第八章色彩模型.

Chapter6ColorImageProcessing图像中应用彩色主要是因为：（1）简化区分目标；（2）人眼可以辨别几千种颜色色调和亮度，而对灰度辨别仅几十种，进行人工图像分析，彩色图像处理可分为2个主要领域:全彩色、伪彩色。原则上讲，前面各章的灰度处理方法均可直接用于彩色处理。Chapter6ColorImageProcessing6.1彩色基础彩色可见光：400~700nm，我们可以用3个基本量来描述光源的质量：radiance（辐射度辐射通量）：W总能量luminace（光通量）：可见光brightness（亮度）：主观描述Chapter6ColorImageProcessing6.1彩色基础人眼的锥状细胞负责彩色传感的，大眼的6~7百万个锥状细胞分三类：红：65%，绿：33%，蓝：2%。P226图6.3为人眼对的吸取实验。Chapter6ColorImageProcessing6.1彩色基础人眼的锥状细胞负责彩色传感的，大眼的6~7百万个锥状细胞分三类：红：65%，绿：33%，蓝：2%。图6.3为人眼对的吸取实验。Chapter6ColorImageProcessing6.1彩色基础CIE（国际照明委员会）规定了如下三种波为主原色：蓝：435.8nm，绿：546.1nm，红：700nm。红色，只是一个带，而不是单一一个波长绿蓝也是一样。原色相加→二次色R+B=深红=红+蓝G+B=表色=绿+蓝R+G=黄=红+绿R+G+B可得白色，或一个二次色与其，补色→白光，如图6.4(a)Chapter6ColorImageProcessing6.1彩色基础在颜料或着色剂中，原色的定义是这样的：白：减去一种原色，反射或传输另两种原色。故其原色是：深红、青、黄。而二次色是R、G、B。如图6.4所示。Chapter6ColorImageProcessing6.1彩色基础通常区分颜色的特征是亮度，色调和饱和度。亮度：明亮程度。色调：光波混合中，与主波长相关的属性，指观察的主要颜色。饱和度：纯色+白色多少色调+饱和度→色度，即颜色用色度和亮度来表征。形成任何特殊颜色需要R，G，B，叫三色值，分别用X，Y，Z，表示。一种颜色由三色值系数定义：1XxXYZYyXYZZzXYZXYZChapter6ColorImageProcessing6.1彩色基础颜色的另一种表示方法用CIE色度图。该图以（红），（绿）函数表示颜色组成而。如图6.5所示Chapter6ColorImageProcessing6.1彩色基础图中边界上的颜色为纯色，内部的表示混和色。等能量点→白，等能量点的饱和度为0。规律：连接任意两点的直线所定义的不同颜色，均可由这两类颜色相加得到同样，从等能量点到边界上任一点的连线，可以定义特定谱色的所有色调。还可以扩展到三种颜色，图中任何三点连成一三角形，内部所有颜色均可用三个顶点色来混合形成。Chapter6ColorImageProcessing6.1彩色基础图6.6的三角形是KGB监视器产生的颜色范围，不规则区域是彩色打印机的彩色域。Chapter6ColorImageProcessing6.2彩色模型6.2彩色模型亦彩色空间或彩色系统。最通用的就是RGB模型（用于如摄像机等）。CMY（青，深红，黄）、CMYK（青，深红，黄，黑）是针对彩色打印机，而HIS（色调，饱和度，亮度）更符合人描述颜色，也适合本书给出的灰度处理技术。Chapter6ColorImageProcessing6.2彩色模型6.2.1RGB彩色模型为方便，假定所有颜色都归一化。如果每一分量用8比特表示，共有24称为全彩色。例6.1（P230）介绍了彩色平面的概念。Chapter6ColorImageProcessing6.2彩色模型6.2.1RGB彩色模型下面介绍所谓全RGB彩色子集。Chapter6ColorImageProcessing6.2彩色模型Chapter6ColorImageProcessing6.2彩色模型6.2.2CMY和CMYK模型等量的青，深红，黄产生黑色。而实际中，组合产生的黑色不纯，为产生真正的黑色，加入第四种颜色——黑色。即CMYK模型（四色打印）11(1 1CRMGYB归一化为）Chapter6ColorImageProcessing6.2彩色模型6.2.3HIS彩色模型上述模型中适应人眼。这里介绍的HIS彩色模型恰好能满足这个要求。H：色调，S：饱和度，I：亮度H+S表示了彩色信息。下面说明HSI可以从RGB信息中得来的。Chapter6ColorImageProcessing6.2彩色模型6.2.3HIS彩色模型在图中，白（1，1，1），黑（0，0，0），其连线是垂直的。经过一彩色点，作⊥该连线的平面，则该平面与垂直连线的交点位置即是强度值。强度轴上的饱和度是0，其上全部是灰度点。Chapter6ColorImageProcessing6.2彩色模型6.2.3HIS彩色模型在图6.12中，连接白、青、黑三点组成一平面，则该平面（三角形）点有相的色调，理由是：三角形内任一点的颜色均为由顶点来得出，而黑白点不改变色调。旋转这个平面可以得到不同的色调，该平面与立方体的横截面决定的边界不是呈三角形就是六边形。这样我们可以用六边形来表示色调和饱和度。具体参见下页图所示：Chapter6ColorImageProcessing6.2彩色模型6.2.3HIS彩色模型我们用六边形来表示色调和饱和度。Chapter6ColorImageProcessing6.2彩色模型6.2.3HIS彩色模型我们用六边形来表示色调和饱和度。Chapter6ColorImageProcessing6.2彩色模型6.2.3HIS彩色模型从RGB到HIS的彩色转换1223601()()2()()()31min(,,)1()3[0,1][0,1]BGHBGRGRBarccosRGRGRBSRGBRGBIRGBRGBHSI如果，则：Chapter6ColorImageProcessing6.2彩色模型6.2.3HIS彩色模型从HIS到RGB的转换在[0，1]内给出HSI→RGN分三个区域（相隔120°）RG0120B=I1-S cos1cos(60)3()HSHRIHGIRB扇形：（）（）oGB120240H=H-120R=I1-ScosG1cos(60)B3(G)HSHIHIR扇形：（）首先然后：（）oBR240360H=H-240G=I1-ScosB1cos(60)R3(GB)HSHIHI扇形：（）首先然后：（）Chapter6ColorImageProcessing6.2彩色模型6.2.3HIS彩色模型图6.15是三个对应于RGB立方体的图像的HSI值。Chapter6ColorImageProcessing6.2彩色模型6.2.3HIS彩色模型图6.16是RGB及其二次色给出的图像，而（b）,（c）,（d）为其色调、饮和度和弱度图像。Chapter6ColorImageProcessing6.2彩色模型6.2.3HIS彩色模型图6.17为简单的HSI图像处理的图像。Chapter6ColorImageProcessing6.3伪彩色处理6.3伪彩色处理给特定的灰度值赋以彩色。伪彩色的目的是为了人眼观察和解释图像中的目标。Chapter6ColorImageProcessing6.3伪彩色处理6.3.1强度分层参见图6.18，图像被看成三维函数。Chapter6ColorImageProcessing6.3伪彩色处理6.3.1强度分层可以简单地按如下方式来把灰度→彩色0112121[0,1]P,01P1,(,)(,):LPPkkkkLlllllPLvvvfxucfxuVcV令为灰度级：黑色，白色灰度轴定义个平面共分成＋个间隔。，则是与强度间隔相关的颜色。Chapter6ColorImageProcessing6.3伪彩色处理6.3.1强度分层灰度→彩色实例：Chapter6ColorImageProcessing6.3伪彩色处理6.3.1强度分层灰度→彩色实例：焊接实例Chapter6ColorImageProcessing6.3伪彩色处理6.3.1强度分层灰度→彩色实例：用颜色突出降雨水平Chapter6ColorImageProcessing6.3伪彩色处理6.3.2灰度级到彩色转换另一种更加通用的灰度级到彩色的转换是对输入灰度级必行3个独立的处理，得到3个结果→红，绿，蓝通道。Chapter6ColorImageProcessing6.3伪彩色处理6.3.2灰度级到彩色转换例6.5是一突出装在行李内的爆炸物的伪彩色应用。Chapter6ColorImageProcessing6.3伪彩色处理6.3.2灰度级到彩色转换例6.5是一突出装在行李内的爆炸物的伪彩色应用。Chapter6ColorImageProcessing6.3伪彩色处理6.3.2灰度级到彩色转换例6.6为多光谱彩色编码。Chapter6ColorImageProcessing6.3伪彩色处理6.3.2灰度级到彩色转换例6.6为多光谱彩色编码。Chapter6ColorImageProcessing6.4全彩色图像处理基础6.4全彩色图像处理基础全彩色图像处理分为（1）处理每一分量，然后合成（2）直接对彩色处理全彩色至少有3个分量。原则上前边的灰度处理可移植到彩色，而对每一分量进行处理。令c代表RGＢ彩色空间中的任意向量：(,)(,)(,)(,)(,)(,)(,)RRGGBBcRcxyRxyccGcxycxyGxycBcxyBxyChapter6ColorImageProcessing6.5彩色变换6.5彩色变换6.5.1公式(,)(,)gxyTfxy：类似于基本灰度变换过程。1212(,)1,2(,)(,),iinnSTrrrinfxygxyTTTisir123RGBnGBCMYKnrRrr举例空间，则＝3，分量分量分量而时，＝4Chapter6ColorImageProcessing6.5彩色变换6.5彩色变换6.5.1公式图6.30是一幅彩色图像，CMYK分量图Chapter6ColorImageProcessing6.5彩色变换6.5彩色变换6.5.1公式RGB分量图及HSI分量图。假设要改变图像亮度，在HSI空间中，在RGB空间，3个分量必须：下页图显示了的结果。331122,SkrSrSr令而即为1,2,3CMY(1)iiiiSkriSkrk空间：0.7k0.7kChapter6ColorImageProcessing6.5彩色变换6.5彩色变换6.5.1公式改变图像亮度实例：0.7k0.7kChapter6ColorImageProcessing6.5彩色变换6.5.2补色在图6.32彩色环上，与一种色调相对立的另一种色调称为补色。0.7k0.7kChapter6ColorImageProcessing6.5彩色变换6.5.2补色例6.7给出了在RGB空间及HSI空间下，补色的求法。0.7k0.7kChapter6ColorImageProcessing6.5彩色变换6.5.3彩色分层可以采用突出特殊区域的颜色来把目标分离出来。可以采用类似于前边的灰度分层技术，这里叫彩色分层。最简单的情况，假设感兴趣的颜色中心在（），宽度为W的立方体中，则0.7k0.7k12,naaa0.5||12ijjiWrajnSrin其它=1,2