數(shù)字圖像的著色處理概述,數(shù)字圖像處理論文

數(shù)字圖像的著色處理概述,數(shù)字圖像處理論文人類經(jīng)歷了黑白圖像到彩色圖像的過渡，經(jīng)歷了黑白電視到彩色電視的過渡。在當(dāng)今大數(shù)據(jù)時代的背景下，色彩顯得越來越重要，著色技術(shù)也因需求的增長而得到快速的發(fā)展。有研究表示清楚，人在認(rèn)知事物的經(jīng)過中主要是通過視覺系統(tǒng)獲得有效信息的。而作為圖形圖像最重要屬性之一的顏色，是構(gòu)成視覺信息的基本要素。人眼對顏色變化的敏感度大大強(qiáng)于對灰度變化的敏感度。沒有顏色，世界將會變得暗淡，無生機(jī)。顏色，在人類認(rèn)知世界的經(jīng)過中擔(dān)任著重要作用。19世紀(jì)中后期，手工上色的方式方法非常流行。但是這種方式方法只能由專業(yè)的藝術(shù)家或者攝影師來完成，限制非常大。如今，人們更多地利用計算機(jī)來幫助人類處理這方面的需求。著色一詞是由加拿大人WilsonMarkle于1970年提出的一個術(shù)語，用于描繪敘述利用計算機(jī)輔助軟件為只要灰度的圖像和視頻添加顏色的技術(shù)。華而不實阿波羅登月計劃中獲得的月球影像著色后的圖片最為著名。通過著色，能夠復(fù)原、加強(qiáng)或改變圖像的顏色，改善人眼對原始圖像的視覺效果，使觀察者能夠從中獲得愈加清楚明晰、便于理解的信息，提高圖像的使用價值。當(dāng)前，計算機(jī)中的著色技術(shù)更多的是使用數(shù)字圖像處理著色技術(shù)。數(shù)字圖像處理著色技術(shù)在遙感圖像處理中已有應(yīng)用，其目的在于使處理圖像中某些內(nèi)容愈加清楚明晰。一幅黑白圖像或者圖形中不明顯的特征經(jīng)過著色技術(shù)處理后可愈加容易地分辨出來。數(shù)字圖像處理著色技術(shù)區(qū)別于以往的著色技術(shù)是依靠計算機(jī)來處理，而不是手工制作。除此之外，數(shù)字圖像處理著色技術(shù)，十分是簡單而高效的處理方式方法在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域和工業(yè)領(lǐng)域等都有著重要的應(yīng)用。例如一個圖像在通信經(jīng)過中，由于某種原因，接收端接收時僅得到了圖像的亮度信息和部分顏色樣本，這時就能夠利用數(shù)字圖像處理著色技術(shù)恢復(fù)出完好的彩色圖像。數(shù)字圖像處理著色技術(shù)還能夠應(yīng)用在圖像壓縮編碼和色彩校正等領(lǐng)域。1．著色技術(shù)分類1.1對數(shù)據(jù)點著色在圖形顯示中，MATLAB能夠?qū)?shù)據(jù)點進(jìn)行著色，進(jìn)而使圖形愈加美觀、生動。在對數(shù)據(jù)點進(jìn)行著色時，MATLAB有真彩色著色和索引著色兩種處理方式方法?！?〕RGB真彩著色采用RGB顏色空間，對每一個數(shù)據(jù)點都需要指定一個RGB三元數(shù)組，這一RGB三元數(shù)組為該數(shù)據(jù)點確定了RGB顏色空間中的一種特定顏色?！?〕索引著色則使用了MATLAB圖形窗口的顏色表，顏色表是一個mx3的數(shù)組每一行實際上構(gòu)成了一個RGB三元數(shù)組，進(jìn)而確定了一種顏色。在對數(shù)據(jù)點著色時，以直接索引或映射索引的方式把數(shù)據(jù)點的z值轉(zhuǎn)換為顏色表索引〔即行標(biāo)〕，進(jìn)而確定此數(shù)據(jù)點顏色為顏色表中該行指定的顏色。1.2對圖像著色在圖像處理中色彩的運用主要出于兩個因素。首先，在自動圖像分析中色彩是一個有力的描繪因子，它通?？墒箯囊粋€場景中辨別和抽取目的的處理得到簡化。第二，人們對圖像進(jìn)行分析時，人眼能區(qū)別的灰度層次大約只要20多種，但卻能夠辨別成千上萬中色彩。偽彩色著色技術(shù)早期在遙感圖片處理中已有應(yīng)用，采用的方式方法是光學(xué)方式方法。這種方式方法雖然有幾何失真小的有點，但其處理速度是極慢的，而且處理一幅照片要較復(fù)雜的洗印技術(shù)，這樣有時會限制它的應(yīng)用范圍。偽彩色數(shù)字圖像處理著色技術(shù)是一種計算機(jī)處理方式方法。它能夠?qū)崟r處理，而且高精度。在處理結(jié)果需要保存時，可有多種方式方法制作硬拷貝。例如在遙感及醫(yī)學(xué)圖像處理中，為了直觀地觀察和分析圖像數(shù)據(jù)，常采用將灰度圖像映射到彩色空間的方式方法，突出興趣區(qū)域或待分析的數(shù)據(jù)段，這種顯示方式方法稱為偽彩色著色處理。偽彩色著色處理是指將灰度圖像轉(zhuǎn)化為彩色圖像，或者將單色圖像變換成給定彩色分布的圖像。由于人類能夠識別上千種顏色和強(qiáng)度，而相形之下只能識別二十幾種灰度，所以將灰度圖像轉(zhuǎn)化成彩色表示，就能夠提高對圖像細(xì)節(jié)的識別力。因而，偽彩色著色處理的主要目的是為了提高人眼對圖像的細(xì)節(jié)分辨能力，以到達(dá)圖像加強(qiáng)的目的。2．圖像著色處理圖像著色處理主要是使用偽彩色著色處理，偽彩色著色處理的基本原理是將灰度圖像或者單色圖像的各個灰度級匹配到彩色空間中的一點，進(jìn)而使單色圖像映射成彩色圖像。對灰度圖像中不同的灰度級賦予不同的彩色。偽彩色著色處理也是一種彩色映射經(jīng)過，其主要目的是加強(qiáng)觀察者對圖像信息的檢測能力。圖像偽彩色著色處理主要有三種技術(shù)，下面分別介紹。2.1灰度分割灰度分割和顏色編碼是偽彩色著色處理的最簡單的例子之一?；叶确指罘ㄊ前鸦叶葓D像的灰度級從l0〔黑〕到lk〔白〕分成N個區(qū)間li〔i=1，2，，N〕，給每個區(qū)間li指定一種彩色ci，這樣，便能夠把一幅灰度圖像變成一幅偽彩色圖像?；叶确指钤敿?xì)的經(jīng)過如下：〔1〕將圖像描繪敘述成一個三維函數(shù)作為空間坐標(biāo)的強(qiáng)度?！?〕放置平行于〔x，y〕坐標(biāo)面的平面?！?〕每一個平面在相交的區(qū)域切割圖像函數(shù)。設(shè)原始黑白圖像f〔x，y〕的灰度范圍為：[0，L]，用K+1個灰度等級把此灰度范圍分為K段：L0，L1，L2Lk。華而不實L0=0〔黑〕，Lk=L〔白〕映射每一段灰度成一種顏色，映射關(guān)系為g〔x，y〕=Ci這里的g〔x，y〕為輸出的偽色彩；Ci為灰度在[Li-1，Li]中時所映射成的彩色。經(jīng)過這種映射處理后，原始黑白圖像f〔x，y〕就變成了偽彩色圖像g〔x，y〕。若原始圖像f〔x，y〕的灰度分布普遍達(dá)到上述K個灰度段，則偽彩色圖像g〔x，y〕就具有K種顏色。該方式方法比擬簡單、直觀。缺點是變換出的彩色數(shù)目有限。在MATLAB仿真使用灰度分割法實現(xiàn)圖像著色，效果如此圖1所示，下面為程序代碼：closeall;clearall;I=imread(moon.tifX=grayslice(I,16);subplot(1,2,1),imshow(I),title(原圖像subplot(1,2,2),imshow(X,hot(16)),title(著色后的圖像2.2灰度級轉(zhuǎn)換為彩色根據(jù)色度學(xué)原理，將原圖像f(x,y)的灰度范圍分段，經(jīng)過紅、綠、藍(lán)三種不同變換TR{}、TG{}和TB{}，變成三基色分量TR{f(x,y)}、TG{f(x,y)}、TB{f(x,y)}。它的主要方式方法是將二維數(shù)據(jù)陣列化到色平面上。這種映射可由下式來表示，即R(x,y)=TR{f(x,y)}〔1〕G(x,y)=TG{f(x,y)}〔2〕B(x,y)=TB{f(x,y)}〔3〕上式中，R(x,y)、G(x,y)和B(x,y)是彩色顯示三鼓勵值；f(x,y)為處理前圖像的灰度值；TR、TG和TB是映射算子。所以，變換法的實現(xiàn)經(jīng)過：對輸入圖像的灰度值實行三種獨立的變換TR{}、TG{}和TB{}，得到對應(yīng)的紅綠藍(lán)三原色。然后，根據(jù)要求場合不同，能夠用這三原色量對應(yīng)的電平值控制圖像顯示器的紅綠藍(lán)三色電子槍，得到偽彩色圖像的顯示輸出?；蛘哂萌祵?yīng)的電平值作為彩色硬拷貝機(jī)器的三原色輸入，得到偽彩色圖像的硬拷貝?；叶?彩色變換方案圖如此圖2所示。在MATLAB仿真使用灰度級轉(zhuǎn)換彩色法實現(xiàn)圖像著色，效果圖如此圖3所示，下面為程序代碼：a=imread(cameraman.tif)；subplot(1,2,1),imshow(a),title(原圖像c=zeros(size(a));pos=find(a=0a=95);%灰度級在0到95之間的變?yōu)樗{(lán)色c(pos)=a(pos);b(:,:,3)=c;c=zeros(size(a));pos=find(a=95a=170);%灰度級在95到170之間的變?yōu)榫G色c(pos)=a(pos);b(:,:,2)=c;c=zeros(size(a));pos=find(a=170);%灰度級大于170的變?yōu)榧t色c(pos)=a(pos);b(:,:,1)=c;%空間域灰度級－彩色變換b=uint8(b);%轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)為8位無符號整型subplot(1,2,2),imshow(b,[]),title(彩色變換后函數(shù)2.3頻率域濾波處理頻率域偽彩色加強(qiáng)的方式方法是：把灰度圖像經(jīng)傅立葉變換到頻率域，在頻率域內(nèi)用三個不同傳遞特性的濾波器分離成三個獨立分量；然后對它們進(jìn)行傅立葉反變換，便得到三幅代表不同頻率分量的單色圖像，接著對這三幅圖像作進(jìn)一步的附加處理〔如直方圖平衡化、反轉(zhuǎn)等〕。最后將它們作為三基色分量分別加到彩色顯示器的紅、綠、藍(lán)顯示通道，得到一幅彩色圖像。以下圖4是頻率域濾波處理經(jīng)過的框圖。3．結(jié)束語數(shù)字圖像處理著色技術(shù)正逐步浸透到各行各業(yè)，尤其是電影和電視領(lǐng)域也有很大的應(yīng)用前景。本文重點介紹了幾種圖形圖像著色的技術(shù)，這些著色技術(shù)都是一種給灰度圖像賦予顏色的經(jīng)過。數(shù)字圖像處理中的著色技術(shù)想要大量運用于實際的生活中就必須加強(qiáng)其可用性、實用性。也就是講整個處理經(jīng)過操作要簡便、準(zhǔn)確、效果好，使著色后的圖像清楚明晰，美觀。本文提出的幾種算法還需要在處理效率和效果方面實現(xiàn)更高層次的處理，才能到達(dá)人們的預(yù)期效果。[以下為參考文獻(xiàn)][1]曹茂永，郁道銀.