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1、Chapter6ColorImageProcessing 图像中应用彩色主要是因为 1 简化区分目标 2 人眼可以辨别几千种颜色色调和亮度 而对灰度辨别仅几十种 进行人工图像分析 彩色图像处理可分为2个主要领域 全彩色 伪彩色 原则上讲 前面各章的灰度处理方法均可直接用于彩色处理 Chapter6ColorImageProcessing6 1彩色基础 彩色可见光 400 700nm 我们可以用3个基本量来描述光源的质量 radiance 辐射度辐射通量 W总能量luminace 光通量 可见光brightness 亮度 主观描述 Chapter6ColorImageProcessing6 1彩
2、色基础 人眼的锥状细胞负责彩色传感的 大眼的6 7百万个锥状细胞分三类 红 65 绿 33 蓝 2 P226图6 3为人眼对的吸取实验 Chapter6ColorImageProcessing6 1彩色基础 人眼的锥状细胞负责彩色传感的 大眼的6 7百万个锥状细胞分三类 红 65 绿 33 蓝 2 图6 3为人眼对的吸取实验 Chapter6ColorImageProcessing6 1彩色基础 CIE 国际照明委员会 规定了如下三种波为主原色 蓝 435 8nm 绿 546 1nm 红 700nm 红色 只是一个带 而不是单一一个波长绿蓝也是一样 原色相加 二次色R B 深红 红 蓝G B
3、表色 绿 蓝R G 黄 红 绿R G B可得白色 或一个二次色与其 补色 白光 如图6 4 a Chapter6ColorImageProcessing6 1彩色基础 在颜料或着色剂中 原色的定义是这样的 白 减去一种原色 反射或传输另两种原色 故其原色是 深红 青 黄 而二次色是R G B 如图6 4所示 Chapter6ColorImageProcessing6 1彩色基础 通常区分颜色的特征是亮度 色调和饱和度 亮度 明亮程度 色调 光波混合中 与主波长相关的属性 指观察的主要颜色 饱和度 纯色 白色多少色调 饱和度 色度 即颜色用色度和亮度来表征 形成任何特殊颜色需要R G B 叫三色
4、值 分别用X Y Z 表示 一种颜色由三色值系数定义 Chapter6ColorImageProcessing6 1彩色基础 颜色的另一种表示方法用CIE色度图 该图以 红 绿 函数表示颜色组成而 如图6 5所示 Chapter6ColorImageProcessing6 1彩色基础 图中边界上的颜色为纯色 内部的表示混和色 等能量点 白 等能量点的饱和度为0 规律 连接任意两点的直线所定义的不同颜色 均可由这两类颜色相加得到同样 从等能量点到边界上任一点的连线 可以定义特定谱色的所有色调 还可以扩展到三种颜色 图中任何三点连成一三角形 内部所有颜色均可用三个顶点色来混合形成 Chapter6
5、ColorImageProcessing6 1彩色基础 图6 6的三角形是KGB监视器产生的颜色范围 不规则区域是彩色打印机的彩色域 Chapter6ColorImageProcessing6 2彩色模型 6 2彩色模型亦彩色空间或彩色系统 最通用的就是RGB模型 用于如摄像机等 CMY 青 深红 黄 CMYK 青 深红 黄 黑 是针对彩色打印机 而HIS 色调 饱和度 亮度 更符合人描述颜色 也适合本书给出的灰度处理技术 Chapter6ColorImageProcessing6 2彩色模型 6 2 1RGB彩色模型为方便 假定所有颜色都归一化 如果每一分量用8比特表示 共有24称为全彩色
6、例6 1 P230 介绍了彩色平面的概念 Chapter6ColorImageProcessing6 2彩色模型 6 2 1RGB彩色模型下面介绍所谓全RGB彩色子集 Chapter6ColorImageProcessing6 2彩色模型 Chapter6ColorImageProcessing6 2彩色模型 6 2 2CMY和CMYK模型等量的青 深红 黄产生黑色 而实际中 组合产生的黑色不纯 为产生真正的黑色 加入第四种颜色 黑色 即CMYK模型 四色打印 Chapter6ColorImageProcessing6 2彩色模型 6 2 3HIS彩色模型上述模型中适应人眼 这里介绍的HIS彩
7、色模型恰好能满足这个要求 H 色调 S 饱和度 I 亮度H S表示了彩色信息 下面说明HSI可以从RGB信息中得来的 Chapter6ColorImageProcessing6 2彩色模型 6 2 3HIS彩色模型在图中 白 1 1 1 黑 0 0 0 其连线是垂直的 经过一彩色点 作 该连线的平面 则该平面与垂直连线的交点位置即是强度值 强度轴上的饱和度是0 其上全部是灰度点 Chapter6ColorImageProcessing6 2彩色模型 6 2 3HIS彩色模型在图6 12中 连接白 青 黑三点组成一平面 则该平面 三角形 点有相的色调 理由是 三角形内任一点的颜色均为由顶点来得出
8、 而黑白点不改变色调 旋转这个平面可以得到不同的色调 该平面与立方体的横截面决定的边界不是呈三角形就是六边形 这样我们可以用六边形来表示色调和饱和度 具体参见下页图所示 Chapter6ColorImageProcessing6 2彩色模型 6 2 3HIS彩色模型我们用六边形来表示色调和饱和度 Chapter6ColorImageProcessing6 2彩色模型 6 2 3HIS彩色模型我们用六边形来表示色调和饱和度 Chapter6ColorImageProcessing6 2彩色模型 6 2 3HIS彩色模型从RGB到HIS的彩色转换 Chapter6ColorImageProcess
9、ing6 2彩色模型 6 2 3HIS彩色模型从HIS到RGB的转换在 0 1 内给出HSI RGN分三个区域 相隔120 Chapter6ColorImageProcessing6 2彩色模型 6 2 3HIS彩色模型图6 15是三个对应于RGB立方体的图像的HSI值 Chapter6ColorImageProcessing6 2彩色模型 6 2 3HIS彩色模型图6 16是RGB及其二次色给出的图像 而 b c d 为其色调 饮和度和弱度图像 Chapter6ColorImageProcessing6 2彩色模型 6 2 3HIS彩色模型图6 17为简单的HSI图像处理的图像 Chapte
10、r6ColorImageProcessing6 3伪彩色处理 6 3伪彩色处理给特定的灰度值赋以彩色 伪彩色的目的是为了人眼观察和解释图像中的目标 Chapter6ColorImageProcessing6 3伪彩色处理 6 3 1强度分层参见图6 18 图像被看成三维函数 Chapter6ColorImageProcessing6 3伪彩色处理 6 3 1强度分层可以简单地按如下方式来把灰度 彩色 Chapter6ColorImageProcessing6 3伪彩色处理 6 3 1强度分层灰度 彩色实例 Chapter6ColorImageProcessing6 3伪彩色处理 6 3 1强度
11、分层灰度 彩色实例 焊接实例 Chapter6ColorImageProcessing6 3伪彩色处理 6 3 1强度分层灰度 彩色实例 用颜色突出降雨水平 Chapter6ColorImageProcessing6 3伪彩色处理 6 3 2灰度级到彩色转换另一种更加通用的灰度级到彩色的转换是对输入灰度级必行3个独立的处理 得到3个结果 红 绿 蓝通道 Chapter6ColorImageProcessing6 3伪彩色处理 6 3 2灰度级到彩色转换例6 5是一突出装在行李内的爆炸物的伪彩色应用 Chapter6ColorImageProcessing6 3伪彩色处理 6 3 2灰度级到彩色
12、转换例6 5是一突出装在行李内的爆炸物的伪彩色应用 Chapter6ColorImageProcessing6 3伪彩色处理 6 3 2灰度级到彩色转换例6 6为多光谱彩色编码 Chapter6ColorImageProcessing6 3伪彩色处理 6 3 2灰度级到彩色转换例6 6为多光谱彩色编码 Chapter6ColorImageProcessing6 4全彩色图像处理基础 6 4全彩色图像处理基础全彩色图像处理分为 1 处理每一分量 然后合成 2 直接对彩色处理全彩色至少有3个分量 原则上前边的灰度处理可移植到彩色 而对每一分量进行处理 令c代表RG 彩色空间中的任意向量 Chapt
13、er6ColorImageProcessing6 5彩色变换 6 5彩色变换6 5 1公式 类似于基本灰度变换过程 Chapter6ColorImageProcessing6 5彩色变换 6 5彩色变换6 5 1公式图6 30是一幅彩色图像 CMYK分量图 Chapter6ColorImageProcessing6 5彩色变换 6 5彩色变换6 5 1公式RGB分量图及HSI分量图 假设要改变图像亮度 在HSI空间中 在RGB空间 3个分量必须 下页图显示了的结果 Chapter6ColorImageProcessing6 5彩色变换 6 5彩色变换6 5 1公式改变图像亮度实例 Chapte
14、r6ColorImageProcessing6 5彩色变换 6 5 2补色在图6 32彩色环上 与一种色调相对立的另一种色调称为补色 Chapter6ColorImageProcessing6 5彩色变换 6 5 2补色例6 7给出了在RGB空间及HSI空间下 补色的求法 Chapter6ColorImageProcessing6 5彩色变换 6 5 3彩色分层可以采用突出特殊区域的颜色来把目标分离出来 可以采用类似于前边的灰度分层技术 这里叫彩色分层 最简单的情况 假设感兴趣的颜色中心在 宽度为W的立方体中 则 如果用一圆球确定感兴趣的颜色 如果RGB彩色空间则 CMYK时 Chapter6
15、ColorImageProcessing6 5彩色变换 6 5 3彩色分层例6 8为彩色分层的一个说明 Chapter6ColorImageProcessing6 5彩色变换 6 5 4色调和彩色校正背景 在图像形成 传输 显示过程中 存在非线性 可能造成颜色的不平衡 如CRT显示 扫描仪 通过变换 彩色校正 来达到一定的平衡 这里我们介绍另外一种常用的彩色模型 Chapter6ColorImageProcessing6 5彩色变换 6 5 4色调和彩色校正 续 其中 是参考的白色的三刺激质 在D65下 完美漫反射白色 所谓三刺激值是形成某种颜色所需要的三原色的数量 这种彩色模型特点 比色的
16、感觉相同 编码相同 感觉一致的 独立于设备的 在图像操作 色调和对比度编辑 和图像压缩方面很有用 颜色类的变换主要有 1 灰度变换 2 彩色平衡 Chapter6ColorImageProcessing6 5彩色变换 6 5 4色调和彩色校正 1 灰度变换 例6 9在RGB中 3分量同时变HSI中 仅改变亮度 Chapter6ColorImageProcessing6 5彩色变换 6 5 4色调和彩色校正 2 彩色平衡 含义 白色 彩色具体调整 如RGB图像中有过多的深红色 则 1 移去红蓝 2 增加其补色 绿 例子见例6 10 Chapter6ColorImageProcessing6 5彩色变换 6 5 5直方图处理将前边灰度直方图处理方法移植到彩色图像处理中 如直方图均衡 例6 11在HSI彩色空间的直方图均衡 Chapter6ColorImageProcessing6 6平滑和尖锐化 6 6平滑和尖锐化6 6 1彩色图像平滑例如 在RGB彩色空间中 令表示中心在的邻域的坐标集 在该邻域中 RGB分量的平均值 例6 12为彩色图像平滑例子 图示见下页 Chapter6ColorI
