第5章彩色图像处理ppt课件.ppt

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1、第5章彩色图像处理 颜色基础 颜色模型 颜色处理5.1 5.1 颜色基础颜色基础色谱可分为色谱可分为6个宽的区域：紫色、蓝色、绿色、黄色、橘红色和红色个宽的区域：紫色、蓝色、绿色、黄色、橘红色和红色彩色是由物体的反射光的性质决定的：彩色是由物体的反射光的性质决定的：白色：反射光如果在所有可见光波长范围内是白色：反射光如果在所有可见光波长范围内是平衡的。平衡的。彩色：仅反射有限的可见光谱。彩色：仅反射有限的可见光谱。人眼中红、绿、蓝锥体的波长吸收函数人眼中红、绿、蓝锥体的波长吸收函数人是通过人人是通过人眼视网膜上的眼视网膜上的600700万个锥万个锥状细胞来感知状细胞来感知色彩的，其中色彩的，其

2、中65%对红光对红光敏感敏感33%对绿光对绿光敏感敏感2%对蓝光敏对蓝光敏感感三基色原理三基色原理 自然界中可见颜色都可以用三种原色按一定比例混合得到；反之，任意一种颜色都可以分解为三种原色； 作为原色的三种颜色应该互相独立，即其中任何一种都不能用其他两种混合得到； 三原色之间的比例直接决定混合色调的饱和度； 混合色的亮度等于各原色的亮度之和。三基色原理三基色原理 C C1 1 、C C2 2 、C C3 3为三原色（又称为三基色）为三原色（又称为三基色） A A、b b、c c为三种原色的权值（即三原色比例或浓度为三种原色的权值（即三原色比例或浓度） C C为所合成的颜色，可为任意颜色为所合

3、成的颜色，可为任意颜色321cCbCaCC0,cba三基色原理三基色原理红色红色 + + 绿色绿色 = = 黄色黄色红色红色 + + 蓝色蓝色 = = 品红品红绿色绿色 + + 蓝色蓝色 = = 青色青色红色红色 + 绿色绿色 + 蓝色蓝色 = 白色白色BGRY114. 0587. 0299. 0BGRY071. 0707. 0222. 0PAL电视制式电视制式NTSC电视制式电视制式白色光白色光Y与三基色关系与三基色关系相加混色实例相加混色实例5.2 5.2 颜色模型颜色模型 彩色模型的作用是在某些标准下以可以接受的方式简化彩色规范。 RGB模型：彩色监视器、摄像机 CMY模型和CMYK模型

4、：彩色打印机 HSI模型：符合人描述和解释颜色，把图像分成彩色和灰度信息 YUV模型和YIQ模型：电视、视频编码加色混色模型以RGB三色光互相叠加来实现混色的方法适合于显示器等发光体的显示RGB模型模型任何一种颜色在RGB颜色空间中都可以用三维空间中的一个点来表示 像素深度：表示一个像素的比特数像素深度：表示一个像素的比特数2424位：位：(2(28 8) )3 3=16777216=16777216CMY模型模型 减色混色模型减色基：青(Cyan)、品红(Magenta)、黄(Yellow)是加色基R、G、B的补色颜色是从白光中减去一定成分得到的 适合于彩色打印，印刷行业等CMY模型模型 青

5、(C)=(红色光+绿色光+蓝色光)-红色光=绿色+蓝色品红(M)=(红色光+绿色光+蓝色光)- 绿色光=红色+蓝色黄(Y)=(红色光+绿色光+蓝色光)- 蓝色光=红色+绿色CMY模型与模型与RGB模型关系模型关系BGRYMC111CMY模型模型 RGBRGB空间的彩色图像空间的彩色图像 CMYCMY空间的彩色图像空间的彩色图像 RGBRGB与与CMYCMY空间的转换空间的转换印刷时CMY模型不可能产生真正的黑色，因此在印刷业中实际上使用的是CMYK彩色模型，K为第四种颜色，表示黑色. KYYKMMKCCYMCK),min(从从CMY到到CMYK的转换公式的转换公式CMY模型模型 MATLAB图

6、像处理工具箱使用函数imcomplementimcomplement实现RGB空间与CMY空间的相互转换，其常用调用方式如下：CMY=imcomplementCMY=imcomplement（RGBRGB）其中RGB可以是二值图像、灰度图像或彩色图像，而CMY与RGB互余。例例 将将RGBRGB图像转换到图像转换到CMYCMY空间空间I = imread(glass.png);J = imcomplement(I);subplot(121), imshow(I);title (RGB空间图像)subplot(122), imshow(J);title(CMY空间图像)HSI模型模型 HSIHS

7、I模型用模型用H H、S S、I I三参数描述颜色特性三参数描述颜色特性 H H定义颜色的波长，称为色调定义颜色的波长，称为色调 S S表示颜色的深浅程度，称为饱和度表示颜色的深浅程度，称为饱和度 I I表示强度或亮度表示强度或亮度HSI颜色模型反映了人的视觉对色彩的感觉颜色模型反映了人的视觉对色彩的感觉 HSI模型模型 色调H由角度表示，它反映了颜色最接近什么样的光谱波长，即光的不同颜色。通常假定0表示的颜色为红色，120的为绿色，240的为蓝色。从从0 0到到360360的色相覆盖了所有可见光的色相覆盖了所有可见光谱的彩色谱的彩色饱和度S表征颜色的深浅程度，饱和度越高，颜色越深。饱和度参数

8、是色环的原点（圆心）到彩色点的半径的长度。在环的边界上的颜色饱和度最高，其饱和度值为1；在中心的饱和度为0。 HSI模型模型 亮度I是指光波作用于感受器所发生的效应，其大小由物体反射系数来决定，反射系数越大，物体的亮度愈大，反之愈小。如果把亮度作为色环的垂线，那么H、S、I构成一个柱形彩色空间。灰度阴影沿着轴线自下而上亮度逐渐增大，由底部的黑渐变成顶部的白。圆柱顶部的圆周上的颜色具有最高亮度和最大饱和度。HSI模型模型 三原色（原图）三原色（原图） （b）H分量分量 （c）S分量分量 （d）I分量分量三原色三原色RGBRGB空间及其在空间及其在HSIHSI空间的各个分量空间的各个分量HSI模型

9、模型 2/12)()(2/)()(arccos2),min()(31)(31BGBRGRBRGRBGBGHBGRBGRSBGRIRGBRGB模型模型 HSIHSI模型模型HSIHSI模型模型 RGBRGB模型模型oB=I(1-S)ScosHR=I 1+cos(60 -H)G=3I-(B+R)ooR=I(1-S)Scos(H-120 )G=I 1+cos(180 -H)B=3I-(G+R)ooG=I(1-S)Scos(H-240 )B=I 1+cos(300 -H)R=3I-(B+G)0120H120240H240360H例例 将将RGBRGB图像转换到图像转换到HSIHSI空间空间rgb=im

10、read(lena.jpg);subplot(221),imshow(rgb);title(原始图像)rgb1=im2double(rgb);r=rgb1(:, :,1);g=rgb1(:, :,2);b=rgb1(:,:,3);I=(r+g+b)/3;tmp1=min(min(r,g),b);tmp2=r+g+b;tmp2(tmp2=0)=eps;S=1-3.*tmp1./tmp2;tmp1=0.5*(r-g)+(r-b);tmp2=sqrt(r-g).2+(r-b).*(g-b);theta=acos(tmp1./(tmp2+eps);H=theta;H(bg)=2*pi-H(bg);H=

11、H/(2*pi);H(S=0)=0;hsi=cat(3,H,S,I)subplot(222),imshow(H); title(H分量)subplot(223),imshow(S); title(S分量)subplot(224),imshow(I); title(I分量) YIQ是NTSC制式采用的颜色空间。 NTSC是由EIA（美国电子工业协会）所发起及创办的图像输出制式，其标准主要应用于日本和北美等地区。 Y分量代表图像的亮度信息，I、Q两个分量则携带颜色信息，I分量代表从橙色到青色的颜色变化，而Q分量则代表从紫色到黄绿色的颜色变化。 YIQ模型的优点是将灰度信息和颜色信息区分开来。YIQ

12、模型模型 Y 0.299R 0.587G 0.114BI 0.596R 0.275G 0.321BQ 0.212R 0.523G 0.311BR Y 0.956I 0.621QG Y 0.272I 0.647QB Y 1.107I 1.704QY YI IQ Q模型模型 RGBRGB模型模型MATLAB图像处理工具箱使用rgb2ntsc函数和ntsc2rgb函数实现RGB空间和NTSC空间之间的转换。其常用的调用方法如下：NTSC=rgb2ntsc(RGB)NTSC=rgb2ntsc(RGB)RGB=ntsc2rgb(YCBCR)RGB=ntsc2rgb(YCBCR)其中RGB和NTSC分别表

13、示RGB空间和NTSC空间的图像值。RGB = imread(board.tif);%读取图像NTSC = rgb2ntsc(RGB);%转换到NTSC空间RGB2 = ntsc2rgb(NTSC);%转换到RGB彩色空间subplot(121); imshow(NTSC);title(NTSC空间图像)%显示NTSC空间的图像subplot(122); imshow(RGB2);title(RGB空间图像)%显示RGB彩色空间的图像例例 实现实现NTSCNTSC空间和空间和RGBRGB空间的转换。空间的转换。 YUV颜色模型为PAL制式使用的电视信号传送的颜色模型。 PAL电视制式是由德国在

14、综合NTSC制式的技术成就基础上研制出来的一种改进方案。PAL制式的RGB三基色与NTSC及CIE的三基色均不同，但可以相互转换，中国采用该电视制式。 YUV是用于真彩色空间的表示，Y代表亮度信息，U、V分别代表色度（色差）信息。YUV模型模型 YUVYUV模型模型 RGBRGB模型模型Y0.299R0.587G0.114B0.147130.288860.436V 0.615R 0.51499 0.10001URGBGB 2.032110.394650.580601.13983RYUGYUVBYVYCbCr模型模型 YCbCr模型充分考虑人眼的视觉特性，以降低彩色数字图像存储量，是一种适合于彩

15、色图像压缩的模型。 YCbCr模型与YUV模型一样，由亮度Y、色差Cb、色差Cr构成。与YUV模型不同的是，在构造色差信号时，充分考虑了R、G、B三个分量在视觉感受中的不同重要性。YUV主要用于模拟信号，YCbCr则用于数字信号。Y YCbCrCbCr模型模型 RGBRGB模型模型0.2990.5870.1142(1 0.114)()2(1 0.299)()brYRGBCBYCRY0.71330.5643(0.2990.114 )/0.587rbRYCBYCGYRB MATLAB图像处理工具箱使用rgb2ycbcr函数和ycbcr2rgb函数实现RGB空间和YCbCr空间之间的转换。其常用的调

16、用方法如下：YCBCR=rgb2ycbcr(RGB)RGB=ycbcr2rgb(YCBCR)其中RGB和NTSC分别表示RGB空间和NTSC空间的图像值。例5-5 RGB空间和YCbCr空间之间的转换。RGB = imread(board.tif);%读取图像YCBCR = rgb2ycbcr(RGB);%把RGB空间图像转换到YCbCr空间subplot(121); imshow(RGB); title(RGB空间图像) %显示RGB空间图像subplot(122); imshow(YCBCR); title(NTSC空间图像) %显示YCbCr空间图像5.3 5.3 颜色处理颜色处理灰度转

17、化为彩色，伪彩色处理彩色转化为灰度，灰度化处理彩色图像的灰度化处理 最大值法：使R、G、B的值等于3值中最大的一个 平均值法：使R、G、B的值求出平均值 加权平均值法：根据重要性或其他指标给R、G、B赋予不同的权值，并使R、G、B的值加权平均max( , )RGBR G B1()3RGBRGBrgbRGBW RW GW BRGB = imread(lena.jpg); %读取RGB格式的图像Gray1 = rgb2gray(RGB); %加权平均法rows,cols,colors = size(RGB); %得到RGB图像矩阵的参数Gray2 = zeros(rows,cols); %创建一个

18、全零矩阵，用来存储产生的灰度图像Gray2 = uint8(Gray2); %将创建的全零矩阵转化为uint8格式Gray3 = zeros(rows,cols); Gray3 = uint8(Gray3);for i = 1:rows for j = 1:cols sum1 = 0; sum2 = 0; for k = 1:colors sum1 = sum1 + RGB(i,j,k)/3;%均值法 sum2 = sum2 + max(RGB(i,j,k);%最大值法 end Gray2(i,j) = sum1; Gray3(i,j) = sum2; end endsubplot(221);

19、imshow(RGB);title(RGB图像)subplot(222);imshow(Gray1);title(加权平均法) subplot(223);imshow(Gray2);title(均值法)subplot(224);imshow(Gray3);title(最大值法)伪彩色处理伪彩色处理伪彩色处理伪彩色处理是指将黑白图像转化为彩色图像，或者是将单色图像变换成给定彩色分布的图像。基本原理基本原理是将黑白图像或者单色图像的各个灰度级匹配到彩色空间中的一点，从而使单色图像映射成彩色图像。黑白图像中不同的灰度级赋予不同的彩色。 主要目的主要目的是为了提高人眼对图像的细节分辨能力，以达到图像增

20、强的目的。由于人眼对彩色的分辨能力远远高于对灰度的分辨能力，所以将灰度图像转化成彩色表示，就可以提高对图像细节的辨别力。),(),(),(yxByxGyxR),(yxf),(),(yxffyxRR),(),(yxffyxGG),(),(yxffyxBB不同的映射函数就能将灰度图像转化为不同的伪彩色图像。不同的映射函数就能将灰度图像转化为不同的伪彩色图像。密度分层法密度分层法 密度法伪色处理原理示意图密度法伪色处理原理示意图 灰度级到彩色的映射灰度级到彩色的映射 灰度级灰度级- -彩色变换法彩色变换法 灰度级彩色变换伪彩色处理技术原理灰度级彩色变换伪彩色处理技术原理 0063064127( ,

21、)4 ( , )510128191255192255ffR x yf x yff2544 ( , )0634 ( , )25464127( , )25512819110224 ( , )192255f x yff x yfG x yff x yf2550635104 ( , )64127( , )01281910192255ff x yfB x yffI=imread(lena.BMP);subplot(121),imshow(I); title(灰度图像)I=double(I);M,N=size(I);L=256;for i=1:M for j=1:N if I(i,j)=L/4 R(i,j

22、)=0;G(i,j)=4*I(i,j);B(i,j)=L; else if I(i,j)=L/2 R(i,j)=0;G(i,j)=L; B(i,j)=-4*I(i,j)+2*L; else if I(i,j)=3*L/4 R(i,j)=4*I(i,j)-2*L; G(i,j)=L;B(i,j)=0; else R(i,j)=L;G(i,j)=-4*I(i,j)+4*L; B(i,j)=0; end end end endendfor i=1:M for j=1:N OUT(i,j,1)=R(i,j); OUT(i,j,2)=G(i,j); OUT(i,j,3)=B(i,j); endendOU

23、T=OUT/256;subplot(122),imshow(OUT); title(伪彩色图像)频域法频域法频域滤波法输出图像的伪彩色与原图像的频域滤波法输出图像的伪彩色与原图像的灰度级无关，而是取决于灰度图像中不同灰度级无关，而是取决于灰度图像中不同的频率成分。的频率成分。如果为了突出图像中高频成分（即图像如果为了突出图像中高频成分（即图像的细节）而将其变为蓝色，则只需要将蓝的细节）而将其变为蓝色，则只需要将蓝通道滤波器设计成高通滤波器。通道滤波器设计成高通滤波器。如果要抑制图像中某种频率成分，那如果要抑制图像中某种频率成分，那么可以设计一个带阻滤波器来达到目的。么可以设计一个带阻滤波器来达到目的。