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1、1 数字彩色图像基础数字彩色图像基础注：本部分内容参考了林福宗注：本部分内容参考了林福宗多媒体技术基础多媒体技术基础第四、五、六章第四、五、六章数字媒体技术基础数字媒体技术基础第二讲第二讲2上一上一讲内容回内容回顾数字媒体数字媒体导论数字媒体的基本概念数字媒体的基本概念数字媒体技数字媒体技术的原理的原理数字媒体数字媒体标准准简介介数字媒体的数字媒体的应用用3本本讲内容提要内容提要视觉系系统对颜色的感知色的感知图像的像的颜色模型色模型图像的基本属性像的基本属性图像的种像的种类数字数字图像的描述像的描述图像文件格式像文件格式作作业2颜色的特性及度量色的特性及度量颜色空色空间及其及其转换4视觉系系统
2、对颜色的感知色的感知人人们获取的信息的取的信息的70来自来自视觉系系统颜色是什么色是什么从物理学角度，从物理学角度，颜色是色是视觉系系统对可可见光的感知光的感知结果果l感知到的感知到的颜色由光波的色由光波的频率决定的率决定的l光光波波是是一一种种具具有有一一定定频率率范范围的的电磁磁辐射射，其其波波长覆覆盖盖的的范范围很广很广l电磁磁辐射射中中只只有有一一小小部部分分能能够引引起起眼眼睛睛的的兴奋而而被被感感觉，其其波波长在在380780nm的范的范围里。里。l眼睛感知到的眼睛感知到的颜色和波色和波长之之间的的对应关系如下关系如下图所示所示5视觉系系统对颜色的感知色的感知视觉系系统对颜色感知的
3、特性色感知的特性眼睛本眼睛本质上是一个照相机上是一个照相机l人人的的视网网膜膜（humanretina）通通过神神经元元感感知知外外部部世世界界的的颜色色，每个神每个神经元是一个元是一个对颜色敏感的色敏感的锥体（体（cone）l人的人的视网膜有网膜有对红、绿、蓝颜色敏感程度不同的三种色敏感程度不同的三种锥体体细胞胞红、绿和和蓝三三种种锥体体细胞胞对不不同同频率率的的光光的的感感知知程程度度不不同，同，对不同亮度的感知程度也不同不同亮度的感知程度也不同从从理理论上上说，自自然然界界中中的的任任何何一一种种颜色色都都可可以以由由R，G，B这三三种种颜色色值之之和和来来确确定定，它它们构构成成一一个
4、个三三维的的RGB矢量空矢量空间（三原色三原色）lR，G，B的数的数值不同，混合得到的不同，混合得到的颜色就不同色就不同67图像的像的颜色模型色模型什么是什么是颜色模型（色模型（colormodel）定量的描述定量的描述颜色的一套色的一套规则和定和定义人人们提出了各种提出了各种颜色模型。目前常用的色模型。目前常用的颜色模型按用途色模型按用途可分可分为l面向硬件面向硬件显示示设备的的RGB颜色模型色模型l面向彩色面向彩色图像打印的像打印的CMY颜色模型色模型l电视信号信号传输中的中的YUV颜色模型色模型l面向彩色面向彩色图像像处理的理的HIS颜色模型色模型l面向特定面向特定应用的自定用的自定义颜
5、色模型色模型l。与与颜色空色空间等价等价8显示彩色示彩色图像用像用RGB相加混色模型相加混色模型-1一一个个能能发出出光光波波的的物物体体称称为有有源源物物体体，它它的的颜色色由由该物体物体发出的光波决定出的光波决定lCRT使使用用3个个电子子枪分分别产生生红(red)、绿(green)和和蓝(blue)三三种种波波长的的光光，如如图所所示示，并并以以各各种种不不同同的的相相对强度度组合合产生生不不同同的的颜色色RGB相加混色模型相加混色模型l组合合红、绿和和蓝光光波波来来产生生特特定定颜色色的的方方法法叫叫做做相相加加混混色色法法(additivecolormixture)，即，即RGB相加
6、混色模型相加混色模型l相加混色是相加混色是计算机算机应用中定用中定义颜色的基本方法色的基本方法 彩色显像产生颜色的原理 9显示彩色示彩色图像用像用RGB相加混色模型相加混色模型-2任何一种任何一种颜色都可用三种基本色都可用三种基本颜色按不同的比例混合得到色按不同的比例混合得到颜色色R(红的百分比的百分比)G(绿的百分比的百分比)B(蓝的百分比的百分比)三三种种颜色色的的光光强越越强，到到达达我我们眼眼睛睛的的光光就就越越多多，它它们的的比比例例不不同同，我我们看看到到的的颜色色也也就就不不同同。没没有有光光到到达达眼眼睛睛，就是一片漆黑就是一片漆黑当当三三基基色色等等量量相相加加时，得得到到白
7、白色色；等等量量的的红绿相相加加而而蓝为0时得得到到黄黄色色；等等量量的的红蓝相相加加而而绿为0时得得到到品品红色色；等等量量的的绿蓝相相加加而而红为0时得得到到青青色色。这些些三三基基色色相相加加的的结果如果如图所示所示相加混色 三种色彩叠加可形成三种色彩叠加可形成1670万种颜色，即真彩万种颜色，即真彩色色10打印彩色打印彩色图像用像用CMY相减混色模型相减混色模型-1一个不一个不发光波的物体称光波的物体称为无源物体，它的无源物体，它的颜色由色由该物体吸物体吸收或者反射哪些光波决定收或者反射哪些光波决定用彩色墨水或用彩色墨水或颜料料进行混合，行混合，绘制的制的图画是一种无源物体，用画是一种
8、无源物体，用这种方法生成的种方法生成的颜色称色称为相减色相减色在白光照射下，青色在白光照射下，青色颜料能吸收料能吸收红色而反射青色，黄色色而反射青色，黄色颜料吸收料吸收蓝色而反射黄色，品色而反射黄色，品红颜料吸收料吸收绿色而反射品色而反射品红。也就是：。也就是：l白色-红色=青色l白色-绿色=品红 l白色-蓝色=黄色l 另外，如果把青色和黄色两种另外，如果把青色和黄色两种颜料混合，在白光照射下，由于料混合，在白光照射下，由于颜料吸收了料吸收了红色和色和蓝色，而反射了色，而反射了绿色，色，对于于颜料的混合我料的混合我们表示如下：表示如下：颜料(黄色+青色)=白色-红色-蓝色=绿色 颜料(品红+青
9、色)=白色-红色-绿色=蓝色 颜料(黄色+品红)=白色-绿色-蓝色=红色 以上的都是相减混色,相减混色就是以吸收三基色比例不同而形成不同的颜色的。所以又把青色、品青色、品红、黄色、黄色称为颜料三基色。颜料三基色的混色在绘画、印刷中得到广泛应用11打印彩色打印彩色图像用像用CMY相减混色模型相减混色模型-2CMY相减混色模型相减混色模型用三种基本颜色即青色(cyan)、品红(magenta)和黄色(yellow)的颜料按一定比例混合得到颜色的方法，通常写成CMY，称为CMY模型从理论上说，任何一种颜色都可以用青色(cyan)、品红(magenta)和黄色(yellow)混合得到在在相相减减混混色
10、色中中,当当三三基基色色等等量量相相减减时得得到到黑黑色色；。三三基基色色相相减减结果果如如图所示所示按每个像素每种按每个像素每种颜色用色用1位表示，相减法位表示，相减法产生的生的8种种颜色如表所示色如表所示C(青色)M(品红)Y(黄色)相减色000白001黄010品红011红100青101绿110蓝111黑 相减混色 相减色 12图像属性像属性-1像素深度（像素深度（depth）图像中描述每个像素所需的二像中描述每个像素所需的二进制位数，以制位数，以bit为单位位l例如，用例如，用R，G，B三个分量表示的彩色三个分量表示的彩色图像，若每个分量用像，若每个分量用8位位表示，那么一个像素共用表示
11、，那么一个像素共用24位表示，就位表示，就说像素深度像素深度为24位位像素深度决定彩色像素深度决定彩色图像的每个像素可能有的像的每个像素可能有的颜色数，或色数，或者确定灰度者确定灰度图像的每个像素可能有的灰度像的每个像素可能有的灰度级数数l例如，像素深度例如，像素深度为24位位时，每个像素可以是，每个像素可以是224=16777216种种颜色中的一种色中的一种像素深度越深，表达的像素深度越深，表达的颜色数目就越多，所占用的存色数目就越多，所占用的存储空空间也越大。相反，如果像素深度太浅，也越大。相反，如果像素深度太浅，则影响影响图像的像的质量，量，图像看起来像看起来让人人觉得很粗糙和很不自然得
12、很粗糙和很不自然13图像属性像属性-2阿阿尔法法()通道通道在在每每个个像像素素用用32位位表表示示的的图像像表表示示法法中中的的高高8位位，其其余余24位位是是颜色色通通道道，红色色、绿色色和和蓝色色分分量量各各占占一一个个8位位的通道的通道通通道道是是一一个个256级灰灰阶的的图像像，用用于于表表示示每每个个像像素素的的透透明度（明度（可将可将图像分成不同的像分成不同的层）l例例如如，用用两两幅幅图像像A和和B混混合合成成一一幅幅新新图像像，新新图像像(New)的的像像素素为：Newpixel=(alphaA)(pixelAcolor)+(alphaB)(pixelBcolor)在在视频制
13、制作作中中，可可把把广广告告的的图标、报道道题花花等等图案案作作为标记或或栏目目标题叠叠加加在在画画面面上上，使使用用通通道道可可对不不同同部部分分产生不同的透明效果生不同的透明效果14图像属性像属性-3真彩色与真彩色与伪彩色彩色真彩色真彩色(truecolor)l每个像素的每个像素的颜色色值用用红(R)、绿(G)和和蓝(B)表示的表示的颜色色l通常用通常用24位表示，其位表示，其颜色数色数22416777216种。也称种。也称24位位颜色色(24-bitcolor)或全彩色或全彩色(fullcolor)伪彩色彩色(pseudocolor)l在在RGB真彩色出真彩色出现之前，之前， 由于技由于
14、技术上的原因，上的原因，计算机在算机在处理理时并没有达到每像素并没有达到每像素24位的真彩色水平，位的真彩色水平，为此人此人们创造了索引造了索引颜色，即色，即伪彩色彩色l将像素将像素值当作彩色当作彩色查找表找表(colorlook-uptable，CLUT)的表的表项入口入口地址，地址，查找找显示示图像像时要使用的要使用的R，G，B值，用，用查找出的找出的R，G，B值产生的彩色。生的彩色。例如16种颜色的查找表，0号索引对应黑色，. ，15号索引对应白色l使用使用查找得到的找得到的R，G，B数数值显示的彩色是真的，但不是示的彩色是真的，但不是图像本像本身真正的身真正的颜色，它没有完全反映原色，
15、它没有完全反映原图的的颜色色15图像的种像的种类-1矢量矢量图(vectorgraphics)图形形一般是由点、一般是由点、线条、曲面等条、曲面等组成的画面，多数是由成的画面，多数是由绘图软件件绘制出来的制出来的把把图形看作一段段具有一定形看作一段段具有一定宽度、一定度、一定长度和方向性的度和方向性的线段段组成，文件成，文件记录的是每个的是每个线段的起点和段的起点和终点以及点以及线段的色彩、段的色彩、宽度等信息，度等信息，该文件可以看成是众多矢量表文件可以看成是众多矢量表示的集合。示的集合。每一个矢量都是独立的每一个矢量都是独立的图像像对象，可以自由无限制的重象，可以自由无限制的重新新组合合优
16、点点l目目标图像的移像的移动、缩小或放大、旋小或放大、旋转、拷、拷贝、属性、属性(如如线条条变宽变细、颜色色)变更都很容易做到更都很容易做到l存存储空空间小小局限性局限性l很很难用来描述真用来描述真实世界的彩色照片世界的彩色照片16图像的种像的种类-2位位图(bitmap)图像像把把图片片看看成成是是m行行n列列的的小小方方块组成成，每每个个小小方方块被被称称为一个像素，一个像素，记录每个像素的每个像素的颜色色值l对位位图进行行操操作作时，只只能能对图中中的的像像素素进行行操操作作，而而不不能能把把位位图中的物体作中的物体作为独立独立实体体进行操作。也称光行操作。也称光栅图(rastergra
17、phics)特性特性l位位图的的获取取通通常常用用扫描描仪、数数码相相机机、摄像像机机、录像像机机、视像像光光盘和相关的数字化和相关的数字化设备l位位图文件占据的存文件占据的存储空空间比比较大大l影响位影响位图文件大小的因素文件大小的因素图像像分分辨辨率率：分分辨辨率率越越高高，表表示示组成成一一幅幅图的的像像素素就就越越多多，图像像文文件就越大件就越大像像素素深深度度：像像素素深深度度越越深深，表表达达单个个像像素素的的颜色色和和亮亮度度的的位位数数越越多多，图像文件就越大像文件就越大17图像的种像的种类-3矢量矢量图与位与位图的差的差别18图像的描述像的描述矩矩阵黑白黑白图像（二像（二值图
18、像）像）每个像素只能是黑或者白，像素每个像素只能是黑或者白，像素值为0/1灰度灰度图像像每个像素由一个量化的灰度每个像素由一个量化的灰度级来表示，一般来表示，一般为8bits的灰度的灰度级（0-255,0为纯黑黑,255为纯白）白）彩色彩色图像像每个像素的信息由每个像素的信息由RGB三基色构成三基色构成1819图像文件格式像文件格式图像文件格式是存像文件格式是存储图形或形或图像数据的数据像数据的数据结构构数数字字图像像有有多多种种存存储格格式式，每每种种格格式式一一般般由由不不同同的的开开发商商支支持持。因因此此，要要进行行图像像处理理，必必须了了解解图像文件的格式，像文件的格式，即即图像文件
19、的数据构成像文件的数据构成每每一一种种图像像文文件件均均有有一一个个文文件件头，在在文文件件头之之后后才是才是图像数据像数据20BMP文件格式文件格式-1BMP文件格式文件格式Bitmap的的简写写微微软公司开公司开发的在的在Windows环境下的境下的标准位准位图文件格式文件格式BMP文件是一种像素文件，它保存了一幅文件是一种像素文件，它保存了一幅图象中所有的象中所有的像素像素l可保存可保存单色位色位图、16色或色或256色索引模式像素色索引模式像素图、24位真彩色位真彩色图象象l每种模式中每种模式中单一像素的大小分一像素的大小分别为1/8字字节，1/2字字节，1字字节和和3字字节l目前最常
20、目前最常见的是的是256色色BMP和和24位色位色BMPl这种文件格式种文件格式还定定义了像素保存的几种方法，包括不了像素保存的几种方法，包括不压缩、RLE压缩等。常等。常见的的BMP文件大多是不文件大多是不压缩的。的。21BMP文件格式文件格式-2BMP文件文件组成成BMP文件由文件由文件文件头、位、位图信息信息头、颜色信息色信息(调色板色板)和和图形数据形数据四部分四部分组成成BMP文件文件头BMP文件文件头数据数据结构含有构含有BMP文件的文件的类型、文件大小和位型、文件大小和位图起始位置等信息。起始位置等信息。其其结构定构定义如下如下:typedefstructtagBITMAPFIL
21、EHEADERWORDbfType;/位位图文件的文件的类型型标识，必，必须为0x424D,即字符串即字符串”BM”DWORDbfSize;/位位图文件的大小，以字文件的大小，以字节为单位位WORDbfReserved1;/位位图文件保留字，必文件保留字，必须为0WORDbfReserved2;/位位图文件保留字，必文件保留字，必须为0DWORDbfOffBits;/位位图数据的起始位置，以相数据的起始位置，以相对于位于位图/文件文件头的偏移量表示，以字的偏移量表示，以字节为单位位BITMAPFILEHEADER;22BMP文件格式文件格式-3位位图信息信息头BMP位位图信息信息头数据用于数据
22、用于说明位明位图的尺寸等信息。的尺寸等信息。typedefstructtagBITMAPINFOHEADERDWORDbiSize;/本本结构所占用字构所占用字节数数LONGbiWidth;/位位图的的宽度，以像素度，以像素为单位位LONGbiHeight;/位位图的高度，以像素的高度，以像素为单位位WORDbiPlanes;/目目标设备的的级别，必，必须为1WORDbiBitCount/每个像素所需的位数，必每个像素所需的位数，必须是是1(双色双色),/4(16色色)，8(256色色)或或24(真彩色真彩色)之一之一DWORDbiCompression;/位位图压缩类型，必型，必须是是0(不
23、不压缩),/1(BI_RLE8压缩类型型)或或2(BI_RLE4压缩类型型)之一之一DWORDbiSizeImage;/位位图的大小，以字的大小，以字节为单位位LONGbiXPelsPerMeter;/位位图水平分辨率，每米像素数水平分辨率，每米像素数LONGbiYPelsPerMeter;/位位图垂直分辨率，每米像素数垂直分辨率，每米像素数DWORDbiClrUsed;/位位图实际使用的使用的颜色表中的色表中的颜色数色数DWORDbiClrImportant;/位位图显示示过程中重要的程中重要的颜色数色数BITMAPINFOHEADER;23BMP文件格式文件格式-4颜色表（色表（调色板）色
24、板）颜色表用于色表用于说明位明位图中的中的颜色，它有若干个表色，它有若干个表项，每一个表，每一个表项是一是一个个RGBQUAD类型的型的结构，定构，定义一种一种颜色。色。lRGBQUAD结构的定构的定义如下如下:typedefstructtagRGBQUADBYTErgbBlue;/蓝色的亮度色的亮度(值范范围为0-255)BYTErgbGreen;/绿色的亮度色的亮度(值范范围为0-255)BYTErgbRed;/红色的亮度色的亮度(值范范围为0-255)BYTErgbReserved;/保留，必保留，必须为0RGBQUAD;l颜色表中色表中RGBQUAD结构数据的个数有构数据的个数有biB
25、itCount来确定来确定:当当biBitCount=1,4,8时，分，分别有有2,16,256个表个表项;当当biBitCount=24时，没有，没有颜色表色表项。l位位图信息信息头和和颜色表色表组成位成位图信息，信息，BITMAPINFO结构定构定义如下如下:typedefstructtagBITMAPINFOBITMAPINFOHEADERbmiHeader;/位位图信息信息头RGBQUADbmiColors1;/颜色表色表BITMAPINFO;24BMP文件格式文件格式-5位位图数据数据位位图数据数据记录了位了位图的每一个像素的每一个像素值，记录顺序是序是在在扫描行内是描行内是从左到右
26、从左到右,扫描行之描行之间是从下到上是从下到上。位位图的一个像素的一个像素值所占的字所占的字节数数:当当biBitCount=1时，8个像素占个像素占1个字个字节;当当biBitCount=4时，2个像素占个像素占1个字个字节;当当biBitCount=8时，1个像素占个像素占1个字个字节;当当biBitCount=24时,1个像素占个像素占3个字个字节;Windows规定一个定一个扫描行所占的字描行所占的字节数必数必须是是4的倍数的倍数(即以即以long为单位位),不足的以不足的以0填充填充l一个一个扫描行所占的字描行所占的字节数数计算方法算方法:DataSizePerLine=(biWid
27、th*biBitCount+31)/8;l一个一个扫描行所占的字描行所占的字节数数DataSizePerLine=DataSizePerLine/4*4;/字字节数必数必须是是4的倍数的倍数l位位图数据的大小数据的大小(不不压缩情况下情况下):DataSize=DataSizePerLine*biHeight;25BMP文件格式文件格式-6总结Windows所使用的所使用的BMP文件，在开始文件，在开始处有一个文件有一个文件头，大小，大小为54字字节。l文件文件头保存了包括文件格式保存了包括文件格式标识、颜色数、色数、图象大小、象大小、压缩方式等信息方式等信息l对24位位色色不不压缩的的BMP
28、，文文件件头中中的的信信息息基基本本不不需需要要注注意意，只只有有“大大小小”这一一项对有有用用。图象象的的宽度度和和高高度度都都是是一一个个32位位整整数数，在在文文件件中中的的地地址址分分别为0x0012和和0x0016。54个个字字节以以后后，如如果果是是16色色或或256色色BMP，则还有有一一个个颜色色表表，但但24位位色色BMP没有没有这个，可不考个，可不考虑。接接下下来来就就是是实际的的像像素素数数据据了了。24位位色色的的BMP文文件件中中，每每三三个个字字节表表示示一一个个像像素素的的颜色色。注注意意，通通常常使使用用RGB来来表表示示颜色色，但但BMP文文件件则采采用用BG
29、R，就是就是说，顺序被反序被反过来了来了每一行的字每一行的字节数一行的字数一行的字节数必数必须是是4的整数倍，如果不是，的整数倍，如果不是，则需要需要补齐BMP文文件件的的数数据据存存放放是是从从下下到到上上，从从左左到到右右的的。也也就就是是说，从从文文件件中中最最先先读到到的的是是图像像最最下下面面一一行行的的左左边第第一一个个像像素素，然然后后是是左左边第第二二个个像像素素，接接下下来来是是倒倒数数第第二二行行左左边第第一一个个像像素素，左左边第第二二个个像像素素。依依次次类推推，最最后后得得到的是最上面一行的最右到的是最上面一行的最右边的一个像素的一个像素26作作业2用用VC或者或者C
30、/C+实现一个包含如下功能的程序一个包含如下功能的程序打开打开24位彩色位彩色bmp文件文件,显示示该图像像将将图像内容像内容顺时针旋旋转90度后度后显示出来示出来将将图像分成等大小的像分成等大小的4块，将第，将第1和第和第3块像素互像素互换后保存后保存将旋将旋转后的后的图像像转换成灰度成灰度图像像显示，并保存示，并保存对灰度灰度图像求像求Sobel边缘图，显示出来，并保存示出来，并保存对灰度灰度图像像进行行Gaussian平滑，并保存（平滑，并保存（需要体会平滑的作用需要体会平滑的作用）对灰度灰度图像像进行行2值化（化（可可尝试使用不同的使用不同的阈值，如，如30，50，128，160）要求
31、要求不可借助其它不可借助其它SDK，只能用，只能用C/C+来来实现，可参考网上代，可参考网上代码作作业提交：源程序提交：源程序+原始原始图像像+各各结果果图像（可拷像（可拷贝到到word文件中）文件中）27描述描述颜色的几个色的几个术语颜色是什么色是什么颜色是人的色是人的视觉系系统对可可见光的感知光的感知结果，感知到的果，感知到的颜色由光波的波色由光波的波长决定决定l视觉系系统能感能感觉的波的波长范范围为380780nm，感知到的，感知到的颜色和波色和波长之之间的的对应关系如关系如图所示所示l纯颜色用光的波色用光的波长定定义，称，称为光光谱色色(spectralcolors)。单色光色光l用不
32、同波用不同波长的光的光进行行组合合时可可产生相同的生相同的颜色感色感觉国国际照明委照明委员会（会（CIE）定）定义了三个特性来区分不同的了三个特性来区分不同的颜色色l色色调(hue)l饱和度和度(saturation)l明度明度(brightness) 光谱色 28颜色的三个特性色的三个特性-1色色调（Hue）视觉系系统对一个区域呈一个区域呈现的的颜色的感色的感觉，即，即对可可见物体物体辐射射或或发射的光波波射的光波波长的感的感觉这种感种感觉就是与就是与红、绿和和蓝三种三种颜色中的哪一种色中的哪一种颜色相似，色相似，或者与它或者与它们组合的合的颜色相似。色相似。色色调取决于可取决于可见光光谱中
33、的光波的中的光波的频率，它是最容易把率，它是最容易把颜色区色区分开的一种属性分开的一种属性苹果是苹果是红色的，色的，这“红色色”便是一种色便是一种色调，它与，它与颜色明暗无关色明暗无关黑、灰、白黑、灰、白则为无色彩无色彩色色调有一个自然次序：有一个自然次序：红、橙、黄、橙、黄、绿、青、青、蓝、靛、紫、靛、紫(red，orange,yellow，green，cyan，blue，indigo，violet)。在在这个次序中，当个次序中，当人人们混合相混合相邻颜色色时，可以，可以获得在得在这两两种种颜色之色之间连续变化的色化的色调29颜色的三个特性色的三个特性-2色调表示法色调表示法色调（色调（Hu
34、e）在在颜颜色色圆圆上上用用圆圆周周表表示示，圆圆周周上上的的颜颜色色具具有有相相同同的饱和度和明度，但它们的色调不同的饱和度和明度，但它们的色调不同,如图所示如图所示30颜色的三个特性色的三个特性-3饱和度和度(Saturation)指指颜色的色的纯洁性性l可用来区可用来区别颜色明暗的程度色明暗的程度l当一种当一种颜色色掺入其他光成分越多入其他光成分越多时，就就说该颜色越不色越不饱和和 一种颜色一种颜色一种颜色一种颜色+ +其他光成分其他光成分其他光成分其他光成分= =颜色不饱和颜色不饱和颜色不饱和颜色不饱和l完全完全饱和的和的颜色是指没有渗入白光所色是指没有渗入白光所呈呈现的的颜色色l单一
35、波一波长的光的光谱色是完全色是完全饱和的和的颜色色半径表示法半径表示法l见图(a)，沿径向方向上的，沿径向方向上的颜色具有相色具有相同的色同的色调和明度，但它和明度，但它们的的饱和度不和度不同同l图(b)所示的七种所示的七种颜色具有相同的色色具有相同的色调和明度，但具有不同的和明度，但具有不同的饱和度，左和度，左边的的饱和度最浅，右和度最浅，右边的的饱和度最深和度最深(a) 半径表示法(b) 饱和度表示法 31颜色的三个特性色的三个特性-4明度明度(Brightness)视觉系系统对可可见物体物体辐射光或射光或发射光多少的感知属射光多少的感知属性性l同一物体因受光不同会同一物体因受光不同会产生
36、明度上的生明度上的变化。化。l有色表面的明度取决于亮度和表面的反射率有色表面的明度取决于亮度和表面的反射率感知的明度与反射率不成正比，感知的明度与反射率不成正比，认为是一种是一种对数关系数关系l明度的主明度的主观感感觉值目前无法用物理目前无法用物理设备测量量可用亮度可用亮度(luminance)即即辐射的能量来度量射的能量来度量一个极端是黑色一个极端是黑色(没有光没有光)，另一个极端是白色，在，另一个极端是白色，在这两个极两个极端之端之间是灰色是灰色32颜色的三个特性色的三个特性-5明度（明度（Brightness）明度常用垂直明度常用垂直轴表示，表示，见图(a)在在图(b)中，七种中，七种颜
37、色具有色具有l相同色相同色调和和饱和度和度l不同的明度不同的明度l底部的明度最小底部的明度最小l顶部的明度最大部的明度最大(a) 垂直轴表示法 (b) 示例 33饱和度和亮度的关系和度和亮度的关系同一色同一色调越亮或越暗越不越亮或越暗越不纯。l在在饱和的彩色光中增加白光的成分，相当于增加了光能，和的彩色光中增加白光的成分，相当于增加了光能，因而因而变得更亮了，但是它的得更亮了，但是它的饱和度却降低了。和度却降低了。l若增加黑色光的成分，相当于降低了光能，因而若增加黑色光的成分，相当于降低了光能，因而变得更得更暗，其暗，其饱和度也降低了。和度也降低了。34颜色的三个特性色的三个特性-6亮度（亮度
38、（ luminance ）由于明度很由于明度很难度量，因此国度量，因此国际照明委照明委员会定会定义了一个比了一个比较容易度量的物理量，称容易度量的物理量，称为亮度亮度(luminance)。亮亮度度的的值是是可可度度量量的的，它它用用单位位面面积上上反反射射或或者者发射射的的光的光的强度表示度表示光光的的强度度用用“intensity”表表示示，但但在在许多多中中文文工工具具书和和科科技文献中把技文献中把“intensity”和和“luminance”都翻都翻译成成“亮度亮度”总结：色色调与与光光波波的的波波长有有直直接接关关系系，亮亮度度和和饱和和度与光波的幅度有关。度与光波的幅度有关。35
39、颜色空色空间-1表示表示颜色的一种数学方法色的一种数学方法对人，可以通人，可以通过色色调、饱和度和明度来定和度和明度来定义颜色色对显示示设备，用，用红、绿和和蓝发光体的光体的发光量来描述光量来描述颜色色对打印或印刷打印或印刷设备，使用青色、品，使用青色、品红色、黄色和黑色的色、黄色和黑色的反射和吸收来反射和吸收来产生指定的生指定的颜色色通常用三通常用三维模型表示模型表示颜色常用代表三个参数的三色常用代表三个参数的三维坐坐标来指定，来指定，这些参数描些参数描述述颜色在色在颜色空色空间中的位置中的位置36颜色空色空间-2例：如例：如图表示用色表示用色调、饱和和度和明度构造的度和明度构造的HSB(h
40、ue,saturation，andbrightness)颜色空色空间l色色调用角度用角度标定，定，红色色标为0,青色青色标为180l饱和度的深浅用半径大小和度的深浅用半径大小表示表示l明度用垂直明度用垂直轴表示表示lHIS（Intensity） 色调-饱和度-明度颜色空间 37HIS/HSB（A）HSI圆锥空间模型圆锥空间模型 （B）线条示意图：圆锥上亮度、色度和饱和度的关系。）线条示意图：圆锥上亮度、色度和饱和度的关系。 （C）纵轴表示亮度：亮度值是沿着圆锥的轴线度量的，沿着圆锥轴）纵轴表示亮度：亮度值是沿着圆锥的轴线度量的，沿着圆锥轴线上的点表示完全不饱和的颜色，按照不同的灰度等级，最亮点
41、为纯线上的点表示完全不饱和的颜色，按照不同的灰度等级，最亮点为纯白色、最暗点为纯黑色。白色、最暗点为纯黑色。 （D）圆锥纵切面：描述了同一色调的不同亮度和饱和度关系。）圆锥纵切面：描述了同一色调的不同亮度和饱和度关系。 （E）圆锥横切面：色调）圆锥横切面：色调H为绕着圆锥截面度量的色环，圆周上的颜色为绕着圆锥截面度量的色环，圆周上的颜色为完全饱和的纯色，色饱和度为穿过中心的半径横轴。为完全饱和的纯色，色饱和度为穿过中心的半径横轴。 38颜色空色空间-339肤色模型（肤色模型（Skinmodel）肤色肤色检测在人在人脸检测、手、手势识别、人体跟踪、敏、人体跟踪、敏感感图像像过滤等等问题中得到广泛
42、中得到广泛应用用它通常被作它通常被作为预处理理环节来降低来降低问题求解的求解的计算复算复杂度度由于种族、光照、背景等因素的影响，准确分割人体肤由于种族、光照、背景等因素的影响，准确分割人体肤色区域仍是一个有挑色区域仍是一个有挑战性的性的问题40肤色模型（肤色模型（Skinmodel）肤色在不同肤色在不同颜色空色空间上的上的分布分布计算机表示中最常用的算机表示中最常用的RGB颜色空色空间RGB is developed with CRT asanadditivecolorspaceIt has high correlation, non-uniformityandmixingofchromina
43、nce and luminancedata.Therefore RGB is not suitablefor color analysis and colorbasedrecognition41肤色模型（肤色模型（Skinmodel）与人与人类颜色感知一致的色感知一致的HSV颜色空色空间HSV(hue,saturation,value)表示色调、饱和度和亮度H-V and H-S subspace plotsDistribution of the H (Hue) channelHSV反反映映了了人人的的视视觉觉系统观察彩色的方式系统观察彩色的方式V分分量量与与图图像像的的彩彩色信息无关；色信息
44、无关；H和和S分分量量与与人人感感受受颜颜色色的的方方式式是是紧紧密密相联的相联的HSV非非常常适适合合借借助助人人的的视视觉觉系系统统来来感感知知彩彩色色特特性性的的图图像像处理算法处理算法42肤色模型（肤色模型（Skinmodel）YUV (YCbCr) 颜色空间Y分量决定分量决定颜色的明亮度色的明亮度U分量和分量和V分量决定了分量决定了颜色本身（色度）色本身（色度）Distribution of Y, Cb and CrBounding planes for Cb-Cr subspace43肤色模型（肤色模型（Skinmodel）肤色在更多颜色空间上的分布肤色在更多颜色空间上的分布44肤
45、色模型（肤色模型（Skinmodel）肤色建模方法肤色建模方法简单定定义肤色模型肤色模型l通通过实验观察，通察，通过定定义一系列一系列规则来定来定义颜色空色空间中的肤色中的肤色区域区域l采用的采用的规则包括有人工定包括有人工定义的的简单的的线性函数、复性函数、复杂的非的非线性性函数，或者通函数，或者通过机器学机器学习自自动找到找到规则参数肤色模型参数肤色模型l假定肤色分布符合某假定肤色分布符合某类具体的数学函数，并通具体的数学函数，并通过训练数据来确数据来确定出相定出相应的参数，模型通常被假定的参数，模型通常被假定为服从服从单高斯分布高斯分布、多高斯、多高斯分布、分布、椭圆分布等分布等非参数肤
46、色模型非参数肤色模型l通通过训练集中的肤色出集中的肤色出现频率直接估率直接估计每种每种颜色的肤色概率，色的肤色概率，常用方法有常用方法有查表法、表法、Bayes法、法、SOM等等l这类模型中的各模型中的各颜色点的肤色概率色点的肤色概率值独立，准确性高，但缺乏独立，准确性高，但缺乏泛化能力泛化能力45肤色模型（肤色模型（Skinmodel）46肤色模型（肤色模型（Skinmodel）肤色肤色检测结果果47作作业31.实现RGB颜色色空空间到到HSV和和YCbCr颜色色空空间的的转换（关于（关于转换公式由自己公式由自己查阅资料料获取）取）2.（选做做）采采集集些些肤肤色色样本本，画画出出这些些肤肤色色在在RGB，HSV和和YCbCr颜色空色空间上的分布上的分布
