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1、第六章 彩色图像处理彩色彩色图像基像基础知知识彩色空彩色空间伪彩色彩色图像像处理理全彩色全彩色图像像处理理彩色彩色变换彩色彩色图像平滑和尖像平滑和尖锐化化数字图像处理第六章彩色图像基础知识为什么要研究彩色图像处理？符合人类视觉特点人类可以辨别几千种颜色色调和亮度只能辨别几十种灰度层次有用的描绘子简化目标物的区分目标识别：根据目标的颜色特征数字图像处理第六章彩色图像基础知识彩色图像处理可分为：全彩色处理数码相机数码摄像机彩色扫描仪伪彩色处理对不同的灰度或灰度范围赋予不同的颜色数字图像处理第六章彩色图像基础知识当一束白光通过一个玻璃棱镜时，出现的光束不是白光，而是由一端为紫色到另一端为红色的连续彩
2、色谱组成数字图像处理第六章光特性是颜色科学的核心描述彩色光的3个基本量：辐射率：从光源流出能量的总量，用瓦特(W)度量光强：观察者从光源接收的能量总和亮度：主观描绘子彩色图像基础知识数字图像处理第六章三原色三原色红色（色（RedRed）、）、绿色（色（GreenGreen）、）、蓝色（色（BlueBlue）原色相加可原色相加可产生二次色生二次色紫 色：红蓝青黄色：绿蓝色：红绿彩色图像基础知识数字图像处理第六章彩色彩色图像基像基础知知识彩色空彩色空间伪彩色彩色图像像处理理全彩色全彩色图像像处理理彩色彩色变换彩色彩色图像平滑和尖像平滑和尖锐化化第六章 彩色图像处理数字图像处理第六章彩色空间也称彩色
3、模型或彩色系统RGBCMY和CMYKHSIYIQYUVYCbCr数字图像处理第六章RGBCCD技术直接感知R,G,B三个分量是图像成像、显示、打印等设备的基础彩色空间数字图像处理第六章CMY和和CMYK彩色空彩色空间CMY(青、品红、黄)、CMYK (青、品红、黄、黑）运用在大多数在纸上沉积彩色颜料的设备，如彩色打印机和复印机、印刷设备中打印中的主要颜色是黑色等量的CMY原色可产生黑色，但不纯在CMY基础上，加入黑色，形成CMYK彩色空间彩色空间数字图像处理第六章HSIHSI( (色色调、饱和度、亮度）和度、亮度）两个特点：I I分量与分量与图像的彩色信息无关像的彩色信息无关H H和和S S分
4、量与人感受分量与人感受颜色的方式是色的方式是紧密相密相连的的将亮度(I)与色调（H）和饱和度（S）分开避免颜色受到光照明暗(I)等条件的干扰仅仅分析反映色彩本质的色调和饱和度广泛用于广泛用于计算机算机视觉、图像像检索和索和视频检索索彩色空间数字图像处理第六章YIQYIQY指亮度(Brightness),即灰度值I和Q指色调，描述色彩及饱和度用于彩色电视广播，被北美的电视系统所采用（属于NTSC系统）Y分量可提供黑白电视机的所有影像信息彩色空间数字图像处理第六章YUVYUVY指亮度,与YIQ的Y相同U和V也指色调，但不同于YIQ的I和Q用于彩色电视广播，被欧洲的电视系统所采用（属于PAL系统）Y
5、分量可提供黑白电视机的所有影像信息彩色空间数字图像处理第六章YCbCrYCbCrY Y指亮度指亮度, ,与与YIQYIQ和和YUVYUV的的Y Y相同相同Cb和Cr由U和V调整得到JPEG采用的彩色空间彩色空间数字图像处理第六章彩色空间转换1.2.3.4.5.RGBRGBRGBRGBRGBCMYHSIYIQYUVYCbCr数字图像处理第六章RGB和CMY值都归一化到0,11、RGBCMY加法模型加法模型减法模减法模型型数字图像处理第六章2、RGBHSI数字图像处理第六章RGB图像和与之对应的HSI图像分量RGBRGB图像像饱和度和度色色调强度度数字图像处理第六章HSIRGB数字图像处理第六章3
6、、RGBYIQ（NTSC）数字图像处理第六章4、RGBYUV（PAL）数字图像处理第六章5、RGBYCbCr数字图像处理第六章彩色彩色图像基像基础知知识彩色空彩色空间伪彩色彩色图像像处理理全彩色全彩色图像像处理理彩色彩色变换彩色彩色图像平滑和尖像平滑和尖锐化化第六章 彩色图像处理数字图像处理第六章伪彩色图像处理什么叫什么叫伪彩色彩色图像像处理理? ?也叫假彩色图像处理根据一定的准根据一定的准则对灰度灰度值赋以彩色的以彩色的处理理区分：伪彩色图像、真彩色图像、单色图像为什么需要什么需要伪彩色彩色图像像处理理? ?人类可以辨别上千种颜色和强度只能辨别二十几种灰度对颜色色敏感敏感数字图像处理第六章应
7、用为人人们观察和解察和解释图像中的灰度目像中的灰度目标怎样进行伪彩色图像处理？1.2.强度分度分层技技术灰度灰度级到彩色到彩色转换技技术伪彩色图像处理数字图像处理第六章1、强度分度分层技技术把一幅图像描述为三维函数（x,y,f(x,y)）分层技术：放置平行于(x,y)坐标面的平面每一个平面在相交区域切割图像函数数字图像处理第六章f x, y Ckck 是与强度间隔 Vk 第K级强度有关的颜色Vk 是由在l=k-1和l=k分割平面定义的1、强度分度分层技技术定定义令0,L-1表示灰度级，使l0代表黑色（f(x,y)=0）,lL-1代表白色(f(x,y)=L-1)。假设垂直于强度轴的P个平面定义为
8、量级l1,l2,lP。0PL-1，P个平面将灰度级分为P+1个间隔，V1,V2,VP+1，则灰度级到彩色的赋值关系:f x, y Vk等高等高线数字图像处理第六章1、强度分度分层技技术数字图像处理第六章例1：甲状腺模型单色色图像像强度分度分层结果，果，8 8个彩色区域个彩色区域左左图的恒定的恒定强度度难以区分病以区分病变，右，右图强度分度分层结果，果，清楚的清楚的显示恒定示恒定强度的不同区域度的不同区域数字图像处理第六章例2：焊点问题检测图像灰度像灰度为255255（白），（白），焊点有点有问题给255255灰度灰度赋以一种以一种颜色，其它所有灰度色，其它所有灰度为另一种另一种颜色色简化工作，
9、降低化工作，降低误识率率数字图像处理第六章例例3：用用颜色突出降雨水平色突出降雨水平图a：图像的强度值直接与降雨相对应，目测困难图b：蓝色表示低降雨量，红色表示高降雨量图c和图d更加清楚图a 图b图c图d数字图像处理第六章2、灰度、灰度级到彩色的到彩色的转换对任何任何输入像素的入像素的灰度灰度级执行行3 3个独立个独立变换3 3个个变换结果分果分别送入彩色送入彩色监视器的器的红、绿、蓝三个通道三个通道产生一幅合成生一幅合成图像像数字图像处理第六章机机场X射射线扫描系描系统突出行李中的爆炸物突出行李中的爆炸物3个个正正弦弦变换不不相相同同背景和爆炸物虽灰度值很不同，但映射近似，与服装袋映射不同相
10、位相位数字图像处理第六章将将多幅多幅单色色图像（多光像（多光谱图像）像）组合合为一幅彩一幅彩色色组合合图像像如：彩色平衡如：彩色平衡数字图像处理第六章例：例：多多光光谱图像像彩彩色色编码华盛顿特区的光谱卫星图像RGB近红外RGB合成近红外代替R数字图像处理第六章木星木星卫星的星的伪彩色彩色图像像在复杂图像中对感兴趣的事物进行可视化处理活火山最活火山最近近喷出的出的物物质数字图像处理第六章彩色彩色图像基像基础知知识彩色空彩色空间伪彩色彩色图像像处理理全彩色全彩色图像像处理理彩色彩色变换彩色彩色图像平滑和尖像平滑和尖锐化化第六章 彩色图像处理数字图像处理第六章全彩色图像处理全彩色图像处理研究分为两
11、大类：分分别处理每一分量理每一分量图像，然后，合成彩色像，然后，合成彩色图像像直接直接对彩色像素彩色像素处理：理：3 3个个颜色分量表示像素色分量表示像素向量。令向量。令c c代表代表RGBRGB彩色空彩色空间中的任意向量中的任意向量数字图像处理第六章彩色分量是坐彩色分量是坐标（x,y)x,y)的函数，有的函数，有MNMN个个这样的向量的向量对大小为 M N 的图像全彩色图像处理数字图像处理第六章彩色彩色图像基像基础知知识彩色空彩色空间伪彩色彩色图像像处理理全彩色全彩色图像像处理理彩色彩色变换彩色彩色图像平滑和尖像平滑和尖锐化化第六章 彩色图像处理数字图像处理第六章彩色变换f x, y g x
12、, y 是彩色输入图像是变换或处理过的彩色输出图像T 是在空间邻域 x, y 上对f 的操作彩色变换函数g x, y T f x, y 数字图像处理第六章si Ti r1 , r2 ,., rn i 1,2,., nri 和 si 是f x , y 和 g x, y 在任何点处彩色分量的变量T1 , T2 ,.Tn 是一个对 ri 操作产生 s i 的变换或彩色映射函数集选择的彩色空的彩色空间决定决定n n的的值，如，如RGBRGB彩色空彩色空间，n=3,n=3,r1,r2r1,r2和和r3r3表示表示红、绿、蓝分量分量;CMYK;CMYK，则n=4n=4彩色变换的简单形式彩色变换数字图像处理
13、第六章草莓和咖啡杯的彩色草莓和咖啡杯的彩色图像像CMYKCMYK图像，可知草莓由像，可知草莓由深深红和黄和黄组成成青青深深红 黄黄黑黑红RGBRGB图像，像，红色多而色多而蓝色和色和绿色少色少HSIHSI图像像彩色变换数字图像处理第六章补色补色：在如图所示的彩色环上，与一种色调直接相对立的另一种色调称为补色作用：增作用：增强嵌在彩色嵌在彩色图像暗区的像暗区的细节数字图像处理第六章RGB补图补色红色在色在补色中用青色代替，黑色在色中用青色代替，黑色在补色中用白色代替色中用白色代替原图HSI补图数字图像处理第六章平淡平淡亮亮暗暗色色调校正校正实验性地性地调整整图像亮度和像亮度和对比度比度增增强对比
14、度，比度，亮的更亮，暗的更暗亮的更亮，暗的更暗变暗暗变亮亮曲曲线反之可反之可缩小小对比度比度等量地等量地调整整R、G、B分量并分量并不不总能能显著著地改地改变图像像色色调数字图像处理第六章彩色平衡彩色平衡与彩色平衡彩色平衡相关的几个定义偏色：采偏色：采样过程中，由于程中，由于设备、环境的原因会境的原因会造成造成图象的三个象的三个颜色分量不同的色分量不同的变换关系，使关系，使图象中所有物体的象中所有物体的颜色偏离了其原有的真色偏离了其原有的真实色色彩，彩，这种种现象被称象被称为偏色。偏色。如：如：图象的灰色部分象的灰色部分带有了有了颜色色。数字图像处理第六章灰平衡：使灰平衡：使RGB彩色彩色设备
15、的彩色分量混合后，的彩色分量混合后，颜色失去色失去色色调和和饱和度和度产生灰色，生灰色，这种种颜色混合效果被称色混合效果被称为灰平衡，一般情况下，灰平衡，一般情况下，等量的等量的RGB产生灰色。生灰色。彩色平衡：彩色平衡：纠正偏色的正偏色的过程叫作色彩平衡。程叫作色彩平衡。 色彩平衡的色彩平衡的实现，是通，是通过调整灰平衡，使整灰平衡，使偏色区域，恢复成灰色来达到的。偏色区域，恢复成灰色来达到的。数字图像处理第六章如何判断彩色如何判断彩色图象的偏色象的偏色检查图象的灰平衡情况，即象的灰平衡情况，即检查在在现实中中应该是灰色的物体，在是灰色的物体，在图象中是否是灰色象中是否是灰色例如：某黑色区域
16、的平均取例如：某黑色区域的平均取值是：是：R = 0 ， G = 12， B = 7 说明有青色色偏明有青色色偏检查高高饱和度的和度的颜色是否正常，即色是否正常，即检查在在现实中中应该是是纯色的物体，在色的物体，在图象中是否有偏色象中是否有偏色数字图像处理第六章彩色平衡算法彩色平衡算法1）在图象中选取两个浅灰或深灰区域（这些区域也许已经不是灰色）2）计算这两个域的RGB平均值， 3）设以以G分量分量为基准，匹配基准，匹配R和和B分量，分量，则： 数字图像处理第六章4)由 得到平衡后的新图象求出：k1和k2求出：l1和l2数字图像处理第六章彩色平衡算法彩色平衡算法设：在图象中选取两个浅灰或深灰区
17、域，并计算这两个域的RGB平均值，得：R1 = 25 ；G1 = 31；B1 = 37 R2 = 75 ；G2 = 79； B2 = 77 调整整G、B去匹配去匹配R。从而有。从而有线性性变换G: 31(25); 79(75) B: 37(25); 77(75)数字图像处理第六章255312550255772557579075253725G G的逆的逆变换B B的逆的逆变换数字图像处理第六章彩色平衡彩色平衡数字图像处理第六章 T rk p r r j HSI颜色空色空间下的直方下的直方图均衡化均衡化原原图处理前，大量暗彩色理前，大量暗彩色处理后的直方理后的直方图直方直方图均衡亮度均衡亮度分量的
18、分量的结果，色果，色调、饱和度没有和度没有变先增加先增加图像的像的饱和度分和度分量，再做直方量，再做直方图均衡均衡因因为亮度改亮度改变也会影响也会影响图像的彩色状像的彩色状态jnns kk kj 0 j 0数字图像处理第六章彩色彩色图像基像基础知知识彩色空彩色空间伪彩色彩色图像像处理理全彩色全彩色图像像处理理彩色彩色变换彩色彩色图像平滑和尖像平滑和尖锐化化第六章 彩色图像处理数字图像处理第六章彩色图像平滑令Sxy表示在RGB彩色图像中定义一个中心在(x,y)的邻域的坐标集，在该邻域中RGB分量的平均值为空空间域域滤波：波：邻域平均法域平均法数字图像处理第六章彩色图像平滑（5*5 平均模板）原始
19、彩色图像绿分量图像红分量图像蓝分量图像数字图像处理第六章H H分量分量图像像S S分量分量图像像I I分量分量图像像彩色图像平滑数字图像处理第六章彩色彩色图像平滑（像平滑（HSI图像像仅仅处理亮度分量）理亮度分量）55的平均模板平滑结果处理每一个理每一个RGBRGB分量分量后后图像平滑像平滑结果果 图a a平滑亮度分量，并平滑亮度分量，并转换到到RGBRGB图像像显示示 图b ba a图像和像和b b图像的差像的差别图像像 图c c图c c的原因：的原因：图a a像素的平均是不同彩色的平均，而像素的平均是不同彩色的平均，而图b b仅仅是亮度的是亮度的平均，原彩色中色平均，原彩色中色调H H和和
20、饱和度和度S S保持不保持不变随着随着滤波波器尺寸的器尺寸的增加，差增加，差别将增大将增大数字图像处理第六章彩色图像锐化（拉普拉斯微分）RGBRGB彩色空彩色空间，分，分别计算每一分量算每一分量图像的拉普拉斯像的拉普拉斯变换g x, y f x, y 2 f x, y f x, y f x1, y f x1, y f x, y1 f x, y14f x, y 5 f x, y f x 1, y f x 1, y f x, y 1 f x, y 1数字图像处理第六章彩色图像锐化（拉普拉斯微分）图c c的原因：的原因：图a a像素的像素的锐化是不同彩色的化是不同彩色的锐化，而化，而图b b仅仅是亮
21、度的是亮度的锐化，原彩色分量（色化，原彩色分量（色调H H和和饱和度和度S S）保持不）保持不变RGBRGB图像的像的拉普拉斯拉普拉斯变换图a aHSIHSI图像的亮度像的亮度I I分量分量图像的拉普拉斯像的拉普拉斯变换图b ba a图像和像和b b图像的像的差差别图像像图c c数字图像处理第六章HSIHSI彩色空彩色空间分割分割用用阈值处理理饱和度和度图像像产生生的二的二值模板模板饱和度和度图像中像中阈值等于等于最大最大饱和度的和度的10%10%，大于，大于阈值的像素的像素赋1 1（白色），（白色），其它其它赋0 0（黑色）（黑色）原图S图H图I图色色调图像与像与该模板的乘模板的乘积用用阈值处理理饱和度和度图像像产生生的二的二值模板模板乘乘积图像的直方像的直方图感感兴趣的被分到灰度最高端趣的被分到灰度最高端H图S图门限用用阈值0.90.9对乘乘积图像像进行二行二值化化分割得分割得好不好好不好？数字图像处理第六章HueSaturationIntensity模板运算模板运算模模板板模板运算模板运算直方直方图基于直方基于直方图二二值化化数字图像处理第六章
