第6章彩色图像处理.ppt

6.1 彩色基础人观察物体的颜色由物体反射光的性质决定人观察物体的颜色由物体反射光的性质决定彩色光波长彩色光波长 400~700nmv光混合（原色相加） 原色：红、绿、蓝 二次色：深红、青、黄v颜料混合（原色相减） 原色：深红、青、黄 二次色：红、绿、蓝三色值系数三色值系数色色 度度 图图X、、Y、、Z为三色值为三色值6.2 彩色模型6.2.1 RGB彩色模型图像由3个原色图像分量组成（R,G,B）像素深度： 每一个像素的比特数R分量图分量图G分量图分量图B分量图分量图216种安全种安全RGB色色6.2.2 CMY和CMYK模型 针对彩色打印机和复印机 RGB到CMY的转换C—青青M—深红深红Y—黄黄6.2.3 HSI彩色模型色调（Ｈ）：表示观察者接收的主要颜色饱和度（Ｓ）：与所加白光数量成反比，纯谱色是全饱和的强度（Ｉ）：单色图像中的灰度ＨＳＩ空间：垂直强度轴和位于垂直于该轴的平面的彩色点轨道　　当平面沿强度轴向上或向下移动时，由平面与立方体表面构成的横截面决定的边界呈三角形或六边形色调：点Ｓ与原点连线的向量与红轴的夹角色调：点Ｓ与原点连线的向量与红轴的夹角饱和度：向量的长度饱和度：向量的长度强度：由平面在垂直强度轴的位置给出强度：由平面在垂直强度轴的位置给出从ＲＧＢ到ＨＳＩ的彩色转换从ＨＳＩ到ＲＧＢ的彩色转换ＲＧ扇形（０ＲＧ扇形（０°≤≤Ｈ＜Ｈ＜120 ° ））ＧＢ扇形（ＧＢ扇形（120°≤≤Ｈ＜Ｈ＜240 ° ））从ＨＳＩ到ＲＧＢ的彩色转换ＢＲ扇形（ＢＲ扇形（240°≤≤Ｈ＜Ｈ＜360 ° ））RGB立方体图像的HSI值 (a)色调色调 (b)饱和度饱和度 (c)强度强度(a)RGB图像(b)色调(c)饱和度(d)强度(a)色调(b)饱和度(c)强度(d) RGB图像6.3 伪彩色处理伪彩色处理  伪伪彩彩色色处处理理是是把把灰灰度度图图像像的的各各个个灰灰度度值值按按照照一一种种线线性性或或非非线性函数关系映射成相应的彩色。

线性函数关系映射成相应的彩色6.3.1　强度（灰度）分层法　强度（灰度）分层法　　　　　　设设一一幅幅灰灰度度图图像像f(x,y)，，在在某某一一个个灰灰度度级级（（如如f(x, y)=L1））上上设设置置一一个个平平行行于于xy平平面面的的切切割割平平面面，，灰灰度度级级小小于于L1的的像像素素分分配配给给一一种种颜颜色色（（如如蓝蓝色色）），，灰灰度度级级大大于于L1的的像像素素分分配给另一种颜色（如红色）配给另一种颜色（如红色）  灰度分层技术的示意图  若若将将灰灰度度图图像像级级用用M个个切切割割平平面面去去切切割割就就会会得得到到M+1个个不不同同灰灰度度级级的的区区域域S1，，S2，，…，，SM，，SM+1对对这这M+1个个区区域域中中的的像像素素人人为为分分配配给给M+1种种不不同同颜颜色色，，就就可可以以得得到到具具有有M+1种种颜颜色的伪彩色图像色的伪彩色图像优点是简单易行，便于用优点是简单易行，便于用软件或硬件实现软件或硬件实现  (a)单色图像单色图像 (b)强度分为强度分为8个彩色个彩色的结果的结果(a)X光图像(b)彩色编码结果 (a)降雨的灰度图像降雨的灰度图像 (b)对强度值赋予的对强度值赋予的彩色彩色 (c) 彩色编码图像彩色编码图像 (d)南美区域的放南美区域的放大图大图伪彩色处理的灰度分层方法I=imread('moon.tif');imshow(I);x=grayslice(I,16);figure;imshow(x,hot(16));6.3.2 灰度级到彩色转换灰度级到彩色转换　　　　其其变变换换过过程程为为：：将将灰灰度度图图像像送送入入具具有有不不同同变变换换特特性性的的红红、、绿绿、、蓝蓝3个个变变换换器器，，再再将将输输出出分分别别送送到到彩彩色色显显像像管管的的红红、、绿绿、、蓝蓝电电子子枪枪，，从从而而在在彩彩色色显显像像管管里里合合成成某某种种色色彩彩。

可可见见，，不不同同大大小小灰度级一定可以合成灰度级一定可以合成不同色彩不同色彩  从从图图中中可可见见，，若若f（（x, y））=0，，则则IB(x, y)=L, IR(x, y)=IG(x, y)=0，， 从从而而显显示示蓝蓝色色同同样样，，若若f(x, y)=L／／2，，则则IG(x, y)=L，，IR(x, y)=IB(x, y)=0，，从从而而显显示示绿绿色色若若f(x, y)=L, 则则IR(x, y)=L，，IB(x, y)=IG(x, y)=0，，从而显示红色从而显示红色 因因此此不不难难理理解解，，若若灰灰度度图图像像f(x, y)灰灰度度级级在在0～～L之之间间变变化化，， IR 、、IB 、、IG会有不同输出，会有不同输出，从而合成不同的彩色图像从而合成不同的彩色图像 突出装在行李内的爆炸物的伪彩色应用突出装在行李内的爆炸物的伪彩色应用多光谱图像彩色编码(a)红图像(b)绿图像(c)蓝图像(d)近红外图像(e)RGB图像（由(a) (b) (c)合成）(f)由(d) (b) (c)合成（生物显示红色，混凝土显示浅蓝色）(a)木星的伪彩色图像(b)靠近的图像 从原来的三基色变成新的一组三基色的彩色从原来的三基色变成新的一组三基色的彩色坐标变换。

坐标变换I=imread('onion.png');imshow(I);new(:,:,1)=I(:,:,3);new(:,:,2)=I(:,:,1);new(:,:,3)=I(:,:,2);figure;imshow(new);6.4 彩色变换彩色变换v彩色图像处理包括： （1）分别处理每一个分量图像，再合成 （2）直接对彩色像素处理6.4.1 彩色变换公式彩色变换公式 或若选择若选择RGB彩色空间，彩色空间，n=3若选择若选择CMYK彩色空间，彩色空间，n=4若选择若选择HSI彩色空间，彩色空间，n=3全彩色全彩色CMYK图像图像RGB图像图像HSI图像图像v要改进图像的亮度HSI彩色空间，彩色空间，RGB彩色空间，彩色空间，CMY彩色空间，彩色空间，6.4.2 补色 与一种色调直接相对立的另一种色调称为补色 类似彩色照片的负片 RGB彩色图像 g(x,y)=1-f(x,y)(a)原像(b)补色变换函数(c)基于RGB的变换(d)基于HSI的变换6.4.3 彩色分层彩色分层目的：突出图像中特殊的彩色区域目的：突出图像中特殊的彩色区域基本思路：基本思路：（（1）显示感兴趣的颜色以便从背景中把）显示感兴趣的颜色以便从背景中把它们分离出来它们分离出来（（2）像模板那样使用由彩色定义的区域，）像模板那样使用由彩色定义的区域，以便进一步处理以便进一步处理v设感兴趣的颜色由宽为W，中心在原彩色点并具有分量（a1,a2…,an）的立方体所包围，则变换为v设感兴趣的颜色为球体，则变换为6.4.4 色调和彩色校正v对灰度进行变换对灰度进行变换主调型：一幅图像的灰度范围。

主调型：一幅图像的灰度范围高主调图像的多数信息集中在高亮度处高主调图像的多数信息集中在高亮度处RGB和和CMY空间，用相同的变换函数映射空间，用相同的变换函数映射3个彩个彩色分量色分量HSI 彩色空间，则仅改进亮度分量彩色空间，则仅改进亮度分量等量地调整红、绿、蓝分量没有改变图像色调等量地调整红、绿、蓝分量没有改变图像色调彩色平衡6.4.5 直方图处理v均匀地扩展彩色强度，保留彩色本身（即色调）不变v独立地进行彩色图像分量的直方图均衡，将产生不正确的彩色(a)原像原像(b)变换函数变换函数(c)只均衡强度分只均衡强度分量量(d)增加饱和度分增加饱和度分量，再调整强量，再调整强度分量度分量6.5 平滑和锐化6.5.1 彩色图像平滑 RGB彩色图像的邻域Sxy HSI彩色模型，只对强度分量平滑（原色调彩色模型，只对强度分量平滑（原色调和饱和度不变）和饱和度不变）原图像RGB分量图像HSI分量图像用5×5均值模板平滑滤波(a)RGB分量处理 (b)处理强度分量并转换为RGB (c)两种结果的差别6.5.2 彩色图像锐化 RGB彩色系统中，分别计算每一分量图像的拉普拉斯再去计算全彩色图像 HSI彩色系统中，只计算强度分量的拉普拉斯而色调和饱和度分量不变用拉普拉斯进行图像锐化(a)RGB分量处理 (b)处理强度分量并转换为RGB (c)两种结果的差别6.6 彩色分割6.6.1 HSI彩色空间分割彩色空间分割v为了在色调图像中分离出感兴趣的特征区，饱和度被用做一个模板图像。

v在彩色图像分割中强度图像不常使用，因为它不携带彩色信息(a)原像原像(b)色调色调(c)饱和度饱和度(d)强度强度(e)二值饱和度模板二值饱和度模板(f) (b)*(e)(g) (f)的直方图的直方图(h) (a)中红分量的分割中红分量的分割6.6.2 RGB向量空间分割向量空间分割v给定—个感兴趣彩色的有代表性的彩色点样品集，可得到一个彩色“平均”估计，令其用RGB向量a来表示D(z，，a)≤D0，包含在球内部和表，包含在球内部和表面上的点符合特定的彩色准则；球面上的点符合特定的彩色准则；球外面上的点则不符合准则外面上的点则不符合准则 v样本协方差矩阵D(z，a)≤D0的点的轨道描述了一个实心的三维球体 最大特点是，主轴在最大数据范围的方向旋转 v使用边界盒，盒的中心在a上，沿每一彩色轴的尺度选择与沿每一个轴取样的标准差成比例，标准差的计算只使用一次样本彩色数据(a)利用矩形区域求利用矩形区域求平均向量平均向量a和标准和标准差差σσ(a-1.25σ) 与与(a+1.25σ)之间之间(b)分割结果分割结果v定义向量为：v向量的点乘，如下所示：6.6.3 彩色边缘检测彩色边缘检测 vc(x,y)的最大变化率方向可以由角度给出v(x,y)点在θ方向上变化率的值 (a)RGB图像图像(b)在在RGB彩彩色空间计算的色空间计算的梯度梯度(c)在分量图在分量图像上计算然后像上计算然后相加的梯度相加的梯度(d) (b)-(c)6.7 彩色图像的噪声v彩色图像噪声的内容在每个彩色通道中具有相同的特性。

v个别通道的电子学故障 高斯噪声污染的高斯噪声污染的RGB分量图像分量图像 (a)色调色调 (b)饱和度饱和度 (c)强度强度 RGB图像噪声转换为图像噪声转换为HIS的效果的效果。