第6章彩色圖像處理 圖像在成像、記錄及傳輸過程中，由于采樣方法不當以及成像設(shè)備的使用不正確等原因，會導(dǎo)致圖像的質(zhì)量下降，主要表現(xiàn)是圖像出現(xiàn)模糊、失真和噪聲等現(xiàn)象。本章從圖像的降質(zhì)模型出發(fā)，分析圖像降質(zhì)的原因，從而找到圖像恢復(fù)的方法。主要介紹典型的圖像復(fù)原方法，包括退化函數(shù)估計、逆濾波復(fù)原、維納濾波復(fù)原和空域中去噪的圖像復(fù)原方法。教學(xué)內(nèi)容概要本次課程內(nèi)容1.人類感知與色彩空間2.色彩模型基礎(chǔ)3.彩色圖像處理4.假彩色處理數(shù)字圖像中包含有豐富的色彩信息，在數(shù)字圖像處理過程中，利用彩色圖像很容易將物體從圖像中識別出來或者將圖像的信息進行增強?？筛鶕?jù)人類的視覺感知特性，實現(xiàn)對圖像色彩的感知和有效處理。人類對顏色的感知，既有光的物理性質(zhì)影響，也有心理因素。1.人類感知與色彩空間人眼能夠感知的可見光，是由人眼捕獲的并經(jīng)由顏色感知到的電磁波。光是由不同波段的光譜組成的，各種波長的光按照不同的比例混合，形成不同的顏色圖像的色彩是由于不同波長的光作用于視覺，引起不同刺激的結(jié)果如圖，利用三棱鏡證明了白光是所有可見光的組合

人類感知與色彩空間圖像的色彩是由于不同波長的光作用于視覺，并引起不同刺激的結(jié)果自然界的任何顏色都可以分解成三種基本顏色（三原色）。三種基本顏色的波長分別為：700nm（R）546.1nm（G）435.8nm（B）；R表示紅光、G表示綠光、B表示藍光。三原色之間是相互獨立的。2.色彩模型基礎(chǔ)

線性顏色空間RBG色彩模型CMY色彩模型XYZ色彩模型非線性顏色空間HSV與HSI色彩模型Lab,Luv

常見的色彩模型RBG色彩模型是最常見的一種色彩模型，以紅（Red）、綠(Green)、藍(Blue)三基色作為三維空間的基單位立方體的頂點處表示各原色量的RGB顏色，正方體的頂點(0,0,0)為黑色，(1,1,1)為白色,主對角線是由黑到白的漸變灰度，產(chǎn)生由暗到亮的顏色RBG色彩模型中，所有顏色都可看作是三種基本顏色混合而成（1）RBG色彩模型三基色的加權(quán)混合，不僅反映了顏色的色度，而且反映了顏色的亮度.如果只對色度感興趣，希望顏色不依賴于亮度變化，則只需考慮R,G,B之間的比例關(guān)系:r,g,b稱為色度坐標，只有兩個坐標是獨立的，形成二維色度空間.規(guī)范化RGB顏色空間RBG色彩模型（續(xù)）彩色圖像到灰度圖像的轉(zhuǎn)換在NTSC美制電視制亮度規(guī)范中在PAL電視制亮度規(guī)范中

RBG色彩模型主要應(yīng)用于彩色電影、電視、測色計的應(yīng)用之中RBG色彩模型（續(xù)）8種顏色對應(yīng)的R、G、B值顏色名R值G值B值紅25500綠02550藍00255白255255255黑000青0255255紫2550255黃2552550CMY色彩模型是以青（Cyan），品紅（Magenta），黃（Yellow）為三基色。CMY色彩模型，如圖所示正方體的頂點分別為紅、黃、綠、青、藍、品紅，正方體的頂點(1,1,1)為白色，(0,0,0)為黑色,主對角線是由白到黑的漸變，產(chǎn)生由亮到暗的灰度變化。（2）CMY色彩模型在RGB顏色空間中，顏色的形成是由黑到白的增色處理過程，RGB被稱為加色模式，用于屏幕的彩色輸出；在CMY顏色空間中，顏色的形成是由白到黑的減色處理過程，故稱為減色原色空間，它主要用于繪圖和打印的彩色輸出。定義顏色是三基色X,Y,Z的加權(quán)組合:(X),(Y),(Z)是基色量，X,Y,Z是比例系數(shù)滿足以下條件：三色比例系數(shù)X,Y,Z大于零；Y的數(shù)值等于彩色光的亮度；當X=Y=Z時表示標準白光.

(3)CIEXYZ顏色空間對X,Y,Z三基色規(guī)范化：只需考慮兩個獨立分量規(guī)范化XYZ顏色空間(Nxyz)HSV（HueSaturationValue）色彩模型是根據(jù)色調(diào)（hue）、色飽和度（saturation）和明度值(value)建立HSV顏色模型。當使用強度（intensity）、明度（brightness）或亮度（lightness）等代替value時，這時就稱為HIS、HSB或HSL色彩模型HSV色彩模型的示意圖，如下：（4）HSV與HSI色彩模型色調(diào)H（Hue）：又稱為色相，是當人眼看到一種或幾種波長的光時所產(chǎn)生的彩色感覺，它反映顏色的種類。紅色的色飽和度為0o,綠色的色飽和度為120o，藍色的色飽和度為240o。不同色調(diào)的顏色的實例(a)色調(diào)色飽和度S（Saturation）:是顏色的純度，可以用于區(qū)別顏色的深淺程度，如果混入的白光越少，飽和度越高，顏色越鮮明。色飽和度由彩色點到灰度軸（或平面色環(huán)的原點）的距離決定。品紅顏色不同色飽和度的實例如下。（b)色飽和度亮度（或灰度）（Intensity）：亮度是視覺系統(tǒng)對可見物體輻射或者發(fā)光多少的感知屬性。通常把色調(diào)和飽和度稱為色度，亮度表示顏色的明亮程度，而色度表示顏色的類別及深淺程度。(c)亮度CIE在XYZ顏色空間的基礎(chǔ)上，定義了兩種一致顏色空間：Lab空間，Luv空間Lab空間是標準白光對應(yīng)的X,Y,Z值(5)CIEL*a*b*與L*u*v*顏色空間Luv空間（a)RGB空間到HSI空間的轉(zhuǎn)換(4)各種色彩空間之間的轉(zhuǎn)換

(b)HSI空間到RGB空間的變換各種色彩空間之間的轉(zhuǎn)換

(b)HSI空間到RGB空間的變換各種色彩空間之間的轉(zhuǎn)換為非可見光，因此沒有定義RGB色彩空間到CMY空間的變換空間從L*a*b*(L*u*v*)空間變換到HSV空間HSV與Lab(Luv)的關(guān)系灰度化方法彩色圖像的取反處理彩色圖像馬賽克處理彩色圖像的浮雕處理2.RGB彩色圖像的特效處理對于深度為8的灰度圖像僅能夠表示出256個灰度等級，對于彩色圖像來說具有R、G和B三個通道.灰度化處理方法：

Gray(i,j)=0.11*R(i,j)+0.59*G(i,j)+0.3*B(i,j)例如：（a)灰度化方法用255分別減去當前像素的藍、綠、紅三個分量值

將得到的結(jié)果再作為該像素的藍、綠、紅三個分量值

(b)彩色圖像的取反處理將圖像從形式上劃分為很多小塊，在每塊內(nèi)的各個像素都取到相同的紅、綠、藍顏色值，從而對某些細節(jié)進行模糊化處理，使圖像粗糙化。例如，如果對于3×3的矩陣區(qū)域進行處理時，并且原來圖像表示為，處理后的圖像用表示，那么處理方法為：（c）彩色圖像馬賽克處理9×9處理后的圖像將圖像的變化部分突出出來，相同顏色部分則被淡化，使圖像出現(xiàn)縱深感方法：（d）彩色圖像的浮雕處理對于彩色圖像的處理可以采取兩類方法進行：分別處理彩色圖像的每個通道（例如R、G、B），然后，將分別處理的結(jié)果合成作為彩色圖像的結(jié)果。把像素的顏色看作是顏色空間中的一個點，也可以看作是一個向量，在向量空間中對圖像進行處理。我們這里只介紹第一種3.彩色圖像處理彩色圖像的變換可以描述為：

其中為輸入的彩色圖像，為變換后的彩色輸出圖像。是在空間域上的變換。對于RGB色彩模型，處理的方法是，將同樣的操作在R,G,B三個分量上分別進行，然后將結(jié)果合成新的顏色在鄰域中RGB分量的平均值為平滑濾波可以使圖像模糊化，從而減少圖像中的噪聲

（1）彩色圖像平滑（1）彩色圖像平滑彩色圖像的平滑濾波銳化的主要目的是突出圖像的細節(jié)，以Laplacian算子的銳化處理為例進行說明在RGB彩色系統(tǒng)中，任意像素的顏色的Laplacian變換可以計算為（2）彩色圖像銳化彩色圖像銳化

彩色圖像的銳化濾波把真實的自然彩色圖象或遙感多光譜圖象處理成假彩色圖象。用途：（1）景物映射成奇異彩色，比本色更引人注目。（2）適應(yīng)人眼對顏色的靈敏度，提高