彩色圖象處理

1、章毓晉清華大學(xué)電子工程系 100084 北京圖象工程第2頁(yè)第7講章毓晉 (TH-EE-IE)第第7章章 彩色彩色圖象處理圖象處理 7.1 彩色視覺和描述7.2 彩色模型 7.3 偽彩色增強(qiáng)7.4 真彩色處理第3頁(yè)第7講章毓晉 (TH-EE-IE)7.1 彩色視覺彩色視覺和描述和描述 顏色知覺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 第4頁(yè)第7講章毓晉 (TH-EE-IE)7.1.1 彩色視覺基礎(chǔ)彩色和顏色彩色和顏色顏色可分為無(wú)彩色和有彩色兩大類顏色可分為無(wú)彩色和有彩色兩大類無(wú)彩色指白色、黑色和各種深淺程度不同的灰色能夠同樣吸收所有波長(zhǎng)光的表面看起來(lái)是灰色的，反射的光多顯

2、淺灰色，反射的光少顯深灰色以白色為一端，通過(guò)一系列從淺到深排列的各種灰色，到達(dá)另一端的黑色，這些灰色可以組成一個(gè)黑白系列！彩色指除去上述黑白系列以外的各種顏色！彩色指除去上述黑白系列以外的各種顏色！通常所說(shuō)的顏色一般多指彩色！通常所說(shuō)的顏色一般多指彩色 第5頁(yè)第7講章毓晉 (TH-EE-IE)7.1.2 三基色與色匹配 三種基本色：三種基本色：紅（R，red）：700 nm綠（G，green）：546.1 nm藍(lán)（B，blue）： 435.8 nm三種三種補(bǔ)色補(bǔ)色：品紅（M，magenta，即紅加藍(lán)） 藍(lán)綠（C，cyan，即綠加藍(lán)）黃（Y，yellow，即紅加綠）第6頁(yè)第7講章毓晉 (TH-E

3、E-IE)7.1.2 三基色與色匹配三三種感受器：種感受器：反應(yīng)曲線：分布較寬，互相重疊第7頁(yè)第7講章毓晉 (TH-EE-IE)7.1.2 三基色與色匹配三色混合/匹配：相加配對(duì)：C rR + gG + bBR，G，B：三原色r，g，b：比例系數(shù)，r + g + b = 1僅相加不能配對(duì)時(shí)：C rR + gG bBbB + C rR + gG第8頁(yè)第7講章毓晉 (TH-EE-IE)7.1.2 三基色與色匹配國(guó)際照度委員會(huì)國(guó)際照度委員會(huì)CIE設(shè)定的彩色R，G，B 第9頁(yè)第7講章毓晉 (TH-EE-IE)彩色的三種基本特性量：彩色的三種基本特性量：輝度： 與物體的反射率成正比色調(diào)： 與光譜中光的波

4、長(zhǎng)相聯(lián)系飽和度：與一定色調(diào)光的純度有關(guān)色調(diào)和飽和度合起來(lái)稱為色度彩色可用輝度和色度共同表示7.1.3 色度圖第10頁(yè)第7講章毓晉 (TH-EE-IE)7.1.3 色度圖設(shè)每種刺激量的比例系數(shù)為x，y，z，則有C = xX + yY + zZ 三個(gè)色系數(shù) （歸一化）：ZYXXxZYXYyZYXZz1zyx第11頁(yè)第7講章毓晉 (TH-EE-IE)7.1.3 色度圖色度圖：(舌形圖)借助于已歸一化的三個(gè)色系數(shù) x X y Yz = 1 (x + y)1.00.60.40.20.40.60.81.00.00.80.2520540510550560570580590600530700770530620

5、500490480470460綠黃紅藍(lán)紫400XYC第12頁(yè)第7講章毓晉 (TH-EE-IE)7.1.3 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，中心點(diǎn)處純度為零(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(5)三角形包含由三頂點(diǎn)可組成的彩色第13頁(yè)第7講章毓晉 (TH-EE-IE)7.2 彩色模型彩色模型7.2.1 面向硬設(shè)備的彩色模型 諸如彩色顯示器或打印機(jī)之類的硬設(shè)備 (RGB模型，CMY模型) 7.2.2 面向視覺感知的彩色模型以彩色處理為目的的應(yīng)用(HSI模型，HSV模型)第14頁(yè)第7

6、講章毓晉 (TH-EE-IE)7.2.1 面向硬設(shè)備的彩色模型RGB模型模型：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，而立方體內(nèi)其余各點(diǎn)對(duì)應(yīng)不同的顏色，可用從原點(diǎn)到該點(diǎn)的矢量表示 第15頁(yè)第7講章毓晉 (TH-EE-IE)RGB模型模型：7.2.1 面向硬設(shè)備的彩色模型第16頁(yè)第7講章毓晉 (TH-EE-IE)CMY模型模型：主要用于彩色打印，這三種補(bǔ)色可分別由從白光中減去三種基色而得到從CMY到RGB的轉(zhuǎn)換為 CR1MG1YB17.2.1 面向硬設(shè)備的彩色模型第17

7、頁(yè)第7講章毓晉 (TH-EE-IE)I1，I2，I3模型模型：將彩色用RGB的不同組合來(lái)表達(dá)I1是最佳特征，I2是次佳特征變型變型 31BGRI22BRI423BRGIBRI2223BRGI7.2.1 面向硬設(shè)備的彩色模型第18頁(yè)第7講章毓晉 (TH-EE-IE)歸一化顏色模型：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 22221)()()()(),(BGBRGRGRBGRl22222)()()()(),(BGBRGRBRBGRl22223)()()()(),(BGBRGRBGBGRl7.2.1 面向硬設(shè)備的彩色模型第19頁(yè)第7講章毓晉 (TH-EE-IE)7.2.2

8、 面向視覺感知的彩色模型HSI模型：模型：H 表示色調(diào)（hue）S 表示飽和度（saturation）I 表示密度（intensity，對(duì)應(yīng)成象亮度和圖象灰度）兩個(gè)基本特點(diǎn)：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） 第20頁(yè)第7講章毓晉 (TH-EE-IE)HSI模型表示：模型表示：7.2.2 面向視覺感知的彩色模型第21頁(yè)第7講章毓晉 (TH-EE-IE)7.2.2 面向視覺感知的彩色模型從RGB轉(zhuǎn)換到HSI：BGRI31),min()(31BGRBGRS21 2 2 arccosBGBRGRBRGRHP.169 第22頁(yè)第7講章毓晉

9、(TH-EE-IE)7.2.2 面向視覺感知的彩色模型從HSI轉(zhuǎn)換到RGB：(1)當(dāng)H在0, 120之間：)1 (SIB)60cos(cos1 HHSIR)(3RBIGBHGRPYMC第23頁(yè)第7講章毓晉 (TH-EE-IE)7.2.2 面向視覺感知的彩色模型從HSI轉(zhuǎn)換到RGB：(2)當(dāng)H在120, 240之間：)1 (SIR)180cos()120cos(1 HHSIG)(GRIB 3第24頁(yè)第7講章毓晉 (TH-EE-IE)7.2.2 面向視覺感知的彩色模型從HSI轉(zhuǎn)換到RGB：(3)當(dāng)H在240, 360之間：)1 (SIG)300cos()240cos(1 HHSIB)(3BGIR第

10、25頁(yè)第7講章毓晉 (TH-EE-IE)7.2.2 面向視覺感知的彩色模型HSV模型模型一般用六棱錐（hexcone）來(lái)表示 H同HSI模型 HSV白黑 V= 1V= 0H紅= 0H= 120綠藍(lán) H= 240P)max(),min(),max(BGRBGRBGRS255),max(BGRV 第26頁(yè)第7講章毓晉 (TH-EE-IE)7.3 偽偽彩色彩色增強(qiáng)增強(qiáng)原理原理人眼對(duì)顏色比對(duì)灰度有較大的分辨能力對(duì)灰度：幾十對(duì)彩色：幾千分類分類(1) 偽彩色增強(qiáng)方法(2)真彩色增強(qiáng)方法第27頁(yè)第7講章毓晉 (TH-EE-IE)7.3 偽彩色偽彩色增強(qiáng)增強(qiáng)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

11、以更明顯地區(qū)分他們不同灰度區(qū)域 賦予不同顏色典型方法典型方法(1) 亮度切割(2)利用變換函數(shù)(3)頻域?yàn)V波“偽偽”第28頁(yè)第7講章毓晉 (TH-EE-IE)7.3 偽彩色偽彩色增強(qiáng)增強(qiáng)(1) 亮度切割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 Lx, ylmcmmc+10第29頁(yè)第7講章毓晉 (TH-EE-IE)7.3 偽彩色偽彩色增強(qiáng)增強(qiáng)(2)從灰度到彩色的變換（映射）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)R0G0B0fff第30頁(yè)第7講章毓晉 (T

12、H-EE-IE)7.3 偽彩色偽彩色增強(qiáng)增強(qiáng)(2)從灰度到彩色的變換從灰度到彩色的變換將3個(gè)變換的結(jié)果分別輸入3個(gè)電子槍? ?該方法可看作亮度切割的推廣（任意函數(shù)）f紅色變換IRGB綠色變換藍(lán)色變換()(x, yx, yI ()x, yI ()x, y第31頁(yè)第7講章毓晉 (TH-EE-IE)7.3 偽彩色偽彩色增強(qiáng)增強(qiáng)(3)頻域?yàn)V波頻域?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）賦予不同的顏色濾波器1傅里葉反變換進(jìn)一步處理濾波器2進(jìn)一步處理濾波器3進(jìn)一步處理傅里葉變換彩色顯示器f傅里葉反變換傅里葉反變換()x, y第32頁(yè)第7講章毓晉 (TH-EE-IE)

13、7.4 真彩色真彩色處理處理7.4.1 處理策略 7.4.2 單分量變換增強(qiáng) 7.4.3 全彩色增強(qiáng) 第33頁(yè)第7講章毓晉 (TH-EE-IE)7.4.1 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 NyxNyxNyxNyxNyxyxByxGyxRyxByxGyxRyx),(),(),(),(),(),(),(),(,(),(),(),(C第34頁(yè)第7講章毓晉 (TH-EE-IE)7.4.2 單分量變換增強(qiáng) 變換增強(qiáng)變換增強(qiáng)對(duì)單分量進(jìn)行增

14、強(qiáng)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3, 2, 1),(),(iyxfTyxgiii第35頁(yè)第7講章毓晉 (TH-EE-IE)7.4.2 單分量變換增強(qiáng) 亮度增強(qiáng)亮度增強(qiáng)只需對(duì)亮度變換不改變?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 3, 2, 1),(),(iyxkfyxgii),(),(11yxkfyxg),(),(22yxfyxg),(),(33yxfyxg第36頁(yè)第7講章毓晉 (TH-EE-IE)彩色切割彩色切割自然圖象中對(duì)應(yīng)同一個(gè)物體或物體部分的象素的顏色在彩色空間中應(yīng)該是聚集在一起的 在彩色空間將與需增強(qiáng)部分對(duì)應(yīng)的聚類確定出來(lái)并進(jìn)行增強(qiáng) 增強(qiáng)mR dR/2 : mR + dR/2 7.4.3 全彩色增強(qiáng) WyxyxRWm),(WR),(#1第37頁(yè)第7講章毓晉 (TH-EE-IE)彩色濾波彩色濾波為保證不偏色，需對(duì)各個(gè)分量同時(shí)處理