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第4章 彩色圖像增強(qiáng)對(duì)彩色的視覺(jué)感知是人類(lèi)視覺(jué)系統(tǒng)的固有能力彩色圖像是一種矢量圖像。彩色圖像增強(qiáng)技術(shù)可分成兩大類(lèi):將灰度圖像變換/轉(zhuǎn)化為彩色圖像以提高人們對(duì)圖像內(nèi)容的觀察效率。直接對(duì)彩色圖像進(jìn)行增強(qiáng),同時(shí)考慮彩色矢量的所有分量,但可對(duì)不同分量區(qū)別對(duì)待。第4章 彩色圖像增強(qiáng)
4.0人的視覺(jué)特性(補(bǔ)充)
4.1 三基色與色度圖
4.2 彩色模型及轉(zhuǎn)換
4.3 偽彩色增強(qiáng)
4.4 真彩色增強(qiáng)
4.0人的視覺(jué)特性(補(bǔ)充)1.人眼的構(gòu)造與機(jī)理角膜:保護(hù)作用虹膜:保護(hù)作用瞳孔:直徑可調(diào)節(jié),控制進(jìn)入眼內(nèi)光通量(照相機(jī)光圈作用)。晶狀體:彈性透明,改變焦距視細(xì)胞:視網(wǎng)膜上有視細(xì)胞,
桿狀細(xì)胞:明視細(xì)胞錐狀細(xì)胞:暗視細(xì)胞
4.0人的視覺(jué)特性(補(bǔ)充)
視細(xì)胞
錐狀細(xì)胞:明視細(xì)胞,在強(qiáng)光下檢測(cè)亮度和顏色桿狀細(xì)胞:暗視細(xì)胞,在弱光下檢測(cè)亮度,無(wú)色彩感覺(jué)。
每個(gè)錐狀視細(xì)胞連接著一個(gè)視神經(jīng)末梢,分辨率高,分辨細(xì)節(jié)、顏色;
多個(gè)桿狀視細(xì)胞連接著一個(gè)視神經(jīng)末梢,分辨率低,僅分辨圖像的輪廓。視感覺(jué)視感覺(jué)
4.0人的視覺(jué)特性(補(bǔ)充)
4.0人的視覺(jué)特性(補(bǔ)充)
2.人視覺(jué)特點(diǎn):
1)人眼亮度感覺(jué)范圍
亮度對(duì)比度c=Bmax/Bmin
總范圍很寬:c=1010
數(shù)量級(jí)適應(yīng)某一環(huán)境亮度后,適當(dāng)平均亮度下:
c=102數(shù)量級(jí)很低亮度下:c=102)主觀感覺(jué)亮度與實(shí)際亮度不同,主觀感覺(jué)亮度與外界照度是對(duì)數(shù)關(guān)系。
4.0人的視覺(jué)特性(補(bǔ)充)影響主觀亮度的兩個(gè)事實(shí):(主觀亮度與客觀亮度不完全一致)同時(shí)對(duì)比度:人眼對(duì)亮暗程度所形成的明暗感覺(jué)具有相對(duì)性。
4.0人的視覺(jué)特性(補(bǔ)充)
馬赫帶效應(yīng)第四章彩色圖增強(qiáng)
4.0人的視覺(jué)特性(補(bǔ)充)
4.1 三基色與色度圖
4.2 彩色模型及轉(zhuǎn)換
4.3 偽彩色增強(qiáng)
4.4 真彩色增強(qiáng)人類(lèi)色覺(jué)的產(chǎn)生是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程。除了光源對(duì)眼睛的刺激,還需要人腦對(duì)光刺激的解釋。人感受到的物體顏色主要取決于反射光的特性。-如果物體比較均衡地反射各種光譜,則看起來(lái)是白的。-如果物體對(duì)某些光譜反射得較多,則看起來(lái)物體就呈現(xiàn)相對(duì)應(yīng)的顏色。
4.1 三基色與色度圖1.三基色:紅、綠、藍(lán)在光源的刺激下,人可以感受顏色,顏色可分為無(wú)彩色和有彩色。人視網(wǎng)膜中錐細(xì)胞:65%對(duì)紅光敏感,
33%對(duì)綠光敏感,
2%對(duì)藍(lán)光敏感。
CIE規(guī)定:藍(lán)光波長(zhǎng)=435.8nm,綠光波長(zhǎng)=546.1nm,紅光波長(zhǎng)=700nm4.1 三基色與色度圖所有顏色都可看作由三個(gè)基本顏色(三基色threeprimarycolors:RGB)的不同組合(相加混色):
C
rR+gG+bB r+g+b=1
直接用RGB表示顏色,存在負(fù)的系數(shù),導(dǎo)致該色不能物理實(shí)現(xiàn),再現(xiàn)顏色范圍縮小。CIE定義了三種標(biāo)準(zhǔn)基色XYZ
標(biāo)準(zhǔn)基色XYZ(三個(gè)刺激量)
對(duì)白光,有X=1,Y=1,Z=1
如果每種刺激量的比例系數(shù)為x,y,z,則有C=xX+yY+zZ。比例系數(shù)x,y,z也稱(chēng)為色系數(shù)4.1 三基色與色度圖4.1 三基色與色度圖三基色與三補(bǔ)色:紅的補(bǔ)色:藍(lán)綠綠的補(bǔ)色:品紅藍(lán)的補(bǔ)色:黃三基色光之和---白色色與補(bǔ)色疊加為黑色。相加混色法:由發(fā)光體發(fā)出的光相加而產(chǎn)生的各種顏色,相減混色法:先有白色光,然后從中減去某些成份(吸收)得到各種顏色。
4.1 三基色與色度圖2.色度圖人類(lèi)描述彩色的三種基本特征量:
亮度:與物體的反射率成正比
色調(diào):與光譜中光的波長(zhǎng)相聯(lián)系
飽和度:與一定色調(diào)光的純度有關(guān)色調(diào)和飽和度合起來(lái)稱(chēng)為色度彩色可用亮度和色度共同表示人眼對(duì)于彩色的觀察和處理是一種生理和心理現(xiàn)象,其機(jī)理還沒(méi)有完全搞清楚,對(duì)于彩色的許多結(jié)論都是建立在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)之上的。4.1 三基色與色度圖
色度圖
橫軸紅色系數(shù)r,縱軸綠色系數(shù)g,藍(lán)色系數(shù)由x+y+z=1求得, 各點(diǎn)為光譜中各顏色的色度坐標(biāo)人眼不可見(jiàn)色光譜上沒(méi)有4.1 三基色與色度圖色度圖
(1)在色度圖中每點(diǎn)都對(duì)應(yīng)一種可見(jiàn)的顏色。反過(guò)來(lái),任何可見(jiàn)的顏色都在色度圖中占據(jù)確定的位置,三角形內(nèi)、舌形外為人眼不可見(jiàn)顏色。
(2)在色度圖輪廓上的點(diǎn)代表純顏色,移向中心表示混合的白光增加而純度減少。
(3)在色度圖中,過(guò)C點(diǎn)直線端點(diǎn)的兩彩色互補(bǔ)。
(4)在色度圖輪廓上的各點(diǎn)具有不同的色調(diào),連接C點(diǎn)與輪廓上點(diǎn)的連線上所有點(diǎn)具有相同的色調(diào)。
(5)在色度圖中連接任兩端點(diǎn)的直線上的各點(diǎn)表示將這兩端點(diǎn)所代表的彩色相加可組成的一種新彩色4.1 三基色與色度圖三角形包含由三頂點(diǎn)可組成的彩色
RGB是其中一個(gè)子集。不同電視機(jī)制式的三角形色域范圍不同,有不同的色彩特點(diǎn)。目前,高清電視的色域范圍最大,色彩最豐富。例4.1.1
圖中P點(diǎn)的坐標(biāo):r=0.48g=0.4b=1-(r+g)=0.12P點(diǎn)的色調(diào):波長(zhǎng)為590nm(橙色)
P的飽和度:CP/CQ=66%pQ4.1 三基色與色度圖pQ
4.0人的視覺(jué)特性(補(bǔ)充)
4.1 三基色與色度圖
4.2 彩色模型及轉(zhuǎn)換
4.3 偽彩色增強(qiáng)
4.4 真彩色增強(qiáng)
第4章 彩色圖像增強(qiáng)1.面向硬設(shè)備彩色模型
基于物理的模型,適合圖像輸出顯示場(chǎng)合使用1)RGB模型正方體:RGB三分量。原點(diǎn):黑色,對(duì)角頂點(diǎn):白色六頂點(diǎn):三基色和三補(bǔ)色對(duì)角線:無(wú)色4.2 彩色模型及轉(zhuǎn)換黃(255,255,0)黑(0,0,0)綠(0,255,0)青(0,255,255)藍(lán)(0,0,255)品紅(255,0,255)白(255,255,255)紅(255,0,0)
4.2 彩色模型及轉(zhuǎn)換歸一化為單位立方體RGB模型缺點(diǎn):不直觀,從RGB值不能看出具體顏色。不均勻。對(duì)硬件設(shè)備有依賴(lài)性,與設(shè)備相關(guān)。4.2 彩色模型及轉(zhuǎn)換2)CMY模型三基色光疊加產(chǎn)生光的三補(bǔ)色:
藍(lán)綠(C,綠加藍(lán))
品紅(M,紅加藍(lán))
黃(Y,紅加綠) 顏料的三基色正好是光的三補(bǔ)色,而顏料的三補(bǔ)色正好是光的三基色
R=1–C
G=1–M B=1–Y4.2 彩色模型及轉(zhuǎn)換3)歸一化彩色模型 用RGB的不同組合來(lái)表達(dá)彩色
該模型對(duì)觀察方向、物體幾何、照明方向和亮度的變化具有不變性。4.2 彩色模型及轉(zhuǎn)換4)彩色電視機(jī)模型
PAL使用YUV模型:
Y:亮度Y=0.229R’+0.587G’+0.114B’U:B-Y,色度分量U=-0.147R’-0.289G’+0.436B’V:R-Y色度分量V=0.615R’-0.515G’-0.100B’
NTSC用YIQ模型:
Y:亮度Y=0.229R’+0.587G’+0.114B’I:U轉(zhuǎn)33度I=0.596R’-0.275G’+0.321B’Q:V轉(zhuǎn)33度Q=0.212R’-0.523G’+0.311B’
R’G’B’:RGB經(jīng)伽馬校正R’+G’+B’=14.2 彩色模型及轉(zhuǎn)換4.面向視覺(jué)感知的彩色模型1)HSI模型
H:色調(diào),光波長(zhǎng)相聯(lián)系
S:飽和度,與一定色調(diào)的純度有關(guān)
I:密度(亮度)與物體的反射率成正比,HSI特點(diǎn):
1)色調(diào)+飽和度=色度,亮度I與色度分開(kāi),亮度分量與圖像的彩色信息無(wú)關(guān)。
2)色調(diào)H和飽和度S的概念互相獨(dú)立,并與人的感知一至。
角度:H
色度
0o為紅色,
120o為綠色,
240o為藍(lán)色。4.2 彩色模型及轉(zhuǎn)換HSI模型:雙三棱錐(或圓柱體)垂直方向:密度I(亮度),0-1,剖面三角形(變化)矢量長(zhǎng)度:飽和度S。軸心S=0,無(wú)色。H無(wú)定義。頂點(diǎn),H無(wú)定義。4.2 彩色模型及轉(zhuǎn)換H=0oH=60oH=120oH=180oH=240oH=300o色度H
飽和度S
亮度I
4.2 彩色模型及轉(zhuǎn)換(a)原圖像(b)H分量(c)S分量(d)I分量4.2 彩色模型及轉(zhuǎn)換HSI模型和RGB模型的轉(zhuǎn)換:4.2 彩色模型及轉(zhuǎn)換2)HSV模型H代表色調(diào),S代表飽和度,V代表亮度值
HSV模型的坐標(biāo)系統(tǒng)也是圓柱坐標(biāo)系統(tǒng),但一般用六棱錐來(lái)表示
4.0人的視覺(jué)特性(補(bǔ)充)
4.1 三基色與色度圖
4.2 彩色模型及轉(zhuǎn)換
4.3 偽彩色增強(qiáng)
4.4 真彩色增強(qiáng)
第4章 彩色圖像增強(qiáng)4.3 偽彩色增強(qiáng)人的眼睛對(duì)灰度級(jí)的分辨率低(幾十種),對(duì)顏色分辨率高(幾千種不同的顏色)。偽彩色:原圖無(wú)彩色,人工賦予彩色。賦色過(guò)程是著色過(guò)程。偽彩色增強(qiáng):對(duì)原灰度圖像中不同灰度值的區(qū)域賦予不同的彩色,以更明顯地區(qū)分它們。偽彩色增強(qiáng)從圖像處理的角度看,輸入是灰度圖像,輸出是彩色圖像
4.3 偽彩色增強(qiáng)1.亮度切割 用一個(gè)平行于圖像坐標(biāo)平面XY的平面去切割圖像亮度函數(shù) 對(duì)每一個(gè)輸入灰度值,如果它在切割灰度值lm之上就賦予某一種顏色,如果它在lm之下就賦予另一種顏色例:醫(yī)學(xué)圖像,衛(wèi)星云圖4.3 偽彩色增強(qiáng)2.從灰度到彩色的變換 對(duì)原圖中像素的灰度值用三個(gè)獨(dú)立變換來(lái)處理,將不同的灰度映射為不同的彩色.例:變換函數(shù):變換后原始圖中灰度值偏小的像素將主要呈現(xiàn)綠色,灰度值偏大的像素主要呈現(xiàn)紅色可將三個(gè)變換結(jié)果分別送到RGB三個(gè)電子槍?zhuān)@示調(diào)制的混合圖像。4.3 偽彩色增強(qiáng)3.頻域?yàn)V波 根據(jù)圖像中各區(qū)域的不同頻率含量給區(qū)域賦予不同的顏色用低通、帶通(或帶阻)和高通濾波器濾波
反變換后分別送到RGB顯示,使邊緣和區(qū)域不同色應(yīng)用偽彩色技術(shù)早期在遙感圖像處理中得到廣泛的應(yīng)用不僅適用于航攝和遙感圖片,也可以用于X光片及云圖判讀的等方面。
4.0人的視覺(jué)特性(補(bǔ)充)
4.1 三基色與色度圖
4.2 彩色模型及轉(zhuǎn)換
4.3 偽彩色增強(qiáng)
4.4 真彩色增強(qiáng)
第4章 彩色圖像增強(qiáng)4.4 真彩色增強(qiáng)處理策略
1)將一幅彩色圖像看作三幅分量圖像的組合體,在處理過(guò)程中先對(duì)每幅圖像(按照對(duì)灰度圖像處理的方法)單獨(dú)處理,再將處理結(jié)果合成為彩色圖像
2)將一幅彩色圖像中的每個(gè)像素看作具有三個(gè)屬性值,即像素屬性現(xiàn)在為一個(gè)矢量,需利用對(duì)矢量的表達(dá)方法進(jìn)行處理,可進(jìn)行模板處理。4.4 真彩色增強(qiáng)1.彩色單分量增強(qiáng)(分別增強(qiáng))在HSI空間對(duì)單個(gè)分量進(jìn)行增強(qiáng)
(1)將R,G,B分量圖轉(zhuǎn)化為H,S,I分量圖。(2)利用對(duì)灰度圖增強(qiáng)的方法(灰度映射)增強(qiáng)其中的一個(gè)分量圖(3)再將一個(gè)增強(qiáng)了的分量圖和兩個(gè)原來(lái)的分量圖一起轉(zhuǎn)換為用R,G,B分量圖來(lái)顯示。4.4 真彩色增強(qiáng)
1、亮度增強(qiáng)
在上述增強(qiáng)的第2個(gè)步驟選用了亮度分量圖
2、飽和度增強(qiáng)
與圖像的亮度增強(qiáng)相似
3、色調(diào)增強(qiáng)
對(duì)每個(gè)像素的色調(diào)值加一個(gè)常數(shù)(角度 值),將會(huì)使每個(gè)目標(biāo)的顏色在色譜上移動(dòng)
4.4 真彩色增強(qiáng)(a)原圖像(b)亮度增強(qiáng)后的圖像(c)亮度減弱后的圖像I增強(qiáng)效果
4.4 真彩色增強(qiáng)a)原圖像b)飽和度增強(qiáng)后的圖像(c)飽和度減弱后的圖像S增強(qiáng)效果4.4 真彩色增強(qiáng)
S增強(qiáng)效果
4.4 真彩色增強(qiáng)
I增強(qiáng)效果
4.4 真彩色增強(qiáng)H增強(qiáng)效果4.4 真
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