第八章色彩模型

1、Chapter 6Color Image Processing圖像中應(yīng)用彩色主要是因為：（1）簡化區(qū)分目標(biāo)；（2）人眼可以辨別幾千種顏色色調(diào)和亮度，而對灰度辨別僅幾十種，進(jìn)行人工圖像分析，彩色圖像處理可分為2個主要領(lǐng)域:全彩色、偽彩色。原則上講，前面各章的灰度處理方法均可直接用于彩色處理。Chapter 6Color Image Processing6.1 彩色基礎(chǔ) 彩色可見光：400700nm，我們可以用3個基本量來描述光源的質(zhì)量：radiance（輻射度 輻射通量）：W總能量luminace（光通量）：可見光brightness（亮度）：主觀描述 Chapter 6Color Image

2、Processing6.1 彩色基礎(chǔ) 人眼的錐狀細(xì)胞負(fù)責(zé)彩色傳感的，大眼的67百萬個錐狀細(xì)胞分三類：紅：65%，綠：33%，藍(lán)：2%。P226圖6.3為人眼對的吸取實驗。Chapter 6Color Image Processing6.1 彩色基礎(chǔ) 人眼的錐狀細(xì)胞負(fù)責(zé)彩色傳感的，大眼的67百萬個錐狀細(xì)胞分三類：紅：65%，綠：33%，藍(lán)：2%。 圖6.3為人眼對的吸取實驗。Chapter 6Color Image Processing6.1 彩色基礎(chǔ) CIE（國際照明委員會）規(guī)定了如下三種波為主原色：藍(lán)：435.8nm，綠：546.1nm，紅：700nm。紅色，只是一個帶，而不是單一一個波長綠

3、藍(lán)也是一樣。原色相加二次色R+B=深紅=紅+藍(lán)G+B=表色=綠+藍(lán)R+G=黃=紅+綠R+G+B可得白色，或一個二次色與其，補(bǔ)色白光，如圖6.4(a) Chapter 6Color Image Processing6.1 彩色基礎(chǔ) 在顏料或著色劑中，原色的定義是這樣的：白：減去一種原色， 反射或傳輸另兩種原色。故其原色是：深紅、青、黃。而二次色是R、G、B。如圖6.4所示。 Chapter 6Color Image Processing6.1 彩色基礎(chǔ) 通常區(qū)分顏色的特征是亮度，色調(diào)和飽和度。亮度：明亮程度。色調(diào)：光波混合中，與主波長相關(guān)的屬性，指觀察的主要顏色。飽和度：純色+白色多少色調(diào)+飽和

4、度色度，即顏色用色度和亮度來表征。形成任何特殊顏色需要R，G，B，叫三色值，分別用X，Y，Z，表示。一種顏色由三色值系數(shù)定義： 1XxXYZYyXYZZzXYZXYZChapter 6Color Image Processing6.1 彩色基礎(chǔ) 顏色的另一種表示方法用CIE色度圖。 該圖以（紅），（綠）函數(shù)表示顏色組成而。如圖6.5所示 Chapter 6Color Image Processing6.1 彩色基礎(chǔ) 圖中邊界上的顏色為純色，內(nèi)部的表示混和色。等能量點白，等能量點的飽和度為0。 規(guī)律：連接任意兩點的直線所定義的不同顏色，均可由這兩類顏色相加得到同樣，從等能量點到邊界上任一點的連線

5、，可以定義特定譜色的所有色調(diào)。還可以擴(kuò)展到三種顏色，圖中任何三點連成一三角形，內(nèi)部所有顏色均可用三個頂點色來混合形成。 Chapter 6Color Image Processing6.1 彩色基礎(chǔ) 圖6.6的三角形是KGB監(jiān)視器產(chǎn)生的顏色范圍，不規(guī)則區(qū)域是彩色打印機(jī)的彩色域。Chapter 6Color Image Processing6.2 彩色模型6.2 彩色模型 亦彩色空間或彩色系統(tǒng)。最通用的就是RGB模型（用于如攝像機(jī)等）。 CMY（青，深紅，黃）、CMYK（青，深紅，黃，黑）是針對彩色打印機(jī)，而HIS（色調(diào)，飽和度，亮度）更符合人描述顏色，也適合本書給出的灰度處理技術(shù)。 Chapt

6、er 6Color Image Processing6.2 彩色模型6.2.1 RGB彩色模型 為方便，假定所有顏色都?xì)w一化。如果每一分量用8比特表示，共有24 稱為全彩色。例6.1（P230）介紹了彩色平面的概念。Chapter 6Color Image Processing6.2 彩色模型6.2.1 RGB彩色模型下面介紹所謂 全RGB彩色子集。 Chapter 6Color Image Processing6.2 彩色模型Chapter 6Color Image Processing6.2 彩色模型6.2.2 CMY和CMYK模型等量的青，深紅，黃產(chǎn)生黑色。而實際中，組合產(chǎn)生的黑色不純，

7、為產(chǎn)生真正的黑色，加入第四種顏色黑色。即CMYK模型（四色打印） 11(11CRMGYB 歸 一 化 為 ）Chapter 6Color Image Processing6.2 彩色模型6.2.3 HIS彩色模型 上述模型中適應(yīng)人眼。這里介紹的HIS彩色模型恰好能滿足這個要求。H：色調(diào)，S：飽和度，I：亮度H+S表示了彩色信息。 下面說明HSI可以從RGB信息中得來的。Chapter 6Color Image Processing6.2 彩色模型6.2.3 HIS彩色模型 在圖中，白（1，1，1），黑（0，0，0），其連線是垂直的。經(jīng)過一彩色點，作該連線的平面，則該平面與垂直連線的交點位置即是

8、強(qiáng)度值。強(qiáng)度軸上的飽和度是0，其上全部是灰度點。 Chapter 6Color Image Processing6.2 彩色模型6.2.3 HIS彩色模型 在圖6.12中，連接白、青、黑三點組成一平面，則該平面（三角形）點有相的色調(diào)，理由是：三角形內(nèi)任一點的顏色均為由頂點來得出，而黑白點不改變色調(diào)。旋轉(zhuǎn)這個平面可以得到不同的色調(diào)，該平面與立方體的橫截面決定的邊界不是呈三角形就是六邊形。這樣我們可以用六邊形來表示色調(diào)和飽和度。具體參見下頁圖所示：Chapter 6Color Image Processing6.2 彩色模型6.2.3 HIS彩色模型 我們用六邊形來表示色調(diào)和飽和度。Chapter

9、 6Color Image Processing6.2 彩色模型6.2.3 HIS彩色模型 我們用六邊形來表示色調(diào)和飽和度。Chapter 6Color Image Processing6.2 彩色模型6.2.3 HIS彩色模型從RGB到HIS的彩色轉(zhuǎn)換 1223601()()2()()()31min( , )1()30,10,1BGHBGRGRBarccosRGRG RBSR G BRGBIRGBRGBHSI 如果，則：Chapter 6Color Image Processing6.2 彩色模型6.2.3 HIS彩色模型從HIS到RGB的轉(zhuǎn)換 在0，1內(nèi)給出HSIRGN分三個區(qū)域（相隔12

10、0） RG0120B=I1-Scos1cos(60)3()HSHRIHGIRB扇形：（）（）oGB120240 H=H-120R=I1-ScosG1cos(60)B3(G)HSHIHIR扇形：（）首先然后：（）oBR240360 H=H-240G=I 1-ScosB1cos(60)R3(GB)HSHIHI扇形：（）首先然后：（）Chapter 6Color Image Processing6.2 彩色模型6.2.3 HIS彩色模型 圖6.15是三個對應(yīng)于RGB立方體的圖像的HSI值。 Chapter 6Color Image Processing6.2 彩色模型6.2.3 HIS彩色模型 圖6

11、.16是RGB及其二次色給出的圖像，而（b）,（c）,（d）為其色調(diào)、飲和度和弱度圖像。 Chapter 6Color Image Processing6.2 彩色模型6.2.3 HIS彩色模型 圖6.17為簡單的HSI圖像處理的圖像。Chapter 6Color Image Processing6.3 偽彩色處理6.3 偽彩色處理給特定的灰度值賦以彩色。偽彩色的目的是為了人眼觀察和解釋圖像中的目標(biāo)。 Chapter 6Color Image Processing6.3 偽彩色處理6.3.1 強(qiáng)度分層參見圖6.18，圖像被看成三維函數(shù)。Chapter 6Color Image Processi

12、ng6.3 偽彩色處理6.3.1 強(qiáng)度分層 可以簡單地按如下方式來把灰度彩色01121210,1P,01P1,( ,) ( ,):LPPkkkkLlllllPLvvvfx ucfx uVcV令為 灰 度 級 ：黑 色 ，白 色灰 度 軸 定 義個 平 面共 分 成 個 間 隔 。， 則是 與 強(qiáng) 度 間 隔相 關(guān) 的 顏 色 。Chapter 6Color Image Processing6.3 偽彩色處理6.3.1 強(qiáng)度分層灰度彩色實例：Chapter 6Color Image Processing6.3 偽彩色處理6.3.1 強(qiáng)度分層灰度彩色實例：焊接實例 Chapter 6Color I

13、mage Processing6.3 偽彩色處理6.3.1 強(qiáng)度分層灰度彩色實例：用顏色突出降雨水平 Chapter 6Color Image Processing6.3 偽彩色處理6.3.2 灰度級到彩色轉(zhuǎn)換 另一種更加通用的灰度級到彩色的轉(zhuǎn)換是對輸入灰度級必行3個獨立的處理，得到3個結(jié)果紅，綠，藍(lán)通道。Chapter 6Color Image Processing6.3 偽彩色處理6.3.2 灰度級到彩色轉(zhuǎn)換 例6.5是一突出裝在行李內(nèi)的爆炸物的偽彩色應(yīng)用。 Chapter 6Color Image Processing6.3 偽彩色處理6.3.2 灰度級到彩色轉(zhuǎn)換 例6.5是一突出裝在行

14、李內(nèi)的爆炸物的偽彩色應(yīng)用。 Chapter 6Color Image Processing6.3 偽彩色處理6.3.2 灰度級到彩色轉(zhuǎn)換 例6.6為多光譜彩色編碼。Chapter 6Color Image Processing6.3 偽彩色處理6.3.2 灰度級到彩色轉(zhuǎn)換 例6.6為多光譜彩色編碼。Chapter 6Color Image Processing6.4 全彩色圖像處理基礎(chǔ) 6.4 全彩色圖像處理基礎(chǔ)全彩色圖像處理分為（1）處理每一分量，然后合成（2）直接對彩色處理全彩色至少有3個分量。 原則上前邊的灰度處理可移植到彩色，而對每一分量進(jìn)行處理。 令c代表RG彩色空間中的任意向量：(

15、 , )( , )( , )( , )( , )( , )( , )RRGGBBcRc x yR x yccGc x yc x yG x ycBc x yB x y Chapter 6Color Image Processing 6.5 彩色變換6.5 彩色變換6.5.1 公式( , )( , )g x yT f x y：類似于基本灰度變換過程。1212( ,) 1,2( , ) ( , ) ,iinnST r rrinf x yg x yT TTi sir123RGBnGBCMYKnrRrr舉例空間，則 3，分量分量分量而時， 4Chapter 6Color Image Processing

16、 6.5 彩色變換6.5 彩色變換6.5.1 公式圖6.30是一幅彩色圖像，CMYK分量圖 Chapter 6Color Image Processing 6.5 彩色變換6.5 彩色變換6.5.1 公式RGB分量圖及HSI分量圖。假設(shè)要改變圖像亮度，在HSI空間中，在RGB空間，3個分量必須：下頁圖顯示了 的結(jié)果。 331122,SkrSr Sr令而即為 1,2,3CMY(1)iiiiSkriSkrk空間：0.7k 0.7k Chapter 6Color Image Processing 6.5 彩色變換6.5 彩色變換6.5.1 公式 改變圖像亮度實例： 0.7k 0.7k Chapter

17、 6Color Image Processing 6.5 彩色變換6.5.2 補(bǔ)色 在圖6.32彩色環(huán)上，與一種色調(diào)相對立的另一種色調(diào)稱為補(bǔ)色。 0.7k 0.7k Chapter 6Color Image Processing 6.5 彩色變換6.5.2 補(bǔ)色 例6.7給出了在RGB空間及HSI空間下，補(bǔ)色的求法。0.7k 0.7k Chapter 6Color Image Processing 6.5 彩色變換6.5.3 彩色分層 可以采用突出特殊區(qū)域的顏色來把目標(biāo)分離出來?？梢圆捎妙愃朴谇斑叺幕叶确謱蛹夹g(shù)，這里叫彩色分層。 最簡單的情況，假設(shè)感興趣的顏色中心在（ ），寬度為W的立方體中，

18、則 0.7k 0.7k 12,na aa0.5| 12 ijjiWrajnSrin其它=1,2如果用一圓球確定感興趣的顏色 22010.5()injjjiraRSrn其它i=1,23n 4n 如果RGB彩色空間則 ， CMYK時，Chapter 6Color Image Processing 6.5 彩色變換6.5.3 彩色分層例6.8為彩色分層的一個說明。 0.7k 0.7k Chapter 6Color Image Processing 6.5 彩色變換6.5.4 色調(diào)和彩色校正背景：在圖像形成、傳輸、顯示過程中，存在非線性，可能造成顏色的不平衡，如CRT顯示，掃描儀。通過變換（彩色校正）

19、來達(dá)到一定的平衡。這里我們介紹另外一種常用的彩色模型。0.7k 0.7k *11616*500*20030.008856( )7.78716/1160.008856WWWWWLaRGbGBYLhYXYahhXYYZbhhYZqqh qqq（亮度），模型Chapter 6Color Image Processing 6.5 彩色變換6.5.4 色調(diào)和彩色校正（續(xù)） 其中， 是參考的白色的三刺激質(zhì)（在D65下，完美漫反射白色） 所謂三刺激值是形成某種顏色所需要的三原色的數(shù)量。 這種彩色模型特點：比色的（感覺相同，編碼相同），感覺一致的，獨立于設(shè)備的。 在圖像操作（色調(diào)和對比度編輯）和圖像壓縮方面很

20、有用。 顏色類的變換主要有：（1）灰度變換，（2）彩色平衡： 0.7k 0.7k ,wwwXYZChapter 6Color Image Processing 6.5 彩色變換6.5.4 色調(diào)和彩色校正（1）灰度變換， 例6.9在RGB中，3分量同時變HSI中，僅改變亮度。 0.7k 0.7k Chapter 6Color Image Processing 6.5 彩色變換6.5.4 色調(diào)和彩色校正（2）彩色平衡：含義，白色彩色 具體調(diào)整，如RGB圖像中有過多的深紅色，則：（1）移去紅藍(lán)，（2）增加其補(bǔ)色綠，例子見例6.10 0.7k 0.7k Chapter 6Color Image Pro

21、cessing 6.5 彩色變換6.5.5 直方圖處理 將前邊灰度直方圖處理方法移植到彩色圖像處理中，如直方圖均衡。 例6.11在HSI彩色空間的直方圖均衡。 0.7k 0.7k Chapter 6Color Image Processing 6.6 平滑和尖銳化6.6 平滑和尖銳化 6.6.1 彩色圖像平滑 例如，在RGB彩色空間中，令 表示中心在 的鄰域的坐標(biāo)集，在該鄰域中，RGB分量的平均值：例6.12為彩色圖像平滑例子，圖示見下頁：0.7k 0.7k xyS( , )x y(,)(,)(,)1( ,)1( ,)( ,)1( ,)xyxyxyx ySx ySx ySR x yKC x y

22、G x yKB x yKChapter 6Color Image Processing 6.6 平滑和尖銳化6.6 平滑和尖銳化 6.6.1 彩色圖像平滑 例6.12為彩色圖像平滑例子，圖示：0.7k 0.7k Chapter 6Color Image Processing 6.6 平滑和尖銳化6.6 平滑和尖銳化 6.6.1 彩色圖像平滑（續(xù)） 例6.12為彩色圖像平滑例子，圖示：0.7k 0.7k Chapter 6Color Image Processing 6.6 平滑和尖銳化6.6 平滑和尖銳化 6.6.1 彩色圖像平滑（續(xù)） 例6.12為彩色圖像平滑例子，圖示：0.7k 0.7k

23、Chapter 6Color Image Processing 6.6 平滑和尖銳化6.6 平滑和尖銳化 6.6.2彩色圖像尖銳化 本節(jié)考慮用拉普拉斯的方法進(jìn)行尖銳化，在RGB彩色系統(tǒng)中，向量C的拉氐變換： 0.7k 0.7k 2222( , )( , )( , )( , )K x yc x yG x yB x y 例子見例6.13圖6.41 Chapter 6Color Image Processing 6.6 平滑和尖銳化6.6 平滑和尖銳化 6.6.2彩色圖像尖銳化拉普拉斯方法圖像尖銳化實例6.130.7k 0.7k Chapter 6Color Image Processing 6.7

24、 彩色分割6.7 彩色分割 把一幅圖像分成區(qū)域的處理。6.7.1 HSI彩色空間分割 可利用色調(diào)不同進(jìn)行分割 飽和度可作為一個模板。例6.14是一個HIS空間進(jìn)行分割的例子。 0.7k 0.7k Chapter 6Color Image Processing 6.7 彩色分割6.7.1 HSI彩色空間分割一個HIS空間進(jìn)行分割的例子：例6.14 0.7k 0.7k Chapter 6Color Image Processing 6.7 彩色分割6.7.2 RGB向量空間分割 上面的例6.14分割效果不是特別理想，而在RGB彩色可得更好的結(jié)果。 假如，某目標(biāo)在RGB圖像中，“平均”彩色估計用向量

25、a來表示，此時，用歐氏距離來進(jìn)行判定。令z代表RGB空間的一點。歐氏距離 為一半徑為D0的實心球。據(jù)此可進(jìn)行編碼。 0.7k 0.7k 12222( , ) ()()()RRGGBBD z azazazaza0( , )D z aD112()()()TD zazaczac把上式進(jìn)行推廣，得到距離測度：是我們要分割的彩色的樣本協(xié)方差矩陣。Chapter 6Color Image Processing 6.7 彩色分割6.7.2 RGB向量空間分割描述了一個實心三維球，見圖6.43(b)當(dāng) 時，轉(zhuǎn)化為球。 還可以是一個正方體來描述（圖6.43（c） 0.7k 0.7k 0( , )D z aD2c Chapter 6Color Image Processing 6.7 彩色分割6.7.2 RGB向量空間分割 例6.15為在RGB空間的彩色分割。 0.7k 0.7k Chapter 6Color Image Processing 6.7 彩色分割6.7.3 彩色邊緣檢測 邊緣檢測是一種重要的分割工具。 以梯度算子為例，我們可能直接想到的是對每一彩色分量利用梯度算子，然后相加合成一幅梯度圖像。0.7k 0.7k (1)/2,(1)/2MM 圖6.45給出了一個具體實例，在 外梯度相同，但直觀看，（d）應(yīng)比（h）強(qiáng)，產(chǎn)生了錯誤結(jié)果。 因此，需要一個新的用于向量的梯度