數(shù)字圖像處理學(xué)

數(shù)字圖像處理學(xué)第1頁，共80頁，2023年，2月20日，星期六RGB也可以看成是一個(gè)由三幅灰度圖像形成的“堆”，當(dāng)將其送到彩色監(jiān)視器的紅、綠、藍(lán)輸入端時(shí)，便在屏幕上產(chǎn)生了一幅彩色圖像。形成RGB彩色圖像的三個(gè)圖像稱為紅、綠、藍(lán)分量圖像，分量圖像中像素值的比特?cái)?shù)決定了一幅RGB圖像的比特深度。第2頁，共80頁，2023年，2月20日，星期六RGB圖像的合成令fR,fG和fB分別代表三種RGB分量圖像。一幅RGB的圖像就是利用cat操作符將這些分量圖像組合成的彩色圖像。

rgb_image=cat(3,fR,fG,fB)cat(dim,A1,A2,???)沿著dim指定的方向級(jí)聯(lián)數(shù)組。若dim＝1，則數(shù)組垂直放置，若dim＝2，則數(shù)組水平放置，若dim＝3，則他們會(huì)在第三個(gè)方向放置。第3頁，共80頁，2023年，2月20日，星期六從RGB圖像中提取分量圖像

>>fR=rgb_image(:,:,1);>>fG=rgb_image(:,:,2);>>fB=rgb_image(:,:,3);第4頁，共80頁，2023年，2月20日，星期六RGB彩色空間函數(shù)rgbcube可以從任何透視方向觀察彩色立方體。語法：rgbcube(vx,vy,vz)

第5頁，共80頁，2023年，2月20日，星期六

functionrgbcube(vx,vy,vz)vertices_matrix=[000;001;010;011;100;101;110;111];faces_matrix=[1562;1375;1243;2486;3784;5687];colors=vertices_matrix;patch('Vertices',vertices_matrix,'Faces',faces_matrix,...'FaceVertexCData',colors,'FaceColor','interp',...'EdgeAlpha',0)第6頁，共80頁，2023年，2月20日，星期六

ifnargin==0vx=10;vy=10;vz=4;elseifnargin~=3error('Wrongnumberofinputs.')endaxisoffview([vx,vy,vz])axissquare第7頁，共80頁，2023年，2月20日，星期六第8頁，共80頁，2023年，2月20日，星期六第9頁，共80頁，2023年，2月20日，星期六第10頁，共80頁，2023年，2月20日，星期六索引圖像索引圖像有兩個(gè)分量，即整數(shù)的數(shù)據(jù)矩陣X和彩色映射矩陣map。矩陣map是一個(gè)大小為為m×3且由范圍在[0,1]之間的的浮點(diǎn)值構(gòu)成的double類數(shù)組。map的長度m同它所定義的顏色數(shù)目相等。索引圖像將像素的亮度值“直接映射”到彩色值。第11頁，共80頁，2023年，2月20日，星期六顯示索引圖像

>>image(X)>>colormap(map)用較少的顏色來近似一幅索引圖像：[Y,newmap]=imapprox(X,map,n)

指定一幅彩色圖：>>map(k,:)=[r(k),g(k),b(k)]第12頁，共80頁，2023年，2月20日，星期六第13頁，共80頁，2023年，2月20日，星期六修改圖像的背景色

>>whitebg('g')>>whitebg('green')>>whitebg([0,1,0])第14頁，共80頁，2023年，2月20日，星期六預(yù)定義的彩色映射>>colormap(copper);copper是MATLAB預(yù)定義的彩色映射之一。該圖中的顏色從黑色到明亮的紫銅色平穩(wěn)變化。

>>imshow(X,copper)第15頁，共80頁，2023年，2月20日，星期六第16頁，共80頁，2023年，2月20日，星期六第17頁，共80頁，2023年，2月20日，星期六RGB圖像和索引圖像相互轉(zhuǎn)換抖動(dòng)函數(shù)dither可用于灰度圖像和彩色圖像。“抖動(dòng)”是在印刷業(yè)和出版業(yè)常用的一種處理。它在由點(diǎn)組成的印刷頁上給出色調(diào)變化的直觀效果。在灰度圖像的情況下，“抖動(dòng)”調(diào)色試圖用在白色背景上產(chǎn)生黑點(diǎn)的二值圖像來得到灰色調(diào)。點(diǎn)的大小變化多樣，從明亮區(qū)域的小點(diǎn)到黑暗區(qū)域的逐漸增大的較大點(diǎn)。bw=dither(gray_image)第18頁，共80頁，2023年，2月20日，星期六

從灰度級(jí)亮度圖像通過多級(jí)閾值創(chuàng)建索引圖像

X=grayslice(gray_image,n);X=grayslice(gray_image,v);

從灰度級(jí)亮度圖像創(chuàng)建索引圖像[X,map]=gray2ind(gray_image,n)

從索引圖像創(chuàng)建灰度級(jí)亮度圖像gray_image=ind2gray(X,map)第19頁，共80頁，2023年，2月20日，星期六第20頁，共80頁，2023年，2月20日，星期六

從RGB圖像創(chuàng)建索引圖像[X,map]=gray2ind(rgb_image,n,…dither_option);

從索引圖像創(chuàng)建RGB圖像rgb_image=ind2rgb(X,map)

從RGB圖像創(chuàng)建灰度圖像gray_image=rgb2gray(rgb_image)第21頁，共80頁，2023年，2月20日，星期六

>>[X1,map1]=rgb2ind(f,8,’nodither’);>>imshow(X1,map1)>>[X2,map2]=rgb2ind(f,8,’dither’);>>imshow(X2,map2)>>g=rgb2gray(f);>>g1=dither(g);>>imshow(g),figure,imshow(g1)第22頁，共80頁，2023年，2月20日，星期六第23頁，共80頁，2023年，2月20日，星期六第24頁，共80頁，2023年，2月20日，星期六第25頁，共80頁，2023年，2月20日，星期六NTSC彩色空間

NTSC彩色制式在美國用于電視系統(tǒng)。這種形式的一個(gè)主要優(yōu)勢(shì)是灰度信息和彩色信息是分離的，所以同一個(gè)信號(hào)既可以用于彩色電視機(jī)，又可以用于黑白電視機(jī)。在NTSC制式中，圖像數(shù)據(jù)由三步分組成：亮度(Y)、色調(diào)(I)和飽和度(Q)。6.2轉(zhuǎn)換至其他彩色空間第26頁，共80頁，2023年，2月20日，星期六>>yiq=rgb2ntsc(q);>>imshow(yiq)>>y1=yiq(:,:,1);%亮度>>imshow(y1)>>y2=yiq(:,:,2);%色調(diào)>>imshow(y2)>>y3=yiq(:,:,3);%飽和度>>imshow(y3)第27頁，共80頁，2023年，2月20日，星期六第28頁，共80頁，2023年，2月20日，星期六YCbCr彩色空間

YCbCr彩色空間廣泛應(yīng)用于數(shù)字視頻。在這種格式中，亮度信息用單個(gè)分量Y來表示，彩色信息用兩個(gè)色差分量Cb和Cr來存儲(chǔ)。分量Cb是藍(lán)色分量和一個(gè)參考值的差，分量Cr是紅色分量和一個(gè)參考值的差。第29頁，共80頁，2023年，2月20日，星期六將RGB轉(zhuǎn)化為YCbCr：>>ycb=rgb2ycbcr(q);>>imshow(ycb)將YCbCr轉(zhuǎn)化為RGB:>>rgb=ycbcr2rgb(ycb);>>imshow(rgb)第30頁，共80頁，2023年，2月20日，星期六第31頁，共80頁，2023年，2月20日，星期六HSV彩色空間

HSV（色調(diào)，飽和度，數(shù)值）是人們用來從調(diào)色板或顏色輪中挑選顏色所用的彩色系統(tǒng)之一。將RGB轉(zhuǎn)換為HSV的函數(shù)為rgb2hsv>>hsv=rgb2hsv(q);>>imshow(hsv)將HSV轉(zhuǎn)換為RGB的函數(shù)為hsv2rgb>>rgb=hsv2rgb(hsv);>>imshow(rgb)第32頁，共80頁，2023年，2月20日，星期六第33頁，共80頁，2023年，2月20日，星期六CMY和CMYK彩色空間青色，品紅色，黃色是光的三原色，大多數(shù)將顏料沉淀于紙上的設(shè)備，如彩色打印機(jī)和復(fù)印機(jī)，都需要CMY輸入。變換函數(shù)：imcomplementcmy=imcomplement(rgb);imshow(cmy)rgb=imcomplement(cmy);imshow(rgb)第34頁，共80頁，2023年，2月20日，星期六第35頁，共80頁，2023年，2月20日，星期六HIS彩色空間

HIS彩色空間是指色調(diào)（hue）、飽和度（saturation）和亮度（intensity）彩色空間。第36頁，共80頁，2023年，2月20日，星期六RGB與HIS彩色模型間的關(guān)系亮度軸：連接RGB立方體白色頂點(diǎn)與黑色頂點(diǎn)的連線。亮度軸上的點(diǎn)的飽和度均為0，所有點(diǎn)都是灰色的。

HIS空間可看做由一個(gè)垂直的亮度軸以及垂直于此軸的一個(gè)平面的彩色點(diǎn)的軌跡組成。第37頁，共80頁，2023年，2月20日，星期六將顏色從RGB轉(zhuǎn)換為HSI

第38頁，共80頁，2023年，2月20日，星期六第39頁，共80頁，2023年，2月20日，星期六將顏色從HSI轉(zhuǎn)換為RGBRG區(qū)：第40頁，共80頁，2023年，2月20日，星期六

GB區(qū)：第41頁，共80頁，2023年，2月20日，星期六

BR區(qū)：第42頁，共80頁，2023年，2月20日，星期六functionhsi=rgb2hsi(rgb)%RGB2HSIConvertsanRGBimagetoHSI.%HSI=RGB2HSI(RGB)convertsanRGBimagetoHSI.Theinputimage%isassumedtobeofsizeM-by-N-by-3,wherethethirddimension%accountsforthreeimageplanes:red,green,andblue,inthat%order.IfallRGBcomponentimagesareequal,theHSIconversion%isundefined.Theinputimagecanbeofclassdouble(withvalues%intherange[0,1]),uint8,oruint16.第43頁，共80頁，2023年，2月20日，星期六%Theoutputimage,HSI,isofclassdouble,where:%hsi(:,:,1)=hueimagenormalizedtotherange[0,1]bydividingallanglevaluesby2*pi.%hsi(:,:,2)=saturationimage,intherange[0,1].%hsi(:,:,3)=intensityimage,intherange[0,1].%Extracttheindividualcomponentimmages.rgb=im2double(rgb);r=rgb(:,:,1);g=rgb(:,:,2);b=rgb(:,:,3);第44頁，共80頁，2023年，2月20日，星期六%Implementtheconversionequations.num=0.5*((r-g)+(r-b));den=sqrt((r-g).^2+(r-b).*(g-b));theta=acos(num./(den+eps));H=theta;H(b>g)=2*pi-H(b>g);H=H/(2*pi);第45頁，共80頁，2023年，2月20日，星期六num=min(min(r,g),b);den=r+g+b;den(den==0)=eps;S=1-3.*num./den;H(S==0)=0;I=(r+g+b)/3;%Combineallthreeresultsintoanhsiimage.hsi=cat(3,H,S,I);第46頁，共80頁，2023年，2月20日，星期六functionrgb=hsi2rgb(hsi)%HSI2RGBConvertsanHSIimagetoRGB.%RGB=HSI2RGB(HSI)convertsanHSIimagetoRGB,whereHSIis%assumedtobeofclassdoublewith:%hsi(:,:,1)=hueimage,assumedtobeintherange[0,1]byhavingbeendividedby2*pi.%hsi(:,:,2)=saturationimage,intherange[0,1].%hsi(:,:,3)=intensityimage,intherange[0,1].第47頁，共80頁，2023年，2月20日，星期六%Thecomponentsoftheoutputimageare:%rgb(:,:,1)=red.%rgb(:,:,2)=green.%rgb(:,:,3)=blue.%ExtracttheindividualHSIcomponentimages.H=hsi(:,:,1)*2*pi;S=hsi(:,:,2);I=hsi(:,:,3);第48頁，共80頁，2023年，2月20日，星期六%Implementtheconversionequations.R=zeros(size(hsi,1),size(hsi,2));G=zeros(size(hsi,1),size(hsi,2));B=zeros(size(hsi,1),size(hsi,2));%RGsector(0<=H<2*pi/3).idx=find((0<=H)&(H<2*pi/3));B(idx)=I(idx).*(1-S(idx));R(idx)=I(idx).*(1+S(idx).*cos(H(idx))./...cos(pi/3-H(idx)));G(idx)=3*I(idx)-(R(idx)+B(idx));第49頁，共80頁，2023年，2月20日，星期六%BGsector(2*pi/3<=H<4*pi/3).idx=find((2*pi/3<=H)&(H<4*pi/3));R(idx)=I(idx).*(1-S(idx));G(idx)=I(idx).*(1+S(idx).*cos(H(idx)-2*pi/3)./cos(pi-H(idx)));B(idx)=3*I(idx)-(R(idx)+G(idx));第50頁，共80頁，2023年，2月20日，星期六%BRsector.idx=find((4*pi/3<=H)&(H<=2*pi));G(idx)=I(idx).*(1-S(idx));B(idx)=I(idx).*(1+S(idx).*cos(H(idx)-4*pi/3)./cos(5*pi/3-H(idx)));R(idx)=3*I(idx)-(G(idx)+B(idx));rgb=cat(3,R,G,B);rgb=max(min(rgb,1),0);第51頁，共80頁，2023年，2月20日，星期六彩色圖像處理的內(nèi)容

1.彩色變換（彩色映射）： 彩色變換以像素值為基礎(chǔ)，而不是以他們的空間坐標(biāo)為基礎(chǔ)。2.彩色圖像濾波 以彩色平面的形式進(jìn)行空間鄰域?yàn)V波3.彩色向量處理： 以同時(shí)處理彩色圖像的所有分量為基礎(chǔ)的處理技術(shù)。6.3彩色圖像處理基礎(chǔ)第52頁，共80頁，2023年，2月20日，星期六彩色變換彩色變換模型：si=Ti(ri),i=1,2,3,···,n其中，ri和si是輸入和輸出圖像的彩色分量，

n是ri的彩色空間的維數(shù)，Ti是全彩色變換函數(shù)。若輸入圖像是單色的，則方程的形式為si=Ti(r),i=1,2,3,···,nr表示灰度的值，Ti是偽彩色變換函數(shù)。

第53頁，共80頁，2023年，2月20日，星期六圖形法指定變換（映射）函數(shù)

1.線性插值

2.三次樣條（平滑）插值線性插值函數(shù)：

z=interplg(x,y,xi)

x,y表示控制點(diǎn)的水平和垂直坐標(biāo)，xi表示插入點(diǎn)，z表示在點(diǎn)xi處使用一維函數(shù)線性插值得到的值。第54頁，共80頁，2023年，2月20日，星期六三次樣條插值函數(shù)：z=spline(x,y,xi)第55頁，共80頁，2023年，2月20日，星期六交互式指定變換（映射）函數(shù)

ice函數(shù)+GUI（圖形用戶界面）

ice函數(shù)格式：

g=ice(‘PropertyName’,’PropertyValue’…)ice函數(shù)的有效輸入見表6.4g=ice(‘image’,f);第56頁，共80頁，2023年，2月20日，星期六第57頁，共80頁，2023年，2月20日，星期六第58頁，共80頁，2023年，2月20日，星期六單色負(fù)片和彩色補(bǔ)色的逆映射單色負(fù)片的逆映射是通過imcomplement完成的。彩色補(bǔ)色的逆映射是通過在ice的界面上，對(duì)控制點(diǎn)(0,0)的移動(dòng)（(0,0)到(0,1)）和控制點(diǎn)(1,1)的移動(dòng)（(1,1)到(1,0)）的。第59頁，共80頁，2023年，2月20日，星期六第60頁，共80頁，2023年，2月20日，星期六第61頁，共80頁，2023年，2月20日，星期六第62頁，共80頁，2023年，2月20日，星期六單色和彩色對(duì)比度增強(qiáng)啟用ice界面中的ShowPDF對(duì)話框。對(duì)單色和彩色圖像分別作直方圖均衡化處理。第63頁，共80頁，2023年，2月20日，星期六第64頁，共80頁，2023年，2月20日，星期六第65頁，共80頁，2023年，2月20日，星期六第66頁，共80頁，2023年，2月20日，星期六第67頁，共80頁，2023年，2月20日，星期六偽彩色增強(qiáng)當(dāng)一幅黑白圖像在RGB彩色空間中顯示且單獨(dú)對(duì)產(chǎn)生的分量進(jìn)行映射時(shí)，變換的結(jié)果就是一幅偽彩色圖像，其中輸入的圖像的灰度級(jí)被任意彩色代替。偽彩色映射通常用來細(xì)微的改變灰度以便人眼更易察覺，或者突出重要的灰度級(jí)區(qū)域。第68頁，共80頁，2023年，2月20日，星期六第69頁，共80頁，2023年，2月20日，星期六彩色平衡函數(shù)ice僅接受RGB和單色圖像輸入，但通過彩色空間變換，能在各種彩色空間中處理輸入圖像。f2=ice(‘image’,