數(shù)字圖像處理DigitalImageProcessing7.1彩色圖像的基本概念7.2彩色模型7.3偽彩色增強(qiáng)處理7.4真彩色處理7第七章彩色圖象處理7.1.1彩色視覺基礎(chǔ)7.1.2三基色與色匹配7.1.3色度圖7.17.1彩色圖像的基本概念7.1彩色圖像的基本概念如下圖所示,可視光區(qū)的波長(zhǎng)在400nm~700nm，當(dāng)光譜采樣限制到三個(gè)人類視覺系統(tǒng)敏感的紅、綠、藍(lán)光波段時(shí)，對(duì)這三個(gè)光譜帶的光能量進(jìn)行采樣，就可以得到一幅彩色圖像。

400nm700nm紫外光紅外光可見光區(qū)546.1nm435.8nm780nm7.1彩色圖像的基本概念三種基本色也稱三原色（其中任兩色的混合并不能生成第三色）

視網(wǎng)膜中存在三種基本的顏色感知錐細(xì)胞

所有顏色都可看作是三種基本的顏色不同組合，如白

色可由紅、綠、藍(lán)相加而得：RGB三種顏色每一種都有256個(gè)亮度水平級(jí)，三種色彩疊加就形成足以再現(xiàn)這個(gè)絢麗世界的1670萬(wàn)種色彩了（真彩）三種感受器：視網(wǎng)膜上有3種不同的感受彩色的錐細(xì)胞反應(yīng)曲線：分布較寬，互相重疊7.1彩色圖像的基本概念三色混合/匹配：相加配對(duì)：C

rR+gG+bBr，g，b：比例系數(shù)，r+g+b=1直接用RGB表示顏色，存在負(fù)的系數(shù)，導(dǎo)致該色不能物理實(shí)現(xiàn)，再現(xiàn)顏色范圍縮小。CIE定義了三種標(biāo)準(zhǔn)基色XYZ（三個(gè)刺激量）：對(duì)白光，有X=Y=Z=1在匹配實(shí)驗(yàn)中，如果被匹配的顏色很飽和，那么用紅、綠、藍(lán)三原色可能實(shí)現(xiàn)不了匹配，這時(shí)就需要把少量的三原色之一加到被匹配的顏色上，并與余下的兩種原色相匹配。例如，對(duì)光譜的黃單光就不能用三原色的混合獲得滿意的匹配。這時(shí)，只用紅和綠兩原色相混合，而把少量的藍(lán)原色加到黃光譜色一側(cè)。這一顏色匹配關(guān)系仍可用方程：C﹢B（B）≡R（R）﹢G（G）這一方程在色度學(xué)中可寫成：C≡R（R）﹢G（G）﹣B（B）7.1彩色圖像的基本概念C=xX+yY+zZx+y+z=1橫軸對(duì)應(yīng)紅色的色系數(shù)r，縱軸對(duì)應(yīng)綠色的色系數(shù)g，藍(lán)色的色系數(shù)可由式z=1

(x+y)求得色度圖在色度圖中：(1)每點(diǎn)都對(duì)應(yīng)一種顏色(2)邊界上的點(diǎn)代表純顏色，移向中心表示混合的白光增加而純度減少。連接中心點(diǎn)到邊界上的線具有同樣的色調(diào)(3)連接任兩端點(diǎn)的直線上的各點(diǎn)表示將這兩端點(diǎn)所代表的顏色相加可組成的一種顏色(4)過(guò)C點(diǎn)直線端點(diǎn)的兩彩色為互補(bǔ)色各點(diǎn)為光譜中各顏色的色度坐標(biāo)相加混色法：由發(fā)光體發(fā)出的光相加而產(chǎn)生的各種顏色彩色電視機(jī)的彩色是通過(guò)相加混合而成的7.1彩色圖像的基本概念相減混色法：先有白色光，然后從中減去某些成份（吸收）得到各種顏色。顏料三基色為黃色、青色和紫，分別為光三基色的補(bǔ)色。如，白－藍(lán)＝黃，白－紅＝青，白－綠＝紫。這三種基色相加就變成黑色，因?yàn)楣馊勘晃樟?。彩色打印機(jī)的彩色是通過(guò)顏料相互混合而成的。三補(bǔ)色用白色減去一種顏色就可以得到它的補(bǔ)色。相加得到白光的兩種顏色稱為互補(bǔ)色。三種補(bǔ)色：紫（M，magenta，即紅加藍(lán)）青（C，cyan，即綠加藍(lán)）黃（Y，yellow，即紅加綠）顏料中的三基色是指吸收一種光基色并讓其他兩種基色反射的顏色，所以顏料的三基色正是光的三個(gè)補(bǔ)色，而顏料的三補(bǔ)色是光的三基色。7.2彩色模型彩色模型：也稱顏色空間(又稱彩色空間或彩色系統(tǒng)），它的用途是在某些標(biāo)準(zhǔn)下對(duì)彩色加以說(shuō)明。本質(zhì)上，彩色模型是坐標(biāo)系統(tǒng)的闡述。位于系統(tǒng)的每種顏色都有單個(gè)點(diǎn)表示。彩色模型：彩色空間中的顏色通常用代表3個(gè)參數(shù)的3維坐標(biāo)來(lái)描述，其顏色要取決于所使用的坐標(biāo)。面向硬設(shè)備的彩色模型RGB模型：相加混色模型以RGB三色光互相疊加來(lái)實(shí)現(xiàn)混色的方法適合于顯示器等發(fā)光體的顯示建立在笛卡兒坐標(biāo)系統(tǒng)里，其中三個(gè)軸分別為R，G，B，模型的空間是個(gè)正方體，原點(diǎn)對(duì)應(yīng)黑色，離原點(diǎn)最遠(yuǎn)的頂點(diǎn)對(duì)應(yīng)白色從黑到白的灰度值分布在從原點(diǎn)到離原點(diǎn)最遠(yuǎn)頂點(diǎn)間的連線上R:200

G:50B:1207.2彩色模型CMY模型彩色印刷或彩色打印的紙張是不能發(fā)射光線的，因而印刷機(jī)或彩色打印機(jī)就只能使用一些能夠吸收特定的光波而反射其他光波的油墨或顏料。油墨或顏料的3基色是青（Cyan）、紫（Magenta）和黃（Yellow），簡(jiǎn)稱為CMYCMY模型：顏料中的三基色面向硬設(shè)備的彩色模型從RGB到CMY的轉(zhuǎn)換為RGB空間的彩色圖像CMY空間的彩色圖像7.2彩色模型I1，I2，I3模型：將彩色用RGB的不同組合來(lái)表達(dá)用于彩色圖像分割歸一化顏色模型：對(duì)觀察方向、物體幾何、照明方向和亮度變化具有不變性HSI模型：H表示色調(diào)（hue）S表示飽和度（saturation）I表示亮度（intensity，對(duì)應(yīng)成象亮度和圖象灰度）I：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。與物體的反射率成正比，對(duì)應(yīng)顏色的明亮度，加入白色越多，越明亮相同色調(diào)和飽和度不同的亮度左部的亮度最小右部的亮度最大H：表示色調(diào)，由角度表示。反映了該顏色最接近什么樣的光譜波長(zhǎng)。色調(diào)是最容易把顏色區(qū)分開的屬性，摻入白色光色調(diào)不變色調(diào)用紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫

等術(shù)語(yǔ)來(lái)刻畫。0o為紅色，120o為綠色，240o為藍(lán)色。7.2彩色模型H=0oH=60oH=120oH=180oH=240oH=300oS：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(zhǎng)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）影調(diào)，即飽和度為0。完全飽和的顏色是指沒(méi)有滲入白光所呈現(xiàn)的顏色S=0S=1S=1/4S=1/2HSI模型兩個(gè)基本特點(diǎn)：I分量與圖象的彩色信息無(wú)關(guān)H和

S分量與人感受顏色的方式緊密相連（合稱色度）7.2彩色模型HSI模型表示：

從RGB轉(zhuǎn)換到HSI：從HSI轉(zhuǎn)換到RGB(1)當(dāng)H在[0

,120

]之間：(2)當(dāng)H在[120

,240

]之間：(3)

當(dāng)H在[240

,300

]之間注意：300~360之間為非可見光譜色，沒(méi)有定義7.2彩色模型HSV模型一般用六棱錐（hexcone）來(lái)表示H同HSI模型7.3偽彩色特點(diǎn)對(duì)原來(lái)灰度圖象中不同灰度值的區(qū)域賦予不同的顏色以更明顯地區(qū)分他們不同灰度區(qū)域＝＝>

賦予不同顏色“偽”典型方法(1)亮度切割(2)利用變換函數(shù)(3)頻域?yàn)V波7.3偽彩色(1)亮度切割將圖象看作2-D亮度函數(shù)用1個(gè)平行于圖象坐標(biāo)平面的平面去切割圖象亮度函數(shù)，從而把亮度函數(shù)分成2個(gè)灰度值區(qū)間(2)從灰度到彩色的變換（映射）利用（點(diǎn)—點(diǎn)）幅度變換函數(shù)對(duì)灰度值用3個(gè)獨(dú)立變換來(lái)處理不同范圍的灰度值由不同顏色增強(qiáng)(3)頻域?yàn)V波對(duì)原來(lái)灰度圖象中的不同頻率分量（可分別借助低通，帶通/帶阻，高通濾波器獲得）賦予不同的顏色7.4真彩色處理處理策略兩種處理策略(1)將一幅彩色圖象看作三幅分量圖象的組合體，先分別單獨(dú)處理，再將結(jié)果合成(2)將一幅彩色圖象中的每個(gè)象素看作具有三個(gè)屬性值，即屬性現(xiàn)在為一個(gè)矢量，利 用對(duì)矢量的表達(dá)方法進(jìn)行處理（a）原圖像（b）圖(a)的R分量（c）圖(a)的G分量（d）圖(a)的B分量原圖像(a)原圖的(b)原圖的(C)原圖的

H分量S分量I分量對(duì)單分量進(jìn)行增強(qiáng)(1)將R，G，B分量圖轉(zhuǎn)化為H，S，I分量圖(2)

利用對(duì)灰度圖增強(qiáng)的方法增強(qiáng)其中的某個(gè)分量圖(3)再將結(jié)果轉(zhuǎn)換為R，G，B分量圖亮度增強(qiáng)

在上述增強(qiáng)的第2個(gè)步驟選用了亮度分量圖飽和度增強(qiáng)與圖像的亮度增強(qiáng)相似色調(diào)增強(qiáng)對(duì)每個(gè)像素的色調(diào)值加一個(gè)常數(shù)（角度值），將會(huì)使每個(gè)目標(biāo)的顏色在色譜上移動(dòng)7.4真彩色處理亮度增強(qiáng)：不改變?cè)瓐D的彩色內(nèi)容，但增強(qiáng)后的圖看起來(lái)還可能會(huì)有些色感不同

只需對(duì)亮度變換k=0.7(a）原圖像（b）亮度增強(qiáng)后的圖像（c）亮度減弱后的圖像7.4真彩色處理色調(diào)增強(qiáng)色調(diào)增強(qiáng)是通過(guò)增加顏色間的差異來(lái)達(dá)到圖像增強(qiáng)的目的，一般可以通過(guò)對(duì)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(lái)實(shí)現(xiàn)。由于彩色圖像的色度分量是一個(gè)角度值，因此對(duì)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(jí)的“周期性”，即對(duì)色調(diào)值加上120°和加上480°是相同的。

原圖像（a）色度值加上（b）色度值減去

120°的圖像120°的圖像飽和度增強(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(guò)對(duì)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(lái)實(shí)現(xiàn)；反之，如果對(duì)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(huì)減弱原圖像顏色的鮮明程度。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7.4真彩色處理彩色圖像的灰度化

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(guò)對(duì)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。（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)果真彩色轉(zhuǎn)變?yōu)?56色

將真彩色圖像轉(zhuǎn)化為256色圖像會(huì)有大量的顏色信息損失掉，因此，在轉(zhuǎn)換過(guò)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1.中位切分法（a）原真彩色圖像（b）轉(zhuǎn)變成的