數(shù)字圖像處理-第11章彩色圖像

第11彩像處內容提要11.1三基色原理、光度學基本11.2RGB模型、HSV模型、HSI模型、YUV模 RGB與HSV空間的相互轉RGB與YUV空間的相互轉RGB與HSI空間的相互轉11.3顏色空抖動技 像增強、真彩色增強、偽彩色增人類色除了光源對眼睛的刺激，還需要人腦對光刺激人感受到如果物體比較色度學進行圖像的彩色分析，建立的研究彩色計量的人類的視覺系桿狀細胞為暗視錐狀細胞是明視，在度足高時作用并分錐狀細胞大致將電磁光譜的可見部分分為三個、綠、藍這三種顏色被稱為三基圖人類視覺系統(tǒng)三類錐狀細胞的光譜敏感人類視覺對顏色的感顏色的三種感覺：色調、色飽和度和亮度色調從一個物體反射過來的或透過物體的光是由顏色種類色飽和度即色純度，指顏色的深例如：深紅和淺亮度顏色的明暗程三基色由三基色混配各種顏色通常有兩相加混色法彩色電視機上的顏相減混色法彩、幻燈片、繪畫原相加混色和相減混色的主（1）相加法是由發(fā)光體發(fā)出的光相加而產生的各種顏法是先有白色光，然后從中減去某些成份（吸收）得到各種顏（2）相加混色的三基色是紅、綠、藍，而相減混色的三基色、青、品紅。相加混色的補色就是相減混色的基（3）相加混色和相減混色有不同的規(guī)律Grassman了視覺對顏色的響應取決于紅、綠、藍（1）所有顏色都可以用相互獨立的三基色混合得（2）混合色的光亮度是原來各分量光亮度（）等。光的物理光是波長在400nm到700nm之光可以由它的光譜能量分為白

來表光譜光譜三色學顏色具有混合性，在十七世紀后期用棱鏡把光分散成光譜上的顏色光十九紅（R）、綠（G）、藍（B）三三原色Maxwell用旋轉圓盤證實了Yaung理是顏色科學中最重要的原理和學CIE色度顏色CIE－國際照CIE-RGB光的權值r、g、b為顏色匹配中所需要的R、GB三色光的CIE-XYZ計算不便任何顏色都能由標準三原色混合匹配（三激值是正的色度復現(xiàn)顏色起點的向量，向量的方向代三刺激色度色度在三刺激空間上取通過（R）、（G）程為（R）＋（G）＋（B）＝1CIE色度CIE色度圖－色度圖投影到XY馬蹄形區(qū)域的邊界和內部代表了所有可邊界彎曲部分代表了光譜在某種純度為CIE二維表顏色空實際應用RGB、HSV、HSI、YUV、YIQ等常用的顏面向硬設備的RGB顏色空間，如：彩色顯示器、面向以彩色處理為目的的HSI顏色空間以及HSV顏色空RGB顏色模規(guī)定了顏色的建立、描述和觀察方式顏色模型都是建立在三中與顏色空間密不可RGB模用三中的一個點來表示一種顏每個點有三個分量，分別代表該點顏色的紅、綠、藍亮度亮度值限定在[0，1]RGB圖圖像的R、G、B（a）原圖 （b）R分（c）G分 （d）B分量彩色CMYK模式（相減混色模型，用于不發(fā)光物體顏色顏色顏色混合結黃色洋紅紅青色黃色綠青色洋紅藍彩色彩色采用CMYK模式的原白 RG YM紙RG 紙

RG YC紙RG CYM紙

RG CM紙RGB和CMY顏色模型的區(qū)HSVHSV模由色度（H），飽和度（S），亮度（V）三個分量HSV立方體演化而來。設想從G消除了亮度成分V在圖像色調H和飽和度S分量與人的視覺感受密切相HSV顏色模SH（a）HSV顏色模 （b）顏色SH

0°

紅藍紅藍I柱形彩色空HSV 如，要得到深藍色，V=0.4S=1H=240度。要得到淡藍色，V=1S=0.4H=240彩色在繪畫藝術上，飽和度的概念可描是一種純色加白后結，時彩飽同樣在繪畫藝術上，亮度的概念可描述如是一種純色加上黑色后的結果，此時色彩的亮度生變化而色彩的飽和度不發(fā)生變HSB空間的坐標HSI準HSI三角形三角形的頂點代表了三個歸一化的彩色分量（R、G、）的三角系色調H定義為顏色點P至中心的線段與R軸之間HSI彩色模（a）HSI彩色模型坐標系 （b）HSI彩色三角YUVYUV顏色模型在廣泛性方面僅次于RGB模型在彩色電視系統(tǒng)中，采用的就是YUV色彩空間UV的基本思想是通過損失色度信息來達到節(jié)省空間的目的可以定義出許多YUV相鄰兩個像素使用一個色度值的YUYV，JPEG、MPEG中相鄰個像素使用一個色度值的YUV12其他的彩色NTSC模型廣泛應用于等國家的電視信號特點是信號的強度信息和顏色信息相分離，同一個號可以方便地同時表示彩像和黑白圖像在NTSC格式中，圖像由三個分量表示：亮度用Y表；色度用I表示；飽和度用Q表示YCbCr模型廣泛應用于數(shù)字在YbCYC和C、CRGB與HSV同一顏色可以用不同的彩色空間表示，自然可以相互轉1．從RGB轉換到R'

Temp1Temp1

Temp1G

B'

Temp1B 5 1R'H135

BTemp1且RTemp2

S=(Temp1-圖圖像的HSV（a）原RGB圖 （b）H分（c）S分 （d）V分if(h hih f60 其中％為取余數(shù)運算，即f為h除以60的余pv*(1qv*(1s*ftv*(1s*(1f))rv,gt,brq,gv,brp,gv,brp,gq,brt,gp,brv,gp,b

iiiiiiRGB與YUV空間的相互Y

R U

G G

圖圖像的YUV（a）原RGB圖 （b）Y分（c）U分 （d）V分RGB與HSI空間的相互 [(RG)(RB)]/

RG或R [(RG)2(RB)(GB)]1/2H

[(RG)(RB)]/ 2

1/2

B [(R (RB)(G S1 min(R,G,RGI1(RGB)圖圖像的HSI R

cos(600H)G3I(BBI(1S)顏色空間的以HSV模型為例，討論顏色空間的量化過HS如果對HS計算量要少得多。HSV色彩空間中顏色特 0H20或316H1 21H1 41H 76H

0SH

156H191H271H296HV 0V

S22

0.2S0.7S 0.2V2 0.7V2 把量化后的3I=HQsQv+SQv+I9H3SV抖動技產生抖Bayer有序抖動的基本設v為輸出像素值，c為輸入像素值，d(x，y)M×M的抖動矩陣，則抖動過程可用下式表示v(x,y)

c(x,y)d(x, c(x,y)d(x,圖抖動處（a）原圖像（24位顯示 （b）抖動圖像（16色顯示假彩對自然圖像，假彩色的方法之一：將關注的目標物映射為與原色不同，即原有的彩像變換成給定彩色分布的圖像綠色草原置成紅色，藍色海洋換成綠色等。這樣做的目的是目標物置于奇特的環(huán)境中以引起觀察者的注意自然RF

T13RfG

G F 21 22

23 f

彩像增11.6.1真彩色一般指能達到質量的24位彩像一種真彩色增強方法基本在增強圖像中對應同一個像素的R、G、B這三個分量生了變化，它們的相對數(shù)值與原來不同若將RGB圖轉化為HSI圖，亮度分量和色度分量，避免了相對數(shù)值發(fā)生變（1）將原始彩、、B量圖化為、I分量圖；（2）利用對灰度圖增強的方法增強其中的某個分量（3）再將結果轉換為用R、G、B分量圖以便用彩色器顯圖圖像的飽和度（a）原圖像（b）飽和度增強后的圖像（c）飽和度減弱后的圖圖像的（a）原圖 （b）亮度增強后的圖 （c）亮度減弱后的圖11.6.2偽彩色而人眼對彩色分辨率較強，達幾