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1、第5章彩色图像处理,颜色基础颜色模型颜色处理,5.1 颜色基础,色谱可分为6个宽的区域：紫色、蓝色、绿色、黄色、橘红色和红色,彩色是由物体的反射光的性质决定的：白色：反射光如果在所有可见光波长范围内是平衡的。彩色：仅反射有限的可见光谱。,人眼中红、绿、蓝锥体的波长吸收函数,人是通过人眼视网膜上的600700万个锥状细胞来感知色彩的，其中65%对红光敏感33%对绿光敏感2%对蓝光敏感,三基色原理, 自然界中可见颜色都可以用三种原色按一定比例混合得到；反之，任意一种颜色都可以分解为三种原色； 作为原色的三种颜色应该互相独立，即其中任何一种都不能用其他两种混合得到； 三原色之间的比例直接决定混合色调
2、的饱和度； 混合色的亮度等于各原色的亮度之和。,三基色原理, C1 、C2 、C3为三原色（又称为三基色） A、b、c为三种原色的权值（即三原色比例或浓度） C为所合成的颜色，可为任意颜色,三基色原理,红色 + 绿色 = 黄色红色 + 蓝色 = 品红绿色 + 蓝色 = 青色红色 + 绿色 + 蓝色 = 白色,PAL电视制式,NTSC电视制式,白色光Y与三基色关系,相加混色实例,5.2 颜色模型,彩色模型的作用是在某些标准下以可以接受的方式简化彩色规范。RGB模型：彩色监视器、摄像机CMY模型和CMYK模型：彩色打印机HSI模型：符合人描述和解释颜色，把图像分成彩色和灰度信息YUV模型和YIQ模
3、型：电视、视频编码,加色混色模型以RGB三色光互相叠加来实现混色的方法适合于显示器等发光体的显示,RGB模型,任何一种颜色在RGB颜色空间中都可以用三维空间中的一个点来表示,像素深度：表示一个像素的比特数24位：(28)3=16777216,CMY模型,减色混色模型减色基：青(Cyan)、品红(Magenta)、黄(Yellow)是加色基R、G、B的补色颜色是从白光中减去一定成分得到的 适合于彩色打印，印刷行业等,CMY模型,青(C)=(红色光+绿色光+蓝色光)-红色光=绿色+蓝色品红(M)=(红色光+绿色光+蓝色光)- 绿色光=红色+蓝色黄(Y)=(红色光+绿色光+蓝色光)- 蓝色光=红色+
4、绿色,CMY模型与RGB模型关系,CMY模型,RGB空间的彩色图像 CMY空间的彩色图像 RGB与CMY空间的转换,印刷时CMY模型不可能产生真正的黑色，因此在印刷业中实际上使用的是CMYK彩色模型，K为第四种颜色，表示黑色.,从CMY到CMYK的转换公式,CMY模型,MATLAB图像处理工具箱使用函数imcomplement实现RGB空间与CMY空间的相互转换，其常用调用方式如下：CMY=imcomplement（RGB）其中RGB可以是二值图像、灰度图像或彩色图像，而CMY与RGB互余。,例 将RGB图像转换到CMY空间,I = imread(glass.png);J = imcomple
5、ment(I);subplot(121), imshow(I);title (RGB空间图像)subplot(122), imshow(J);title(CMY空间图像),HSI模型,HSI模型用H、S、I三参数描述颜色特性 H定义颜色的波长，称为色调 S表示颜色的深浅程度，称为饱和度 I表示强度或亮度,HSI颜色模型反映了人的视觉对色彩的感觉,HSI模型,色调H由角度表示，它反映了颜色最接近什么样的光谱波长，即光的不同颜色。通常假定0表示的颜色为红色，120的为绿色，240的为蓝色。从0到360的色相覆盖了所有可见光谱的彩色,饱和度S表征颜色的深浅程度，饱和度越高，颜色越深。饱和度参数是色环
6、的原点（圆心）到彩色点的半径的长度。在环的边界上的颜色饱和度最高，其饱和度值为1；在中心的饱和度为0。,HSI模型,亮度I是指光波作用于感受器所发生的效应，其大小由物体反射系数来决定，反射系数越大，物体的亮度愈大，反之愈小。如果把亮度作为色环的垂线，那么H、S、I构成一个柱形彩色空间。灰度阴影沿着轴线自下而上亮度逐渐增大，由底部的黑渐变成顶部的白。圆柱顶部的圆周上的颜色具有最高亮度和最大饱和度。,HSI模型,三原色（原图） （b）H分量 （c）S分量 （d）I分量,三原色RGB空间及其在HSI空间的各个分量,HSI模型,RGB模型 HSI模型,HSI模型 RGB模型,例 将RGB图像转换到HS
7、I空间,rgb=imread(lena.jpg);subplot(221),imshow(rgb);title(原始图像)rgb1=im2double(rgb);r=rgb1(:, :,1);g=rgb1(:, :,2);b=rgb1(:,:,3);I=(r+g+b)/3;tmp1=min(min(r,g),b);tmp2=r+g+b;tmp2(tmp2=0)=eps;S=1-3.*tmp1./tmp2;,tmp1=0.5*(r-g)+(r-b);tmp2=sqrt(r-g).2+(r-b).*(g-b);theta=acos(tmp1./(tmp2+eps);H=theta;H(bg)=2*
8、pi-H(bg);H=H/(2*pi);H(S=0)=0;hsi=cat(3,H,S,I)subplot(222),imshow(H); title(H分量)subplot(223),imshow(S); title(S分量)subplot(224),imshow(I); title(I分量),YIQ是NTSC制式采用的颜色空间。NTSC是由EIA（美国电子工业协会）所发起及创办的图像输出制式，其标准主要应用于日本和北美等地区。Y分量代表图像的亮度信息，I、Q两个分量则携带颜色信息，I分量代表从橙色到青色的颜色变化，而Q分量则代表从紫色到黄绿色的颜色变化。YIQ模型的优点是将灰度信息和颜色信息
9、区分开来。,YIQ模型,YIQ模型 RGB模型,MATLAB图像处理工具箱使用rgb2ntsc函数和ntsc2rgb函数实现RGB空间和NTSC空间之间的转换。其常用的调用方法如下：NTSC=rgb2ntsc(RGB)RGB=ntsc2rgb(YCBCR)其中RGB和NTSC分别表示RGB空间和NTSC空间的图像值。,RGB = imread(board.tif);%读取图像NTSC = rgb2ntsc(RGB);%转换到NTSC空间RGB2 = ntsc2rgb(NTSC);%转换到RGB彩色空间subplot(121); imshow(NTSC);title(NTSC空间图像)%显示NT
10、SC空间的图像subplot(122); imshow(RGB2);title(RGB空间图像)%显示RGB彩色空间的图像,例 实现NTSC空间和RGB空间的转换。,YUV颜色模型为PAL制式使用的电视信号传送的颜色模型。PAL电视制式是由德国在综合NTSC制式的技术成就基础上研制出来的一种改进方案。PAL制式的RGB三基色与NTSC及CIE的三基色均不同，但可以相互转换，中国采用该电视制式。YUV是用于真彩色空间的表示，Y代表亮度信息，U、V分别代表色度（色差）信息。,YUV模型,YUV模型 RGB模型,YCbCr模型,YCbCr模型充分考虑人眼的视觉特性，以降低彩色数字图像存储量，是一种适
11、合于彩色图像压缩的模型。 YCbCr模型与YUV模型一样，由亮度Y、色差Cb、色差Cr构成。与YUV模型不同的是，在构造色差信号时，充分考虑了R、G、B三个分量在视觉感受中的不同重要性。,YUV主要用于模拟信号，YCbCr则用于数字信号。,YCbCr模型 RGB模型,MATLAB图像处理工具箱使用rgb2ycbcr函数和ycbcr2rgb函数实现RGB空间和YCbCr空间之间的转换。其常用的调用方法如下：YCBCR=rgb2ycbcr(RGB)RGB=ycbcr2rgb(YCBCR)其中RGB和NTSC分别表示RGB空间和NTSC空间的图像值。,例5-5 RGB空间和YCbCr空间之间的转换。
12、RGB = imread(board.tif);%读取图像YCBCR = rgb2ycbcr(RGB);%把RGB空间图像转换到YCbCr空间subplot(121); imshow(RGB); title(RGB空间图像) %显示RGB空间图像subplot(122); imshow(YCBCR); title(NTSC空间图像) %显示YCbCr空间图像,5.3 颜色处理,灰度转化为彩色，伪彩色处理彩色转化为灰度，灰度化处理,彩色图像的灰度化处理,最大值法：使R、G、B的值等于3值中最大的一个平均值法：使R、G、B的值求出平均值加权平均值法：根据重要性或其他指标给R、G、B赋予不同的权值，
13、并使R、G、B的值加权平均,RGB = imread(lena.jpg); %读取RGB格式的图像Gray1 = rgb2gray(RGB); %加权平均法rows,cols,colors = size(RGB); %得到RGB图像矩阵的参数Gray2 = zeros(rows,cols); %创建一个全零矩阵，用来存储产生的灰度图像Gray2 = uint8(Gray2); %将创建的全零矩阵转化为uint8格式Gray3 = zeros(rows,cols); Gray3 = uint8(Gray3);for i = 1:rows for j = 1:cols sum1 = 0; sum2
14、 = 0;,for k = 1:colors sum1 = sum1 + RGB(i,j,k)/3;%均值法 sum2 = sum2 + max(RGB(i,j,k);%最大值法 end Gray2(i,j) = sum1; Gray3(i,j) = sum2; end endsubplot(221);imshow(RGB);title(RGB图像)subplot(222);imshow(Gray1);title(加权平均法) subplot(223);imshow(Gray2);title(均值法)subplot(224);imshow(Gray3);title(最大值法),伪彩色处理,伪彩
15、色处理是指将黑白图像转化为彩色图像，或者是将单色图像变换成给定彩色分布的图像。,基本原理是将黑白图像或者单色图像的各个灰度级匹配到彩色空间中的一点，从而使单色图像映射成彩色图像。黑白图像中不同的灰度级赋予不同的彩色。,主要目的是为了提高人眼对图像的细节分辨能力，以达到图像增强的目的。由于人眼对彩色的分辨能力远远高于对灰度的分辨能力，所以将灰度图像转化成彩色表示，就可以提高对图像细节的辨别力。,不同的映射函数就能将灰度图像转化为不同的伪彩色图像。,黑白图像,密度分层法,密度法伪色处理原理示意图,灰度级到彩色的映射,灰度级-彩色变换法,灰度级彩色变换伪彩色处理技术原理,I=imread(lena.
16、BMP);subplot(121),imshow(I); title(灰度图像)I=double(I);M,N=size(I);L=256;for i=1:M for j=1:N if I(i,j)=L/4 R(i,j)=0;G(i,j)=4*I(i,j);B(i,j)=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/4 R(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 endend,for i=1:M for j=1:N OUT(i,j,1)=R(i,j); OUT(i,j,2)=G(i,j); OUT(i,j,3)=B(i,j); endendOUT=OUT/256;subplot(122),imshow(OUT); title(伪彩色图像),频域法,频域滤波法输出图像的伪彩色与原图像的灰度级无关，而是取决于灰度图像中不同的频率成分。, 如果为了突出图像中高频成分（即图像的细节）而将其变为蓝色，则只需要将蓝通道滤波器设计成高通滤波器。, 如果要抑制图像中某种频率成分，那么可以设计一个带阻滤波器来达到目的。,
