彩色图像处理

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1、5.1 5.1 彩色基础彩色基础 5.2 5.2 彩色模型彩色模型 5.3 5.3 伪彩色处理伪彩色处理 5.4 5.4 全彩色图像处理基础全彩色图像处理基础 5.5 5.5 彩色变换彩色变换平滑和锐化平滑和锐化彩色分割彩色分割彩色图像噪声彩色图像噪声彩色图像压缩彩色图像压缩第五章第五章 彩色图像处理彩色图像处理彩色基础彩色基础白光通过棱镜时看到的彩色谱白光通过棱镜时看到的彩色谱可见范围电磁波谱的波长组成可见范围电磁波谱的波长组成qq 辐射率辐射率qq 光强光强qq 亮度亮度牛顿，牛顿，19661966年年彩色基础彩色基础人眼红、绿、蓝锥状体波长吸收函数人眼红、绿、蓝锥状体波长吸收函数6565

2、红光红光3333绿光绿光2 2蓝光蓝光彩色是所谓的原色红彩色是所谓的原色红R R、绿、绿GG、蓝、蓝B B的各种组合的各种组合彩色基础彩色基础? 没有单一颜色可称为红、绿、蓝没有单一颜色可称为红、绿、蓝 ? 特定三原色波长并不意味特定三原色波长并不意味RGBRGB分分 量单独作用就能产生所有谱色量单独作用就能产生所有谱色 QQ 三个标准原色当以各种强度比混三个标准原色当以各种强度比混 合在一起时可以产生所有可见彩色合在一起时可以产生所有可见彩色标准化标准化CIECIE，19311931年年彩色基础彩色基础光及颜料的原色和二次色光及颜料的原色和二次色色光相加彩色电视机色光相加彩色电视机亮度亮度

3、色调色调 色饱和度色饱和度颜色特性颜色特性色调饱和度色调饱和度彩色彩色亮度彩色亮度彩色 颜色颜色R RX XGGY YB BZ Z颜色定义颜色定义彩色基础彩色基础彩色基础彩色基础红红绿绿颜色定义颜色定义 CIECIE色度图色度图62G25%Rz=1-(x+y)=13%B色度图边界色度图边界纯色、全饱和纯色、全饱和色度图内部点色度图内部点混合色、欠饱和混合色、欠饱和等能量点等能量点白光白光CIECIE标准、零饱和标准、零饱和彩色基础彩色基础颜色范围颜色范围RGBRGB监视器产生的典型监视器产生的典型 的颜色范围的颜色范围彩色全域彩色全域高质量的彩色打印设备高质量的彩色打印设备 的典型的典型彩色域

4、彩色域XYZ 彩色系统， CIE-1931PropertiesProperties: : All positive spectral All positive spectral matching curvesmatching curves Y corresponds to luminanceY corresponds to luminance Equal energy white: X=Y=ZEqual energy white: X=Y=Z Virtual primariesVirtual primaries彩色基础彩色基础5.1 5.1 彩色基础彩色基础 5.2 5.2 彩色模型彩色模型

5、5.3 5.3 伪彩色处理伪彩色处理 5.4 5.4 全彩色图像处理基础全彩色图像处理基础 5.5 5.5 彩色变换彩色变换RGBRGB（红、绿、蓝）（红、绿、蓝）彩色视频摄像机、彩色监视器彩色视频摄像机、彩色监视器CMY /CMYK CMY /CMYK （青、深红、黄、黑）（青、深红、黄、黑）彩色打印机彩色打印机HSIHSI（色调、饱和度、亮度）（色调、饱和度、亮度）人对颜色的描述与解释习惯人对颜色的描述与解释习惯彩色模型（空间、系统）彩色模型（空间、系统）RGBRGB模型模型基于笛卡儿坐标基于笛卡儿坐标RGBRGB彩色模型中，所有颜色出现在彩色模型中，所有颜色出现在 R R、GG、B B的

6、原色光谱分量中的原色光谱分量中灰度等级沿这两点分布灰度等级沿这两点分布颜色表示颜色表示R RGGB B24 24 比特比特What is magenta?What is magenta?What is cyan?What is cyan?What is black? What is black? What is white?What is white? 黑点位于原点，白点位于离原点最远的角黑点位于原点，白点位于离原点最远的角 上上 不同的颜色处于在立方体上或其内部不同的颜色处于在立方体上或其内部 所有颜色归一化，值在所有颜色归一化，值在00，11范围内范围内 RGBRGB空间，用以表示每一像素

7、的比特数叫空间，用以表示每一像素的比特数叫 做像素深度做像素深度 每幅每幅R R、GG、B B图像为图像为8 8比特图像；一个比特图像；一个 RGBRGB彩色图像为彩色图像为2424比特图像，有比特图像，有1677721616777216 种颜色种颜色彩色图像产生彩色图像产生RGB三色原理 Matlab演示 rgb_compose = 1;彩彩 色色 子子 系系 统统256256色色RGBRGB系统系统安全安全RGBRGB彩色子集（全系统安全彩色集）彩色子集（全系统安全彩色集）无损无损WEBWEB彩色（无损监视彩色）彩色（无损监视彩色）216216种安全彩色种安全彩色标准符号标准符号CMY/C

8、MYKCMY/CMYK模型模型CMY/CMYKCMY/CMYK模型模型四色打印技术四色打印技术RGB - CMY Matlab演示 rgb_cmy= 1;HSIHSI模型模型强度轴强度值饱和度强度轴色调颜色色调与饱和度原色和二次色 原色（二次色）120度分隔 二次色与原色相隔 色调 彩色点向量与红轴的角度 饱和度 到某一彩色点的向量长度 强度 垂直轴HSIHSI模型模型色调、饱和度与强度色调、饱和度与强度 强度轴强度轴 向量长度向量长度 向量与红轴的交角（向量与红轴的交角（ 逆时针）逆时针）HSIHSI模型模型HSI平面形状与色调、饱和度、 强度无关彩色空间转换彩色空间转换 R R、GG、B

9、B HH、S S、I IHSIHSI模型模型 GBGB扇区扇区RGRG扇区扇区 BRBR扇区扇区彩色空间转换彩色空间转换 HH、S S、I I R R、GG、B B HSIHSI模型模型RGBRGB立方体图像立方体图像HSIHSI值值沿沿4545度线的值是不连续的度线的值是不连续的饱和度越小，越逼近饱和度越小，越逼近 RGBRGB的白色的白色每一点象素值等于相应象素每一点象素值等于相应象素 RGBRGB的平均值的平均值HSIHSI模型模型 色调图像饱和度图像强度图像HSIHSI模型模型 HSI分量图像处理RGB基色和二次色合成图像HSIRGBHSI模型独立控制色调、饱和度、强度来描述彩色RGB

10、HSI改变的H、S、I合成的RGB图像RGB - HSI Matlab演示 rgb_hsi = 1;1.1.强度分层技术强度分层技术2.2.灰度级独立变换合成彩色灰度级独立变换合成彩色根据特定的准则对灰度值赋以彩色处理伪彩色处理伪彩色处理5.1 5.1 彩色基础彩色基础 5.2 5.2 彩色模型彩色模型 5.3 5.3 伪彩色处理伪彩色处理 5.4 5.4 全彩色图像处理基础全彩色图像处理基础 5.5 5.5 彩色变换彩色变换强度分层技术强度分层技术放置一些平行于图像坐标面的平面放置一些平行于图像坐标面的平面相交区域切割图像相交区域切割图像1. 图像三维函数2. 分层二维平面函数平面上的象素将

11、编码一种彩色平面下的象素将编码伪另一种彩色强度分层技术强度分层技术举例一甲状腺单色图像甲状腺8色图像 基于图像的物理特性细分为灰度级，强度分层起重要角色举例二强度分层技术强度分层技术焊接X光图像彩色编码图像 灰度级的确切值已知，灰度分层在可视化方面上即简单又有效举例三强度分层技术强度分层技术强度与月平均降雨 相对应的图像降雨区低高降雨区降雨量灰度级到彩色转换灰度级到彩色转换r 对任何输入象素的灰度级执行3个独立变 换r 变换结果分别送入R、G、B通道r 彩色内容受变换函数特性调制灰度级到彩色转换灰度级到彩色转换 举例一突出行李物中的 爆炸物灰度级到彩色转换灰度级到彩色转换多幅单色图像组合为一幅

12、彩色组合图像灰度级到彩色转换灰度级到彩色转换 多光谱图像彩色编码 不同传感器在不同的谱段产生 独立的单色图像 多谱图像彩色编码基于产生图 像的传感器相应特性RGB近红外RGB灰度级到彩色转换灰度级到彩色转换活火山喷 出的物质陈旧的硫 沉积物木星伪彩色图像RGB - HSI Matlab演示 index_image = 1; gray_ind = 1； rgb_ind = 1；5.1 5.1 彩色基础彩色基础 5.2 5.2 彩色模型彩色模型 5.3 5.3 伪彩色处理伪彩色处理 5.4 5.4 全彩色图像处理基础全彩色图像处理基础 5.5 5.5 彩色变换彩色变换全彩色图像处理基础全彩色图像处

13、理基础1. 分别处理每一分量图像，将处理后的分 量图像合成彩色图像2. 直接对彩色图像象素处理全彩色图像处理基础全彩色图像处理基础1. 必须对向量和标量都可用2. 对每一向量的操作对其他而言是独立的分量处理 直接处理5.1 5.1 彩色基础彩色基础 5.2 5.2 彩色模型彩色模型 5.3 5.3 伪彩色处理伪彩色处理 5.4 5.4 全彩色图像处理基础全彩色图像处理基础 5.5 5.5 彩色变换彩色变换在单一彩色模型范围中处理彩色图像分量彩色变换彩色变换1. 补色2. 彩色分层3. 色调和彩色校正4. 直方图处理彩色变换彩色变换全彩色图像与其不同彩色空间分量 CMYK: 草莓M、Y, C、K

14、 RGB: 草莓R , G、B HSI: 草莓H 纯净, S 彩色变换彩色变换K=0.7: 减少亮度30补色补色增强嵌在彩色图像暗区的细节在大小上占支配地位的细节补色补色 使用RGB补色变换 函数没有直接的HSI 空间等效当量 输入图像的饱和度 是不可改变的RGB补色HSI变换的RGB补色近似彩色分层彩色分层突出图像中特殊的彩色区域1. 显示感兴趣的颜色以便从背景中把它们分离出来2. 像模板那样使用由彩色定义的区域，以便进一步处理 感兴趣区以外的区域彩色映 射为不突出的自然色 感兴趣区以外的区域彩色做 必要的变换立方体（超立方体）封闭球形（超球形）彩色分层彩色分层举例一：分离草莓色调和彩色校正

15、色调和彩色校正最通用的照片增强和彩色重现变换效果 打印中评价CIE L*a*b* 模型色调和彩色校正色调和彩色校正举例一：灰度变换 改善图像色调的变换通常交互地选择实验性地调整图像亮度和对比 度以在合适的亮度上提供最大 的细节，彩色本身并不改变1. RGB（CMYK）：相同的变 换函数映射3（4）彩色分量2. HSI仅改变亮度分量色调和彩色校正色调和彩色校正举例二：彩色平衡直方图处理直方图处理自动的直方图处理 变换彩色图像 多于一个分量的直方 图灰度级技术 均匀地扩展彩色强度 ，保留彩色本身（色调 ）不变HSI直方图均衡H、S 不变变S彩色变换彩色变换 Matlab演示 rgb_ice = 1;5.1 5.1 彩色基础彩色基础 5.2 5.2 彩色模型彩色模型 5.3 5.3 伪彩色处理伪彩色处理 5.4 5.4 全彩色图像处理基础全彩色图像处理基础 5.5 5.5 彩色变换彩色变换 全彩色图像处理全彩色图像处理. 平滑和锐化. 彩色分割. 彩色图像噪声. 彩色图像压缩彩色图像平滑与锐化彩色图像平滑与锐化 灰度图像平滑 彩色图像平滑 灰度标量处理 分量向量邻域平均值平滑可以在每 个彩色平面基础上进行灰度图像锐化 彩色图像锐化 灰度标量处理 分量向量彩色图像平滑彩色图像平滑彩色图像平滑彩色图像平滑举例一