RGB與YUV、YIQ、YCbCr、HSI、CMY的模型互化(基于matlab)

./學號2013-2014學年第二學期2013-2014學年第二學期學號圖像通信課程設計報告設計題目：圖像的各種顏色空間轉換摘要所謂三基色原理,是指自然界常見的各種顏色光都可由紅、綠、藍三種色光按照不同比例相配而成。同樣,絕大多數(shù)顏色也可以分解成紅、綠、藍三種色光。這就是色度學中的最基本的原理。彩色模型的用途是在某些標準下用通常課接受的方式簡化彩色規(guī)。常常涉及到用幾種不同的彩色空間表示圖形和圖像的顏色,以應對不同的場合和應用。因此,在數(shù)字圖像的生成、存儲、處理及顯示時,對應不同的彩色空間,需要作不同的處理和轉換。現(xiàn)在主要的彩色模型有RGB模型、CMY模型、YUV模型、YIQ模型、YcbCr模型、HSI模型等。本設計主要使用MATLAB編程的方法,實現(xiàn)RGB與其余四種模型之間的互化。即使用不同的色彩模型表示同一圖形或圖像。通過轉換實現(xiàn)色彩模型的變換之后,可以讓同一幅圖像以各種模式在全球圍流通,所以本設計具有一定的實際意義。一般的圖像原始都為RGB—加色混合色彩模型,它與剩下的幾個色彩模型之間存在著函數(shù)對應關系,通過矩陣運算改變模型的參數(shù)就可以實現(xiàn)不同色彩模型之間的相互轉換。例如CMY—減色混合色彩模型,就是利用青色、深紅色、黃色這三種彩色按照一定比例來產生想要的彩色,CMY是RGB三基色的補色,它與RGB存在如下關系：=-,使用MATLAB編程時,讀入三個通道的數(shù)值,按照對應關系進行矩陣變換就可以轉換成CMY色彩模型。其他色彩模型轉換原理與此相似。關鍵詞：MATLAB,RGB、YUV、YIQ、YCbCr、HSI、色彩模型.一、設計任務、目的和要求任務：實現(xiàn)RGB模型、CMY模型、YUV模型、YIQ模型、YcbCr模型、HSI模型這幾種不同色彩模型之間的相互轉換要求：最終結果用圖像顯示二、總體方案設計系統(tǒng)運行環(huán)境：WINDOWS7操作系統(tǒng)編程軟件平臺：MATLAB2012b編碼算法原理：將原圖的三基色數(shù)值讀入,根據不同色彩模型之間的相互關系,通過矩陣運算改變不同的亮度和色度等信息來實現(xiàn)色彩模型的轉換,然后將變換后的圖像導出流程圖：開始開始獲取R、G、B三通道分量獲取R、G、B三通道分量進行矩陣變換得到圖形進行矩陣變換得到圖形進行反變換得到反變換圖形進行反變換得到反變換圖形將所得圖形與原始圖形比較將所得圖形與原始圖形比較結束結束三、設計實現(xiàn)1、RGB模型和CMY模型的互化變換公式：=-clc;clear;close;X=imread<'1.jpg'>;%讀取原始圖形Image=im2double<X>;%歸一化處理subplot<131>,imshow<Image>,title<'原圖'>;%讀取圖像的RGB分量r=Image<:,:,1>;g=Image<:,:,2>;b=Image<:,:,3>;%進行RGB到CMY的變換C=1-r;M=1-g;Y=1-b;CMY=cat<3,C,M,Y>;subplot<132>,imshow<CMY>,title<'RGB轉CMY'>;%進行CMY到RGB的反變換r1=1-C;g1=1-M;b1=1-Y;rgb1=cat<3,r1,g1,b1>;subplot<133>,imshow<rgb1>,title<'CMY轉RGB'>;%數(shù)值分析反變換后和原圖的差別x=rgb1-Image;disp<x>;2、RGB模型和YUV色彩模型的互化變換公式：=clearall;closeall;clc;%清除存空間信息,以便程序運行img=imread<'1.jpg'>;%讀取原始圖形img=im2double<img>;%將圖像映射到[0,1]區(qū)間;[m,n,dim]=size<img>;%獲得原圖像長、寬、維數(shù)的數(shù)據subplot<131>,imshow<img>,title<'原圖'>;%%圖像的RGBR=img<:,:,1>;G=img<:,:,2>;B=img<:,:,3>;%%RGB2YUVY=zeros<m,n>;%亮度I=zeros<m,n>;%彩度V=zeros<m,n>;%濃度%定義乘法矩陣matrix=[0.2990.5870.114;-0.147-0.2980.436;0.615-0.515-0.100];%用for循環(huán)實現(xiàn)圖像中每一個點的矩陣變換,即實現(xiàn)模型變換fori=1:mforj=1:ntmp=matrix*[R<i,j>G<i,j>B<i,j>]';Y<i,j>=tmp<1>;U<i,j>=tmp<2>;V<i,j>=tmp<3>;endend%使Y、U、V分量全部在[0,255]區(qū)間Y<Y>255>=255;Y<Y<0>=0;UU>255>=255;U<U<0>=0;V<V>255>=255;V<V<0>=0;YUV=cat<3,Y,U,V>;subplot<132>,imshow<YUV>,title<'YUV'>;%%YUV2RGBmatrix=inv<matrix>;%使用inv函數(shù),求反變換矩陣fori=1:mforj=1:ntmp=matrix*[Y<i,j>U<i,j>V<i,j>]';R<i,j>=tmp<1>;G<i,j>=tmp<2>;B<i,j>=tmp<3>;endendimg1<:,:,1>=R;img1<:,:,2>=G;img1<:,:,3>=B;%將R、G、B分量全部化為[0,255]區(qū)間R<R>255>=255;R<R<0>=0;G<G>255>=255;G<G<0>=0;B<B>255>=255;B<B<0>=0;subplot<133>,imshow<img1>,title<'反變換'>;%比較x=img-img;disp<x>;3、RGB模型和YIQ色彩模型的互化變換公式：=clearall;closeall;clc;img=imread<'1.jpg'>;%讀取矩陣img=im2double<img>;%將圖像映射到[0,1]區(qū)間。[m,n,dim]=size<img>;%讀取圖像的長寬等信息subplot<131>,imshow<img>,title<'原圖'>;%%圖像的RGBR=img<:,:,1>;G=img<:,:,2>;B=img<:,:,3>;%%RGB2YIQY=zeros<m,n>;%亮度I=zeros<m,n>;%彩度Q=zeros<m,n>;%濃度matrix=[0.2990.5870.114;0.596-0.275-0.321;0.212-0.5230.311];%用for循環(huán)實現(xiàn)圖像中每一個點的矩陣變換,即實現(xiàn)模型變換fori=1:mforj=1:ntmp=matrix*[R<i,j>G<i,j>B<i,j>]';Y<i,j>=tmp<1>;I<i,j>=tmp<2>;Q<i,j>=tmp<3>;endendYUV=cat<3,Y,I,Q>;subplot<132>,imshow<YUV>,title<'YUV'>;%顯示變換后的圖形%YUV2RGBmatrix=inv<matrix>;fori=1:mforj=1:ntmp=matrix*[Y<i,j>I<i,j>Q<i,j>]';R<i,j>=tmp<1>;G<i,j>=tmp<2>;B<i,j>=tmp<3>;endend%將R、G、B三個分量賦予到img矩陣中img<:,:,1>=R;img<:,:,2>=G;img<:,:,3>=B;subplot<133>,imshow<img>,title<'反變換'>;%得到反變換的圖形%將反變換圖形與原始圖形進行比較x=img1-img;disp<x>;4、RGB色彩模型和YCbCr色彩模型的互化變換公式：=+clc;clear;close;src=imread<'1.jpg'>;subplot<141>,imshow<src>,title<'原圖'>;%得到以double形式存在的R、G、B分量r=double<src<:,:,1>>;g=double<src<:,:,2>>;b=double<src<:,:,3>>;%convert...y=floor<0.299*r+0.587*g+0.114*b+0>;%floor<pi>=3;floor<3.5>=3;floor<-3.2>=-4；向負方向舍入Cb=floor<-0.1687*r-0.3313*g+0.5*b+128>;Cr=floor<0.5*r-0.4187*g-0.0813*b+128>;%對所得的各個分量進行調整,使之介于[0,255]區(qū)間y<y>255>=255;y<y<0>=0;Cb<Cb>255>=255;Cb<Cb<0>=0;Cr<Cr>255>=255;Cr<Cr<0>=0;%將Y、Cb、Cr分量化為8位無符號整數(shù)并存放在dst矩陣中dst<:,:,1>=uint8<y>;dst<:,:,2>=uint8<Cb>;dst<:,:,3>=uint8<Cr>;subplot<142>,imshow<dst>,title<'自編之rgb到YCBCR'>;YCBCR=rgb2ycbcr<src>;subplot<143>,imshow<YCBCR>,title<'matlab自帶轉換函數(shù)'>;%查找資料,得到反變換矩陣,并借此進行反變換r1=1.0*y+0+1.402*<Cr-128>;g1=1.0*y-0.34413*<Cb-128>-0.71414*<Cr-128>;b1=1.0*y+1.772*<Cb-128>+0;%對所得的各個分量進行調整,使之介于[0,255]區(qū)間r1<r1>255>=255;r1<r1<0>=0;g1<g1>255>=255;g1<g1<0>=0;b1<b1>255>=255;b1<b1<0>=0;%將r1、g1、b1分量化為8位無符號整數(shù)并存放在dst2矩陣中dst2<:,:,1>=uint8<r1>;dst2<:,:,2>=uint8<g1>;dst2<:,:,3>=uint8<b1>;subplot<144>,imshow<dst2>,title<'反變換'>;%顯示反變換圖形5、RGB色彩模型和HSI色彩模型的互化變換公式：H=θB≤G360-θB>G其中,θ=arccos;S=1-[min<R,G,B>]I=1/3*<R+G+B>;clear;clc;close;x=imread<'1.jpg'>;rgb=im2double<x>;r=rgb<:,:,1>;g=rgb<:,:,2>;b=rgb<:,:,3>;%提取彩色圖像R、G、B三個色彩通道的分量。%構建rgb到his模型的轉換公式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>;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;hsi=cat<3,H,S,I>;%將色調H<Hue>、飽和度S<Saturation>、強度I<Intensity>分量合并成hsi色彩空間矩陣subplot<121>,imshow<hsi>,title<'rgb轉hsi'>;%顯示結果圖像H=hsi<:,:,1>*2*pi;S=hsi<:,:,2>;I=hsi<:,:,3>;%得到R、G、B三個分量的初始矩陣,并賦為全0R=zeros<size<hsi,1>,size<hsi,2>>;G=zeros<size<hsi,1>,size<hsi,2>>;B=zeros<size<hsi,1>,size<hsi,2>>;%當H分量在0到2/3pi之間時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>>;%當H分量在2/3pi到4/3pi之間時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>>;%當H分量在4/3pi到2pi之間時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>>;rgb1=cat<3,R,G,B>;%合并矩陣