S著所用彩色空間的不同，所處理的向量表示的含義也不同。（10.34）(10.35)

設(shè)位于點(diǎn)(x,y)處的顏色向量為，則由灰度圖像的平滑公式可以得到彩色圖像的平滑公式為：

該平滑公式還可寫成：

一、基于RGB彩色模型的彩色圖像平滑一、基于RGB彩色模型的彩色圖像平滑

RGB彩色圖像的平滑步驟：

（1）提取RGB彩色圖像的R、G、B分量，得到單色的R、G、B分量圖像。一、基于RGB彩色模型的彩色圖像平滑

RGB彩色圖像的平滑步驟：

（2）分別對單色的R、G、B分量圖像進(jìn)行平滑（可利用相關(guān)的灰度圖像平滑方法實(shí)現(xiàn)）。

（3）將平滑后的R、G、B分量圖像，合成成RGB彩色圖像。

clc;clear;input_f=imread('d:\0_matlab圖像課編程\boy.jpg')J1(:,:,1)=input_f(:,:,1);%提取I中的紅色J1(:,:,2)=0;J1(:,:,3)=0;J2(:,:,2)=input_f(:,:,2);%提取I中的綠色J2(:,:,1)=0;J2(:,:,3)=0;J3(:,:,3)=input_f(:,:,3);%提取I中的藍(lán)色J3(:,:,1)=0;J3(:,:,2)=0;figure;subplot(221);imshow(input_f);title('原圖像');%顯示原圖subplot(222);imshow(J1);title('紅色分量圖像');%顯示提取的紅色部分subplot(223);imshow(J2);title('綠色分量圖像');%顯示提取的綠色部分subplot(224);imshow(J3);title('藍(lán)色分量圖像');%顯示提取的藍(lán)色部分

◆HSI模型的彩色圖像的3個(gè)分量H、S、I分別表示圖像的色調(diào)、飽和度和亮度信息，如果象處理RGB圖像那樣利用式(10.35)對圖像進(jìn)行平滑，那么得到的圖像的顏色將會因?yàn)轭伾至康幕旌隙l(fā)生變化。

所以，HSI模型的彩色圖像僅對圖像的亮度信息進(jìn)行平滑才有意義。

二、基于HSI彩色模型的彩色圖像平滑原圖像(a)原圖的(b)原圖的(C)原圖的

H分量S分量I分量二、基于H