基于某MATLAB地圖像偽彩色處理

1、實(shí)用文檔圖像偽彩色處理近幾年來，隨著多媒體技術(shù)和因特網(wǎng)的迅速發(fā)展和普及 ，數(shù)字圖像處理技術(shù)受到 了前所未有的廣泛重視，出現(xiàn)了許多新的應(yīng)用領(lǐng)域。最顯著的是數(shù)字圖像處理技 術(shù)已經(jīng)從工業(yè)領(lǐng)域、實(shí)驗(yàn)室走入了商業(yè)領(lǐng)域及辦公室，甚至走入了人們的日常生 活。由于彩色圖像提供了比灰度圖像更為豐富的信息，因此彩色圖像處理正受到 人們?cè)絹碓蕉嗟年P(guān)注。偽彩色處理是根據(jù)特定的準(zhǔn)則對(duì)灰度值賦以彩色的處理。由于人眼對(duì)彩色的分辨率遠(yuǎn)高于對(duì)灰度差的分辨率，所以這種技術(shù)可用來識(shí)別灰度差較小的像素。 這是一種視覺效果明顯而技術(shù)又不是很復(fù)雜的圖像增強(qiáng)技術(shù)?；叶葓D像中，如果相鄰像素點(diǎn)的灰度相差大，人眼將無法從圖像中提取相應(yīng)的信息，

2、因?yàn)槿搜鄯直?灰度的能力很差，一般只有幾十個(gè)數(shù)量級(jí)，但是人眼對(duì)彩色信號(hào)的分辨率卻很強(qiáng)， 這樣將黑白圖像轉(zhuǎn)換為彩色圖像后，人眼可以提取更多的信息量。同時(shí) MATLAB 技術(shù)對(duì)于我們實(shí)現(xiàn)數(shù)字圖像處理是一種非常有效的實(shí)用工具。1.引言進(jìn)入21世紀(jì)以來，隨著微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代通信技術(shù)的飛速發(fā) 展，人類社會(huì)正健步邁入信息化時(shí)代。在人類所接收到的全部信息中，70姒上的通過視覺得到的。因此對(duì)數(shù)字圖像進(jìn)行有效地處理變換十分重要，而且彩色圖像占很大的比例，所以，對(duì)彩色圖像的處理顯得尤為重要。 其中偽彩色處理技術(shù) 就是一項(xiàng)很重要的圖像處理技術(shù)。偽彩色處理是指將黑白圖像轉(zhuǎn)化為彩色圖像，或者是將單色圖像變換

3、成給定 彩色分布的圖像。由于人眼對(duì)彩色的分辨率遠(yuǎn)高于對(duì)灰度差的分辨率， 所以這種 技術(shù)可用來識(shí)別灰度差較小的像素。這是一種視覺效果明顯而技術(shù)又不是很復(fù)雜 的圖像增強(qiáng)技術(shù)?；叶葓D像中，如果相鄰像素點(diǎn)的灰度相差大， 人眼將無法從圖 像中提取相應(yīng)的信息，因?yàn)槿搜鄯直婊叶鹊哪芰懿?，一般只有幾十個(gè)數(shù)量級(jí)， 但是人眼對(duì)彩色信號(hào)的分辨率卻很強(qiáng)， 這樣將黑白圖像轉(zhuǎn)換為彩色圖像后， 人眼 就可以提高對(duì)圖像細(xì)節(jié)的辨別力，提取更多的信息量。因此，偽彩色處理的主要 目的是為了提高人眼對(duì)圖像的細(xì)節(jié)的分辨能力，以達(dá)到圖像增強(qiáng)的目的。偽彩色圖像處理技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于遙感和醫(yī)學(xué)圖像處理中，適用于航 攝、遙感圖片和云圖判讀

4、、X光片等方面?；驹硎菍⒑诎讏D像或者單色圖像的各個(gè)灰度級(jí)匹配到彩色空間中的一 點(diǎn)，從而使單色圖像映射成彩色圖像。黑白圖像中不同的灰度級(jí)賦予不同的彩色。2.算法設(shè) f(x , y)為一副黑白圖像，R(x, y), G(x, y) , B(x, y)為 f(x , y)映射 到RG琛間的三個(gè)顏色分量，則偽彩色處理可以表示為：氏(戈/)=人0，歹)3(x,y)二片用力給定不同的映射函數(shù)就能將灰度圖像轉(zhuǎn)化為不同的偽彩色圖像。需要注意的是，偽彩色雖然能將黑白灰度轉(zhuǎn)化為彩色， 但這種彩色并不是真正表現(xiàn)圖像的 原始顏色，而僅僅是一種便于識(shí)別的偽彩色。在實(shí)際應(yīng)用中，通常是為了提高圖 像分辨率而進(jìn)行偽彩色處

5、理，所以應(yīng)采用分辨效果最好的映射函數(shù)。偽彩色處理 技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方法有多種，如灰度分層法、灰度級(jí)-彩色變換法、頻域?yàn)V波法等等。A.密度分層法理論基礎(chǔ)及公式推導(dǎo)密度分層法是把灰度圖像的灰度級(jí)從 0 (黑)到M0(白)分成N個(gè)區(qū)間Ii(i=1 , 2,N),給每個(gè)區(qū)間Ii指定一種彩色Ci,這樣，便可以把一幅灰度圖像變成 一幅偽彩色圖像。該方法比較簡單、直觀。缺點(diǎn)是變換出的彩色數(shù)目有限?；叶仁敲枋龌叶葓D像內(nèi)容的最直接的視覺特征，它指黑白圖像中點(diǎn)的顏色深度，范圍一般從0到255白色為255,黑色為0,中間的數(shù)字從小到大表示由黑到百 的過渡色，即可以表示不同的灰度等級(jí)?；叶惹蟹质疽鈭D如下圖：設(shè)原始黑白圖像的

6、灰度范圍為:0f(x,y) L用k+1灰度等級(jí)把該灰度范圍分為k段:I0 , I1，,Ik I0=0(黑)，Ik=L (白) 映射每一段灰度成一種顏色，映射關(guān)系為：dx,y尸 C1 (I (i-1 ) wf (x, y) WI (i); i=1, 2k)這里g(x,y)為輸出的偽彩色圖像；Ci為灰度在I(i-1),I(i)中時(shí)所映射成的彩色。經(jīng)過這種映射處理后，原始黑白圖像 f (x, y)就變成了偽彩色圖像g (x,y)。若 原始圖像f (x, y)就編程了偽彩色圖像g (x,y)。若原始圖像f (x, y)的灰度 分布遍及上述k個(gè)灰度段，則偽彩色圖像g (x,y)就具有k中彩色。仿真結(jié)果及

7、分析:灰度圖像：密度分層圖像: 分層級(jí)數(shù)為8:分層級(jí)數(shù)為16:分層級(jí)數(shù)為64:結(jié)果分析: 優(yōu)點(diǎn)：密度分層偽彩色圖像簡單易行、直觀，僅用硬件就可以實(shí)現(xiàn)。缺點(diǎn)：所得偽彩色圖像彩色生硬，彩色數(shù)目有限，且量化噪聲大（即分割誤差） 密度分層級(jí)數(shù)越大，圖像分辨率越高，量化噪聲越小。為了減少量化噪聲，就必 須增加分割級(jí)數(shù)。這不但導(dǎo)致設(shè)備復(fù)雜，而且彩色漂移現(xiàn)象嚴(yán)重。主要用于傳感、 醫(yī)學(xué)圖像處理中。B灰度級(jí)一彩色變換法理論基礎(chǔ)及公式推導(dǎo)灰度級(jí)-彩色變換偽色彩處理技術(shù)可以將灰度圖像變?yōu)榫哂卸喾N顏色漸變的連續(xù)彩色圖像。該方法先將灰度圖像送入具有不同變換特性的紅、 綠、藍(lán)三個(gè)變換器，然后再將三個(gè)變換器的不同輸出分別送

8、到彩色顯像管的紅、綠、藍(lán)槍，再合成某種顏色。同一灰度由三個(gè)變換器對(duì)其實(shí)施不同變換， 使三個(gè)變換器輸出不同，從 而不同大小灰度級(jí)可以合成不同顏色。 灰度級(jí)-彩色變換偽色彩處理過程見下圖。 通過這種方法變換后的圖像視覺效果好。一組典型的灰度級(jí)-彩色變換的傳遞函數(shù)如下圖所示。 其中圖（a）、（b）、（c） 分別表示紅色、綠色、藍(lán)色的傳遞函數(shù)，圖（d）是三種彩色傳遞函數(shù)組合在一 起的情況。由圖（a）可見，凡灰度級(jí)小于L/2的像素將被轉(zhuǎn)變?yōu)楸M可能的暗紅 色，而灰度級(jí)位于L/2到3L/4之間的像素則取紅色從暗到亮的線性變換。凡灰 度級(jí)大于3L/4的像素均被轉(zhuǎn)變成最亮的紅色。其他的顏色以此類推。仿真結(jié)果及分

9、析結(jié)果分析：從仿真圖中可以看出，圖像從灰度圖像轉(zhuǎn)換成了彩色圖像，密度分層法所得偽彩 色圖像彩色生硬，且量化噪聲大（即分割誤差），而灰度級(jí)-彩色變換法所得圖像 是多種顏色漸變的連續(xù)彩色圖像，更加具有層次感，變換后的圖像視覺效果更好。 偽彩色雖然能將黑白灰度轉(zhuǎn)化為彩色，但這種彩色并不是真正表現(xiàn)圖像的原始顏 色，而僅僅是一種便于識(shí)別的偽彩色C.頻域?yàn)V波法理論基礎(chǔ)及公式推導(dǎo)頻率濾波法首先把灰度圖像經(jīng)傅立葉變換到頻率域，在頻率域內(nèi)用三個(gè)不 同傳 遞特性的濾波器分離成三個(gè)獨(dú)立分量； 然后對(duì)它們進(jìn)行逆傅立葉變換，便得到三 幅代表不同頻率分量的單色圖像，接著對(duì)這三幅圖像作進(jìn)一步的處理（如直方圖 均衡化）最后將

10、它們作為三基色分量分別加到彩色顯示器的紅、綠、藍(lán)顯示通道， 得到一幅彩色圖像。A詈 波 濾傅里葉變換FTID一 理詈 波 濾nID彩色顯示器頻域?yàn)V波法輸出圖像的偽彩色與原圖像的灰度級(jí)無關(guān)， 而是取決于灰度圖像中不同的頻率成分。如果為了突出圖像中高頻成分（即圖像的細(xì)節(jié)）而將其變?yōu)樗{(lán)色, 則只需要將藍(lán)通道濾波器設(shè)計(jì)成高通濾波器。如果要抑制圖像中某種頻率成分， 那么可以設(shè)計(jì)一個(gè)帶阻濾波器來達(dá)到目的。仿真結(jié)果及分析愛度國俵結(jié)果分析：從仿真圖中可以看出，圖像從灰度圖像轉(zhuǎn)換成了彩色圖像。 頻域?yàn)V波法得到的偽 彩色圖像和灰度級(jí)-彩色變換法所得的偽彩色圖像不一樣，兩種方法各有千秋。進(jìn)一步說明，偽彩色雖然能將黑

11、白灰度轉(zhuǎn)化為彩色，但這種彩色并不是真正表現(xiàn) 圖像的原始顏色，而僅僅是一種便于識(shí)別的偽彩色。4.結(jié)論偽彩色處理不改變像素的幾何位置，而僅僅改變其顯示的顏色。它是一種很 實(shí)用的圖像增強(qiáng)技術(shù)，主要用于提高人眼對(duì)圖像的分辨能力。 這種處理可以用計(jì) 算機(jī)來完成，也可以用專用硬件設(shè)備來實(shí)現(xiàn)。偽彩色圖像處理技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng) 用于遙感和醫(yī)學(xué)圖像處理中，例如，它適用于航攝、遙感圖片和云圖判讀、X光片等方面。通過此次課程設(shè)計(jì)，使我更加扎實(shí)的掌握了有關(guān)圖像處理方面的知識(shí)，在設(shè) 計(jì)過程中雖然遇到了一些問題，但經(jīng)過反復(fù)思考和與同學(xué)交流，找出了原因所在， 也暴露出了前期我在這方面的知識(shí)欠缺和經(jīng)驗(yàn)不足。實(shí)踐出真知，通過親自

12、動(dòng)手制作，使我們掌握的知識(shí)不再是紙上談兵。附錄：MATLA助真代碼密度分層法仿真代碼I = imread( 郁金香.jpg);I = rgb2gray(I)imshow(I); %顯示灰度圖像G2C = grayslice(I,8); %密度分層figure;imshow(G2C,hot(8); %顯示偽彩色圖像灰度級(jí)一彩色變換法I=imread( 郁金香.jpg);subplot(221),imshow(I);title(原圖像);I=rgb2gray(I);subplot(222),imshow(I);title(灰度圖像);I=double(I);M,N=size(I);L=256;fo

13、r i=1:Mfor j=1:Nif I(i,j)L/4 R(i,j)=0; G(i,j)=4*I(i,j); B(i,j尸L;else if I(i,j)=L/2;R(i,j)=0;G(i,j)=L;B(i,j)=-4*I(i,j)+2*L;else if I(i,j)=3*L/4R(i,j)=4*I(i,j)-2*L;G(i,j)=L;B(i,j)=0; else R(i,j)=L;G(i,j)=-4*I(i,j)+4*L;B(i,j)=0; end end end end end for i=1:M for j=1:N G2c(i,j,1)=R(i,j);G2c(i,j,2)=G(i,j

14、);G2c(i,j,3)=B(i,j);endendG2C= G2C/256;subplot(223),imshow(G2C);title(偽彩色圖像);頻域?yàn)V波法i=imread( 郁金香.jpg)subplot(221),imshow(i);title(原圖像);i=rgb2gray(i);subplot(222),imshow(i);title(灰度圖像)；M,N=size(i);F=fft2(i)；fftshift(F);Rcut=100;Gcut=200;Bcenter=150;Bwidth=100;Bu0=10;Bv0=10;for u=1:Mfor v=1:ND(u,v)=sqrt(uA2+vA2);RH(u,v)=1/(1+(sqrt(2)-1)*(D(u,v)/Rcut)A2);GH(u,v)=1/(1+(sqrt(2)-1)*(Gcut/D(u,v)A2);BD(u,v尸sqrt(u-Bu0)A2+(v-Bv0)A2);BH(u,v)=1-1/(1+BD(u,v)*Bwidth/(BD(u,v)A2-(Bcenter)A2)A2); end endR=RH.*F;Rcolor=ifft2(R);G=GH*F;Gcolor=ifft2(G);B=BH.*F