彩色圖像處理課件教材

主要內(nèi)容10.1顏色基礎(chǔ)10.2顏色模型與顏色空間變換10.3彩色圖像處理基礎(chǔ)10.4彩色圖像的常規(guī)處理10.5彩色平衡處理10.6彩色補償處理10.1顏色基礎(chǔ)可見光的波長范圍約為380nm—780nm.1666年,Newton紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、靛、紫red,orange,yellow,green,cyan,blue,indigo,violet10.1顏色基礎(chǔ)10.1顏色基礎(chǔ)顏色是外來的光刺激作用于人的視覺器官而產(chǎn)生的主觀感覺，它具有色調(diào)、飽和度和亮度三個特性。物體的顏色不僅取決于物體本身，還與光源、周圍環(huán)境的顏色，以及觀察者的視覺系統(tǒng)有關(guān)系。具有不同光譜分布的光產(chǎn)生的顏色感覺是有可能一樣的。我們稱兩種光的光譜分布不同而顏色相同的現(xiàn)象為“異譜同色”。10.1顏色基礎(chǔ)色調(diào)（hue）又稱為色相，是當(dāng)人眼看到一種或多種波長的光時所產(chǎn)生的彩色感覺，它反映顏色的種類。飽和度（saturation）是指顏色的純度，可用來區(qū)別顏色的深淺程度?；烊氲陌坠庠缴伲柡投仍礁?，顏色越鮮明。亮度（intensity）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（chromaticity）。亮度表示顏色的明亮程度，而色度則表示顏色的類別與深淺程度。10.1顏色基礎(chǔ)1802年，ThomasYoung提出假設(shè)：人眼有三種相當(dāng)于紅、綠、藍(lán)三種基色的顏色感知器。19世紀(jì)60年代，Maxwell認(rèn)識到人眼對色調(diào)與飽和度比亮度的敏感度低。三色學(xué)說：某種波長的光可以通過三種不同波長的光混合而復(fù)現(xiàn)，紅、綠、藍(lán)三種單色光可作為基本的顏色—原色。生理學(xué)試驗表明，視網(wǎng)膜上的光感受器可分錐細(xì)胞和桿細(xì)胞，錐細(xì)胞對彩色敏感，桿細(xì)胞對亮度敏感。錐細(xì)胞可分為3類，分別對紅、綠、藍(lán)敏感，約各占65%、33%、2%。10.1顏色基礎(chǔ)吸收率445nm535nm575nm紅、綠、藍(lán)視錐細(xì)胞對可見光譜的吸收特性10.1顏色基礎(chǔ)光的三基色：red,green,blue顏料的三基色:magenta(洋紅色),cyan(青色),yellowMagenta=Red+BlueCyan=Blue+GreenYellow=Red+Green加色法減色法10.1顏色基礎(chǔ)C=R（R）+G（G）+B（B）顏色匹配試驗1931,CIE三基色:Green435.8nmBlue546.1nmRed700.0nm10.1顏色基礎(chǔ)1931CIERGB顏色匹配曲線三色刺激值通過顏色匹配實驗，用紅、綠和藍(lán)三基色光匹配成白光時，所需要的紅、綠和藍(lán)基色光的光通量之比為1:4.5907:0.0601。規(guī)定三基色光的單位，分別用(R)、(G)和(B)表示。10.1顏色基礎(chǔ)CIErg色度圖rg10.1顏色基礎(chǔ)利用RGB三原色混合某些色彩時，會出現(xiàn)負(fù)的三刺激值，導(dǎo)致這些顏色不能物理實現(xiàn)。1931CIEXYZ系統(tǒng)，就是選用三個理想的原色來代替實際的三原色，從而將CIE-RGB系統(tǒng)中的光譜三刺激值和色度坐標(biāo)r、g、b均變?yōu)檎怠?/p>

rgbX1.275-0.2780.003Y-1.7392.767-0.028Z-0.7430.1411.602理想三原色X，Y，Z的三刺激值：10.1顏色基礎(chǔ)1931CIE標(biāo)準(zhǔn)顏色匹配函數(shù)XYZ三色刺激值X=0.490R+0.310G+0.200BY=0.177R+0.812G+0.011BZ=0.010G+0.990B純光譜色混合色10.1顏色基礎(chǔ)三刺激值（tristimulusvalues）：產(chǎn)生某種顏色所需紅、綠、藍(lán)的數(shù)量，分別用X，Y，Z組成。色度圖（ChromaticityDiagram）GRB10.1顏色基礎(chǔ)RGB顯示器的顏色顯示范圍高質(zhì)量打印設(shè)備的顏色顯示范圍10.1顏色基礎(chǔ)CIE1931xyY色度圖的感知非均勻性XYZ系統(tǒng)和在它的色度圖上表示的兩種顏色之間的距離與顏色觀察者感知的變化不一致。為了解決顏色空間的感知一致性問題，1976年國際照明委員會CIE1931XYZ系統(tǒng)進(jìn)行了非線性變換，制定了CIE1976L*a*b*顏色空間的規(guī)范。10.1顏色基礎(chǔ)CIELAB顏色系統(tǒng)是使用最廣泛的物體顏色度量方法，是建立在四色理論上的均勻顏色空間。四色理論：認(rèn)為是紅、黃、綠和藍(lán)四種基色，組成紅－綠（曖色）和黃－藍(lán)（冷色）兩對對立色調(diào)，黑-白是另外一對。L*值代表光亮度，其值從0(黑色)～100(白色)。a*和b*代表色度坐標(biāo)，其中a*代表紅-綠軸，b*代表黃-藍(lán)軸，它們的值從0～10。a*=b*=0表示無色，因此L*就代表從黑到白的比例系數(shù)。10.1顏色基礎(chǔ)CIELAB顏色空間10.1顏色基礎(chǔ)CIELAB空間給定光亮度下的所有顏色10.2顏色模型與顏色空間變換顏色模型也稱顏色空間、顏色系統(tǒng)，用以定量地描述顏色。每一種顏色在顏色空間中表現(xiàn)為一點顏色模型大致可分為三類：面向計算的、面向設(shè)備的、面向視覺的顏色模型顏色模型之間可相互轉(zhuǎn)換10.2顏色模型與顏色空間變換計算顏色模型，又稱色度學(xué)顏色模型，用于色差計算、分析和顏色管理系統(tǒng)CIEXYZ,CIELab,CIELuv面向設(shè)備的顏色模型，側(cè)重于實際應(yīng)用，用于存儲、顯示、TV等RGB、CMY/CMYK、YUV、YIQ、YCbCr面向視覺的顏色模型，與人眼對顏色感知的視覺模型相似。HSI、HSV、HSL10.2.1RGB顏色模型RGB(Red,Green,Blue)R:200G:50B:120OriginImageGreenRedBlue10.2.1RGB顏色模型10.2.2CMY/CMYK顏色模型CMYK

(Cyan,Magenta,Yellow,Black)Blackisthepredominantcolorinprinting.RGB→CMYRGB→CMYK負(fù)像（ColorNegatives）

R1–R G1–G B1–B10.2.2CMY/CMYK顏色模型10.2.3HSI顏色模型色調(diào)（Hue）：用矢量與紅軸的夾角表示。如H=0o,Red;H=120o,Green;H=240o,Blue.飽和度（Saturation）：用矢量長表示，三角形邊上點的S=1，中心S=0.強度（Intensity）：截平面在I軸上的位置，最底端I=0，最上端I=1.10.2.3HSI顏色模型—飽和度效果圖S=0S=1S=1/4S=1/2H=0o10.2.3HSI顏色模型—亮度效果圖I=0I=1I=1/4I=1/2S=1.0,H=0o10.2.3HSI顏色模型—RGBtoHSI10.2.3HSI顏色模型—HSItoRGB10.2.3HSI顏色模型—HSItoRGB10.2.3HSI顏色模型—HSItoRGB10.2.4HSV顏色模型Hue,Saturation,Value在圓錐頂點處，V=0，H和S無定義，代表黑色；圓錐頂面中心處，S=0，V=1，H無定義，代表白色；從圓錐頂點到頂面圓心的連線，代表從黑到白的不同灰度。HSV對應(yīng)于畫家的配色方法：在純色中加入白色改變色濃，加入黑色改變色深。10.2.4HSV顏色模型—RGBtoHSV10.2.4HSV顏色模型—HSVtoRGB10.2.5HSL顏色模型Hue,Saturation,LightnessL=0.5時，HSL顏色飽和度最高。V=1.0時，HSV顏色飽和度最高。RGB與HSL之間的轉(zhuǎn)換略去，請自行推導(dǎo)，或參見林福宗《多媒體技術(shù)基礎(chǔ)》。YUV、YIQ與YCbCr顏色空間人眼對彩色細(xì)節(jié)的分辨能力遠(yuǎn)比對亮度細(xì)節(jié)的分辨能力低，通常把RGB空間表示的彩色圖像變換到Y(jié)UV或者YIQ顏色空間。每一種彩色空間都產(chǎn)生一種亮度分量和兩種色度分量，而且亮度信號(Y)和色度信號(U、V)是相互獨立的。彩色電視信號中采用YIQ或者YUV空間一是為了兼容黑白電視，二是為了實現(xiàn)壓縮。YCbCr主要用于數(shù)字電視。10.2.6YUV顏色模型YUV將亮度信號與色度信號分離。Y表示亮度，U、V表示色差。U和V的比值決定色調(diào)，而(U2+V2)1/2代表顏色的飽和度。用于PAL制式的電視系統(tǒng)10.2.7YIQ顏色模型YIQ模型與YUV模型類似，用于NTSC制式的電視系統(tǒng)。I和Q分量相當(dāng)于將YUV空間中的UV分量做了一個33度的旋轉(zhuǎn)。10.2.8YCbCr顏色模型YCbCr常用于彩色圖像壓縮，Y為亮度，Cb和Cr共同描述圖像的色調(diào)，分別為藍(lán)色分量和紅色分量相對參考值的坐標(biāo)。OverviewofColorModels

設(shè)備相關(guān)的顏色模型，依賴于硬件的原色.RGB:數(shù)碼相機、掃描儀、顯示器.CMY/CMYK:打印機，使用CMYK顏料（coloredpigments）HSI:使用HSI描述顏色，與人類視覺系統(tǒng)沒有直接聯(lián)系.感知（Perceptual）顏色模型，采用顏色匹配（CMF）CIERGB:tristimulusvaluesobtainedbyCIERGBCMF’sCIEXYZ:tristimulusvaluesobtainedbyCIEXYZCMF’s

感知均勻顏色模型，基于CIEXYZCIEL*u*v*:LightnessandapproximatelyuniformuvCIEL*a*b*:Lightnessandapproximatelyuniformab10.3彩色圖像處理基礎(chǔ)兩類處理方法：1、單獨處理顏色空間的每一個通道，再復(fù)合成結(jié)果圖像；2、把像素的顏色看作顏色空間中的一個點，也可以看作是一個向量，在向量空間中處理圖像。輸入圖像(RGB)HSI輸出圖像(RGB)H*S*I*分離通道通道處理通道合成10.3彩色圖像處理基礎(chǔ)輸入圖像(RGB)RGB輸出圖像(RGB)R*G*B*VersusRedGreenBlueHistogramequalizedIntensityhistogramequalized10.4.1彩色圖像的常規(guī)處理—彩色變換例1：消除紅眼（redeye）算法:（基于HSI顏色空間實現(xiàn)圖像分割）（1）RGBHSI（2）if-pi/4<Hue<pi/4

andSaturation>0.3 makeitgray:Saturation0（3）HSIRGB10.4.2彩色圖像的常規(guī)處理—圖像分割10.4.2彩色圖像的常規(guī)處理—圖像分割例2：檢測皮膚算法：（在RGB向量空間中實現(xiàn)圖像分割）（1）基于感興趣區(qū)域（RegionofInterest,ROI）采樣；（2）統(tǒng)計樣本的顏色特征：平均值和標(biāo)準(zhǔn)差；（3）定義合適的包圍盒；判斷當(dāng)前像素顏色，若處于包圍盒內(nèi)，則保留；否則去除。10.4.2彩色圖像的常規(guī)處理—圖像分割三種常用的包圍盒10.4.2彩色圖像的常規(guī)處理—圖像分割10.4.2彩色圖像的常規(guī)處理—圖像分割10.4.3彩色圖像的常規(guī)處理—圖像平滑10.4.4彩色圖像的常規(guī)處理—圖像銳化10.5彩色平衡問題的提出：當(dāng)一幅彩色圖像數(shù)字化后，在顯示時顏色經(jīng)?？雌饋碛行┎徽?，這是因為顏色通道的不同敏感度、增