彩色图像处理

《彩色图像处理》由会员分享，可在线阅读，更多相关《彩色图像处理（59页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、数字图像处理Digital Image Processing电子科技大学中山学院计算机工程系 邹昆 Email：第六章 彩色图像处理第6章 彩色图像处理在图像处理中，颜色的运用受两个主要因素 推动：o颜色是一个强有力的描绘子，它常常可简 化目标物的识别和提取。o人可以辨别几千种不同的颜色，但只能区 分出几十种灰度级，这使得颜色在人工图 像分析中显得特别重要。第6章 彩色图像处理彩色图像处理分为两大类：o全彩色处理 图像为彩色图o伪彩色处理 图像为灰度图，为每个灰度区间赋予不同 的颜色而成为彩色图第6章 彩色图像处理前面章节中所介绍的图像处理方法，某些可 以直接应用于彩色图像处理，而其他的需要

2、做适当修改后才可应用于处理彩色图像。本章内容可分为三大块：o颜色基础知识和颜色模型o伪彩色处理o全彩色处理6.1 彩色基础白光通过棱镜时看到的色谱6种颜色？No!电磁波谱中的可见光部分6.1 彩色基础o人眼所感知到的物体的颜色由物体反射光 的特性所决定。o人眼内的锥状体分为三类，分别对红、绿 、蓝光敏感。 对红光敏感的锥状体占65% 对绿光敏感的锥状体占33% 对蓝光敏感的锥状体占2%(敏感度最高)6.1 彩色基础眼内三种锥状体的光吸收情况CIE(国际照明委员会)规定的三原色对应的光的波长为： 蓝：435.8nm绿：546.1nm红：700nm为何不一致？注意：三原色并 不意味着所有颜 色均能

3、由这三种 颜色按一定比例 混合得到6.1 彩色基础o三原色混色原理: 红+蓝=品红 绿+蓝=青 红+绿=黄品红、青、黄称为合成色 它们是颜料的三原色6.1 彩色基础颜色的特性：o亮度：与灰度图像的灰度值类似o色调：任何一种颜色的光都是由若干波长不同 的光混合而成，其中比重最大的那种光的颜色 即为色调。o饱和度：由色调所对应光在混合光中的比重决 定。也可理解该纯色光被白光冲淡的多少，白 光越多饱和度越低。 色调和饱和度统称为色度。6.1 彩色基础oCIE色度图如何看一种颜色的色 调和饱和度?如何确定任何两种或 三种颜色之间的混色 ？6.1 彩色基础o一般彩色显示器和 打印设备的色阶6.1 彩色基

4、础习题6.2： 考虑任何两种有效的颜色c1和c2，其在图6.5 所示色度图中坐标为(x1, y1)和(x2, y2)，推导 出 计算构成给定颜色所需c1和c2百分比的通用 表 达式，其中该颜色位于连接这两种彩色的直 线上。6.2 彩色模型o彩色模型(也称彩色空间或彩色系统)是为 了按照某种标准来指定颜色。o从本质上说，彩色模型是一个坐标系统， 在该系统下的一个子空间中，每种颜色都 对应其中一个点。6.2 彩色模型彩色模型的设计通常是为了便于硬件实现或 便于对颜色的控制。oRGB模型：在彩色显示器、彩色摄像机中广泛使用oCMY / CMYK模型：用于彩色打印oHSI模型：与人描述和解释颜色的方式

5、最 接近，便于人为指定颜色；同时该模型将 颜色和灰度信息分开，便于应用灰度图像 处理技术来处理彩色图像。6.2.1 RGB彩色模型oRGB彩色立方体示意图6.2.1 RGB彩色模型o用RGB彩色模型表示的图像包含有3个图 像分量，分别与红、绿、蓝三原色相对应 。o当送入RGB监视器时，这三幅图像在荧光 屏上混合产生一幅合成的彩色图像。o在RGB空间中，用于表示每一像素的比特 数称为像素深度。如24比特深度的图像通常称为全彩色或真彩色图像6.2.1 RGB彩色模型(a) 生成模型中横截面(127,G,B)的彩色RGB图像 (b) 模型中三个隐藏的表面彩色平面6.2.1 RGB彩色模型o安全RGB

6、 颜色(全系 统安全颜 色/安全 Web颜色 /安全浏览 器颜色)6.2.2 CMY和CMYK模型oC(Cyan 青)M(Magenta 品红)Y(Yellow 黄) 是颜料的三原色。 青色颜料：吸收红光 品红颜料：吸收绿光 黄色颜料：吸收蓝光 例如：当白光照到青色颜料上，红光被吸 收，返回绿光和蓝光，所以呈现青色。 CMY / CMYK模型主要用于打印设备6.2.2 CMY和CMYK模型oCMY模型和RGB模型间的关系：o等量的青色、品红和黄色应该产生黑色。 但实际产生的黑色不够纯正，另外加上价 格因素，引入黑色(打印的主色)，构成 CMYK模型。6.2.3 HSI彩色模型oRGB及CMY适

7、合颜色的生成和显示，但 不适合人为指定颜色。oHSI模型与人眼对颜色的描述很相似，如 淡紫、深红等等。 H：Hue 色调 S：Saturation 饱和度 I：Intensity 强度/灰度6.2.3 HSI彩色模型oRGB和HSI模型间的关系6.2.3 HSI彩色模型oHSI模型中的 色调和饱和度6.2.3 HSI彩色模型o基于(a)三角形和(b)圆 形彩色平面的HSI彩色 模型。三角形和圆形平 面垂直于灰度轴。6.2.3 HSI彩色模型o从RGB到HSI的彩色转换假设RGB值已归一化到0, 1范围内，则注意：实现中的范围调整问题不等于实验中的转灰度后的图像6.2.3 HSI彩色模型o从HS

8、I到RGB的彩色转换假设HSI值已归一化到0, 1范围内。首先将H乘 以360，恢复到0, 360范围内。根据H的范围 使用不同公式。RG扇区(0H120)：其他两种情况见书P2376.2.3 HSI彩色模型图6.8对应的HSI分量。(a) 色调 (b) 饱和度 (c) 强度/灰度6.2.3 HSI彩色模型RGB图像和 对应的HSI分量图像(a) RGB图像 (b) 色调 (c) 饱和度 (d) 强度/灰度6.2.3 HSI彩色模型示例： 通过修改HSI分量来改变图像外观(a)-(c)修改后的HSI分量图像 (d) 最终的RGB图像补充内容根据图像数据中是否包含调色板，可将图像 分为索引图像和

9、非索引图像。o非索引图像：像素数据区存放的是颜色值 。真彩图像(24位以上)为非索引图，存放 顺序：B G Ro索引图像：像素数据区存放的是颜色索引 值，其对应的颜色从调色板中获取。最常 见的索引图像为8位图像。用CImage快速存取像素值o使用GetPixel和SetPixel虽然方便，但效率 很低。o快速取像素方法：用GetPixelAddress函数 取像素地址(BYTE型指针)。判断是否为 索引图，不是索引图则用指针直接取RGB 值，每次取一个BYTE，即RGB当中一个 分量。是索引图则用指针取索引值，并获 取调色板，根据索引值从调色板中获取 RGB值。BYTE* p = (BYTE*

10、)image-GetPixelAddress(x,y);/取像素值地址 RGBQUAD rgb; if( image-IsIndexed() ) / 如果是索引图 int ncolors = image-GetMaxColorTableEntries();/取调色板颜色数 RGBQUAD *pColorTable = new RGBQUADncolors; image-GetColorTable(0, ncolors, pColorTable );/取调色板 rgb = pColorTable*p;/得到像素值 delete pColorTable; else / 非索引图，24位以上 rgb

11、.rgbBlue = *p+; rgb.rgbGreen = *p+; rgb.rgbRed = *p+; if(image-GetBPP() 24) rgb.rgbReserved = *p; 用CImage快速存取像素值o快速设置像素方法：用GetPixelAddress函 数取像素地址(BYTE型指针)。判断是否 为索引图，不是索引图则用指针直接设置 RGB值，每次设置一个BYTE，即RGB当 中一个分量。是索引图则获取调色板，从 调色板中获取与RGB值最接近的颜色，取 其索引值，用指针将当前像素索引设为该 索引值。/取与颜色c最接近的调色板索引值，适用于索引图像 BYTE GetNea

12、restIndex(const CImage* pImgSrc,RGBQUAD c) if (!pImgSrc)|(pImgSrc-IsIndexed()=false) return 0;int ncolors = pImgSrc-GetMaxColorTableEntries();/取调色板颜色数目 RGBQUAD *prgbColors = new RGBQUADncolors; pImgSrc-GetColorTable(0,ncolors,prgbColors);/取调色板long distance = 200000; int i,j = 0; long k; RGBQUAD colo

13、r; for(i=0;i = pImgSrc-GetWidth()|(y = pImgSrc-GetHeight() return; if (pImgSrc-IsIndexed()/索引图像 SetPixelIndex(pImgSrc,x,y,GetNearestIndex(pImgSrc,c); else /非索引图像 BYTE* iDst = (BYTE*)pImgSrc-GetPixelAddress(x,y); *iDst+ = c.rgbBlue; *iDst+ = c.rgbGreen; *iDst+ = c.rgbRed; if(pImgSrc-GetBPP() 24) *iDs

14、t = c.rgbReserved; 6.3 伪彩色图像处理o伪彩色(又称假彩色)图像处理是根据特定 的准则对灰度值赋以彩色的处理，即将灰 度图转换为彩色图。o其目的是为了方便人更清楚地分析灰度图 中的灰度层次。因为人眼对彩色的分辨能 力比对灰度的分辨能力更强。6.3.1 强度分层o强度分层(又称为密度分层)和彩色编码是 最简单的一种伪彩色图像处理方法。o将灰度图像中的像素灰度理解为高度，则 可以将图像转为3维。通过插入分割平面 ，将图像划分为不同的“层”，为每一层赋 以一种彩色。6.3.1 强度分层强度分层技术的几何解释强度分层技术另一种表示6.3.1 强度分层(a)Picker甲状腺模型的

15、单色图像；(b) 强度分为8层后进行伪彩色处理的结果6.3.1 强度分层(a) 焊点的单色X光图像 (b) 彩色编码后的结果6.3.1 强度分层6.4 全彩色图像处理基础全彩色图像处理方法分为两类：o独立地处理彩色图像的RGB分量图像，然 后组合成为一幅彩色图像。o将每个像素的RGB值看成一个整体，即一 个3维向量，对这个整体的属性进行处理 。6.4 全彩色图像处理基础能用第一种方法的前提：o该操作既可用于向量，也可用于标量o应用于向量时，各分量的处理结果互不相 关 例如：线性滤波6.5 彩色变换o注意：这里的彩色是相对第三章中的灰度 变换而言的，不是指色彩空间的变换。与灰度变换的区别在于，此

16、时f (x, y)是一 个向量，有三个分量。6.5 彩色变换回顾第三章学过的灰度变换：o灰度反转 s = L 1 r 彩色反转o对数变换 s = c log(1 + r)o幂律变换 s = c ro分段线性变换o直方图均衡o直方图拉伸 后三种不能用分别处理RGB分量的方式处理6.5 彩色变换o彩色反转(求补色)(底片效果)补色：彩色环中相对的颜色为补色。一种颜色和它的补色相加等于白色。6.5 彩色变换6.5 彩色变换o幂律变换6.5 彩色变换o幂律变换6.5 彩色变换o彩色切分 突出图像中某一色彩范围的内容。 相似性度量：利用色彩空间中的距离6.5 彩色变换o彩色切分6.5 彩色变换o直方图处理 直方图处理方法(如直方图均衡、直方图 拉伸等)针对每幅灰度图自动计算灰度变 换函数，如将彩色图像作为三幅灰度图来 处理，则RGB通道的变换函数不同，即对 同一像素的RGB分量做了不同处理，会引 起色彩失真。6.5