图像处理与分析（6）彩色图像处理-2015-4-17 and 24.ppt

1、第1页第6讲图像处理与分析图像处理与分析第一部分：第一部分： 第二部分：第二部分： 图像处理图像处理 图像分析图像分析1. 基础知识 5. 形态学图像处理2. 空域处理 6. 图像分割3. 频域处理 7. 表示与描述4. 彩色图像 8. 特征提取 第2页第6讲第一部分第一部分 ：图像处理：图像处理2012-3-144. 彩色图处理彩色图处理第3页第6讲彩色图像处理彩色图像处理第一部分第一部分-4 彩色彩色图像处理图像处理 l彩色基础彩色基础l彩色模型彩色模型 l伪彩色增强伪彩色增强l全彩色图像处理基础全彩色图像处理基础l 彩色变换彩色变换l平滑和锐化平滑和锐化l彩色分割彩色分割 l彩色图像的噪

2、声彩色图像的噪声l彩色图像压缩彩色图像压缩第4页第6讲彩色图像处理彩色图像处理第一部分第一部分-4 彩色彩色图像处理图像处理 第5页第6讲彩色图像处理彩色图像处理第一部分第一部分-4 彩色彩色图像处理图像处理 第6页第6讲彩色图像处理彩色图像处理彩色基础彩色基础v人眼对于彩色的观察和处理是一种人眼对于彩色的观察和处理是一种 生理生理 和和 心理心理 现象，其机理还没有完全搞清楚，因而现象，其机理还没有完全搞清楚，因而对于彩色的许多结论都是建立在实验基础之上对于彩色的许多结论都是建立在实验基础之上的。的。v对彩色图像的处理是基于对其适当的描述方法。对彩色图像的处理是基于对其适当的描述方法。第7页

3、第6讲彩色图像处理彩色图像处理光学原理解释的色彩的形成光学原理解释的色彩的形成彩色基础彩色基础第8页第6讲彩色图像处理彩色图像处理彩色基础彩色基础彩色和颜色彩色和颜色颜色可分为颜色可分为无彩色无彩色和和有彩色有彩色两大类两大类无彩色无彩色指白色、黑色和各种深浅程度不同的灰色指白色、黑色和各种深浅程度不同的灰色 能够同样吸收所有波长光的表面看起来是灰色的，反能够同样吸收所有波长光的表面看起来是灰色的，反射的光多显浅灰色，反射的光少显深灰色。射的光多显浅灰色，反射的光少显深灰色。 以白色为一端，通过一系列从浅到深排列的各种灰色以白色为一端，通过一系列从浅到深排列的各种灰色，到达另一端的黑色，这些灰

4、色可以组成一个黑白系列。，到达另一端的黑色，这些灰色可以组成一个黑白系列。！彩色彩色指除去上述黑白系列以外的各种颜色指除去上述黑白系列以外的各种颜色！通常所说的通常所说的颜色颜色一般多指一般多指彩色彩色 第9页第6讲彩色基础彩色基础第10页第6讲彩色基础彩色基础第11页第6讲彩色图像处理彩色图像处理u可视光区的波长在可视光区的波长在400400nm nm 700nm700nm，当光谱当光谱采样限制到三个人类视觉系统敏感的采样限制到三个人类视觉系统敏感的红红、绿绿、蓝蓝光波段时，对这三个光谱带的光能光波段时，对这三个光谱带的光能量进行采样，就可以得到一幅彩色图像。量进行采样，就可以得到一幅彩色图

5、像。 400nm700nm紫外光紫外光红外光红外光可见光区可见光区546.1nm435.8nm780nm彩色基础彩色基础第12页第6讲彩色图像处理彩色图像处理彩色基础彩色基础三三种感受器：种感受器：眼睛对红绿蓝光吸收的平均实验曲线：分布较宽，互相重叠。光光的的吸吸收收率率 蓝紫色蓝紫色 紫蓝色紫蓝色400 450 500 550 600 650 700nm 蓝色蓝色 蓝绿色蓝绿色 绿色绿色 黄绿色黄绿色 黄色黄色 橙色橙色 红橙色红橙色 红色红色蓝蓝绿绿红红第13页第6讲彩色图像处理彩色图像处理彩色基础彩色基础三种基本色：三种基本色：红（R，red）：700 nm绿（G，green）：546.

6、1 nm蓝（B，blue）： 435.8 nm三种三种补色补色：品红（M，magenta，深红色，即红加蓝） 蓝绿（C，cyan，青色，即绿加蓝）黄（Y，yellow，黄色，即红加绿）第14页第6讲 原色相加可产生二次色，如品原色相加可产生二次色，如品红（红加蓝），青色（绿加蓝），红（红加蓝），青色（绿加蓝），黄色（红加绿）。以正确的亮度黄色（红加绿）。以正确的亮度把三原色或者一种二次色与其相把三原色或者一种二次色与其相反的原色相混合，即可产生白光。反的原色相混合，即可产生白光。 彩色基础彩色基础 颜料的原色定义为：一种原色颜料的原色定义为：一种原色为减去或吸收光的一种原色并反为减去或吸收光的

7、一种原色并反射或传输另外两种原色。射或传输另外两种原色。颜料的原色是品红、青色和黄色。颜料的原色是品红、青色和黄色。二次色是红、绿和蓝。二次色是红、绿和蓝。将三种颜料原色或其对应的补色将三种颜料原色或其对应的补色进行合适的组合，即可产生黑色。进行合适的组合，即可产生黑色。 第15页第6讲彩色图像处理彩色图像处理彩色的三种基本特性量：彩色的三种基本特性量：亮度亮度： 与物体的反射率成正比。与物体的反射率成正比。色调色调： 与光谱中光的波长相联系。与光谱中光的波长相联系。饱和度饱和度：与一定色调光的纯度有关。：与一定色调光的纯度有关。色调和饱和度合起来称为色调和饱和度合起来称为色度色度。彩色可用彩

8、色可用亮度和色度亮度和色度共同表示。共同表示。彩色基础彩色基础第16页第6讲彩色图像处理彩色图像处理形成任何特殊颜色所需的红绿蓝的量称为三色值。形成任何特殊颜色所需的红绿蓝的量称为三色值。XYZXYZ三刺激值的概念是以色视觉的三元理论为根据三刺激值的概念是以色视觉的三元理论为根据的，它说明人眼具有接受三原色的，它说明人眼具有接受三原色( (红、绿、蓝红、绿、蓝) )的的接受器，而所有的颜色均被视作该三原色的混合接受器，而所有的颜色均被视作该三原色的混合色。色。 XYZXYZ三刺激值是利用这些标三刺激值是利用这些标准观察者配色函数计算得来准观察者配色函数计算得来的。该图以红和绿函数表示的。该图以

9、红和绿函数表示颜色组成。相应的蓝值成分颜色组成。相应的蓝值成分计算可得。计算可得。 CIE 色度图第17页第6讲彩色图像处理彩色图像处理CIE 色度图一种颜色由三色值系数定义为：一种颜色由三色值系数定义为： ZYXXxZYXYyZYXZz1zyx第18页第6讲彩色图像处理彩色图像处理CIE 色度图色度图：(舌形图)借助于已归一化的三个色系数 x X y Yz = 1 (x + y)1.00.60.40.20.40.60.81.00.00.80.2520540510550560570580590600530700770530620500490480470460绿黄红蓝紫400XYC第19页第6讲

10、CIE 色度图第20页第6讲彩色图像处理彩色图像处理CIE 色度图在色度图中：(1)每点都对应一种颜色(2)边界上的点代表纯颜色，中心点处纯度为零(3)连接任两端点的直线上的各点表示将这两端点所代表的颜色相加可组成的一种颜色(4)过C点直线端点的两彩色为互补色(5)三角形包含由三顶点可组成的彩色1.00.60.40.20.40.60.81.00.00.80.2520540510550560570580590600530700770530620500490480470460绿黄红蓝紫400XYC第21页第6讲CIE 色度图第22页第6讲彩色图像处理彩色图像处理彩色模型彩色模型l彩色基础彩色基础l

11、彩色模型彩色模型 （也称（也称彩色空间彩色空间或或彩色系统彩色系统）l伪彩色增强伪彩色增强l全彩色图像处理基础全彩色图像处理基础l 彩色变换彩色变换l平滑和锐化平滑和锐化l彩色分割彩色分割 l彩色图像的噪声彩色图像的噪声l彩色图像压缩彩色图像压缩第23页第6讲彩色图像处理彩色图像处理v 颜色的描述是通过建立色彩模型来实现的，颜色的描述是通过建立色彩模型来实现的，不同的色彩模型对应于不同的处理目的。不同的色彩模型对应于不同的处理目的。v CIECIE（国际照明委员会）国际照明委员会）在进行大量的色彩在进行大量的色彩测试实验的基础上提出了一系列的颜色模型测试实验的基础上提出了一系列的颜色模型用于对

12、色彩进行描述。用于对色彩进行描述。v 各种不同的颜色模型之间可以通过数学方法互相转换。 彩色模型彩色模型第24页第6讲彩色图像处理彩色图像处理彩色模型彩色模型1. 面向硬设备的彩色模型 诸如彩色显示器或打印机之类的硬设备 (RGB模型，CMY模型) 2. 面向视觉感知的彩色模型以彩色处理为目的的应用(HSI模型)第25页第6讲彩色图像处理彩色图像处理RGB彩色模型第26页第6讲彩色图像处理彩色图像处理RGB彩色模型RGB模型模型：建立在笛卡儿坐标系统里，其中三个轴分别建立在笛卡儿坐标系统里，其中三个轴分别为为R，G，B。模型的空间是个正方体，原点对应黑色，离模型的空间是个正方体，原点对应黑色，

13、离原点最远的顶点对应白色。原点最远的顶点对应白色。从黑到白的灰度值分布在从原点到离原点最从黑到白的灰度值分布在从原点到离原点最远顶点间的连线上，而立方体内其余各点对应不远顶点间的连线上，而立方体内其余各点对应不同的颜色，可用从原点到该点的矢量表示同的颜色，可用从原点到该点的矢量表示 。 第27页第6讲彩色图像处理彩色图像处理RGB模型模型：RGB彩色模型第28页第6讲彩色图像处理彩色图像处理R:200 G:50B:120黄(255,255,0)黑(0,0,0)绿(0,255,0)青(0,255,255)蓝(0,0,255)品红(255,0,255)白(255,255,255)红(255,0,0

14、)RGB彩色模型第29页第6讲彩色图像处理彩色图像处理RGB彩色模型第30页第6讲RGB彩色模型第31页第6讲RGB彩色模型v 与实心全色立方体不同，稳定彩色立方体仅在表面有效，每一平面都有36种颜色，共被216种不同的颜色覆盖。 第32页第6讲彩色图像处理彩色图像处理CMY模型模型第33页第6讲彩色图像处理彩色图像处理CMY模型模型：主要用于彩色打印，这三种补色可分别由从白光中减去三种基色而得到从CMY到RGB的转换为 CR1MG1YB1CMY模型模型第34页第6讲彩色图像处理彩色图像处理HSI彩色模型uHSI模型：模型： 这种彩色系统格式的设计反映了人类观察 彩色的方式。如：红色又分为浅红

15、和深红色等等。第35页第6讲彩色图像处理彩色图像处理6.2.3 HSI彩色模型HSI模型：模型： H 表示色调（hue） S 表示饱和度（saturation） I 表示密度（intensity，对应成像亮度和图像灰度）第36页第6讲彩色图像处理彩色图像处理HSI彩色模型第37页第6讲彩色图像处理彩色图像处理uI I 表示光照强度或称为表示光照强度或称为亮度亮度，它确定了，它确定了像素的整体亮度，而不管其颜色是什么。像素的整体亮度，而不管其颜色是什么。 小小 大大HSI彩色模型第38页第6讲彩色图像处理彩色图像处理亮度(I)效果示意图第39页第6讲彩色图像处理彩色图像处理uH：表示表示色度色度

16、，由角度表示。反映了该颜色最，由角度表示。反映了该颜色最接近什么样的光谱波长。接近什么样的光谱波长。0 0o o为红色，为红色，120120o o为绿为绿色，色，240240o o为蓝色。为蓝色。HSI彩色模型第40页第6讲彩色图像处理彩色图像处理色度（H） 的效果示意图H=0H=60H=120H=180H=240H=300第41页第6讲彩色图像处理彩色图像处理u S S：表示表示饱和度饱和度，饱和度参数是色环，饱和度参数是色环的原点到彩色点的半径长度。的原点到彩色点的半径长度。u在环的外围圆周是纯的或称饱和的颜在环的外围圆周是纯的或称饱和的颜色，其饱和度值为色，其饱和度值为1 1。在中心是中

17、性。在中心是中性（灰）色，即饱和度为（灰）色，即饱和度为0 0。SHSI彩色模型第42页第6讲彩色图像处理彩色图像处理饱和度（S） 的效果示意图S=0S=1S=1/4S=1/2第43页第6讲HSI彩色模型第44页第6讲HSI彩色模型第45页第6讲彩色图像处理彩色图像处理HSI模型表示：模型表示：HSI彩色模型第46页第6讲彩色图像处理彩色图像处理HSI彩色模型从RGB转换到HSI：BGRI31),min()(31BGRBGRS21 2 2 arccosBGBRGRBRGRH第47页第6讲彩色图像处理彩色图像处理HSI彩色模型从HSI转换到RGB：(1)当H在0, 120之间：)1 (SIB)6

18、0cos(cos1 HHSIR)(3RBIG第48页第6讲彩色图像处理彩色图像处理HSI彩色模型从HSI转换到RGB：(2)当H在120, 240之间：)1 (SIR)180cos()120cos(1 HHSIG)(GRIB 3第49页第6讲彩色图像处理彩色图像处理HSI彩色模型从HSI转换到RGB：(3)当H在240, 360之间：)1 (SIG)300cos()240cos(1 HHSIB)(3BGIR第50页第6讲HSI彩色模型第51页第6讲HSI彩色模型第52页第6讲HSI彩色模型第53页第6讲YIQ彩色模型第54页第6讲YIQ彩色模型第55页第6讲YUV彩色模型第56页第6讲YUV彩

19、色模型第57页第6讲YCbCr彩色模型第58页第6讲YCbCr彩色模型第59页第6讲彩色图像处理彩色图像处理彩色模型彩色模型l彩色基础彩色基础l彩色模型彩色模型 （也称彩色空间或彩色系统）（也称彩色空间或彩色系统）l伪彩色处理伪彩色处理l全彩色图像处理基础全彩色图像处理基础l 彩色变换彩色变换l平滑和锐化平滑和锐化l彩色分割彩色分割 l彩色图像的噪声彩色图像的噪声l彩色图像压缩彩色图像压缩第60页第6讲彩色图像处理彩色图像处理伪彩色处理伪彩色处理第61页第6讲彩色图像处理彩色图像处理伪彩色处理伪彩色处理第62页第6讲彩色图像处理彩色图像处理伪彩色处理伪彩色处理人眼对颜色比对灰度有较大的分辨能力

20、人眼对颜色比对灰度有较大的分辨能力对灰度：几十对灰度：几十对彩色：几千对彩色：几千第63页第6讲彩色图像处理彩色图像处理伪彩色处理伪彩色处理特点对原来灰度图像中不同灰度值的区域赋予对原来灰度图像中不同灰度值的区域赋予不同的颜色以更明显地区分他们不同的颜色以更明显地区分他们不同灰度区域不同灰度区域 赋予不同颜色赋予不同颜色典型方法典型方法(1) 亮度切割（强度分层）(2)利用变换函数(3)频域滤波“伪伪”第64页第6讲彩色图像处理彩色图像处理伪彩色处理伪彩色处理(1) 亮度切割（强度分层）亮度切割（强度分层）将图像看作2-D亮度函数用1个平行于图像坐标平面的平面去切割图像亮度函数，从而把亮度函数

21、分成2个灰度值区间 Lx, ylmcmmc+10第65页第6讲伪彩色处理伪彩色处理(1) 亮度切割（强度分层）亮度切割（强度分层）第66页第6讲伪彩色处理伪彩色处理(1) 亮度切割（强度分层）亮度切割（强度分层）第67页第6讲伪彩色处理伪彩色处理第68页第6讲彩色图像处理彩色图像处理第69页第6讲彩色图像处理彩色图像处理第70页第6讲彩色图像处理彩色图像处理第71页第6讲彩色图像处理彩色图像处理伪彩色处理伪彩色处理(2)从灰度到彩色的变换（映射）从灰度到彩色的变换（映射）R0G0B0fff第72页第6讲彩色图像处理彩色图像处理伪彩色处理伪彩色处理(2)从灰度到彩色的变换从灰度到彩色的变换将3个

22、变换的结果分别输入3个电子枪f红色变换IRGB绿色变换蓝色变换()(x, yx, yI ()x, yI ()x, y第73页第6讲彩色图像处理彩色图像处理伪彩色处理伪彩色处理第74页第6讲彩色图像处理彩色图像处理伪彩色处理伪彩色处理第75页第6讲彩色图像处理彩色图像处理伪彩色处理伪彩色处理第76页第6讲彩色图像处理彩色图像处理全彩色图像处理基础l彩色基础彩色基础l彩色模型彩色模型 （也称彩色空间或彩色系统）（也称彩色空间或彩色系统）l伪彩色处理伪彩色处理l全彩色图像处理基础全彩色图像处理基础l 彩色变换彩色变换l平滑和锐化平滑和锐化l彩色分割彩色分割 l彩色图像的噪声彩色图像的噪声l彩色图像压

23、缩彩色图像压缩第77页第6讲彩色图像处理彩色图像处理全彩色图像处理基础全彩色图像处理基础第78页第6讲彩色图像处理彩色图像处理全彩色图像处理基础全彩色图像处理基础第79页第6讲彩色图像处理彩色图像处理全彩色图像处理基础全彩色图像处理基础1、处理必须对向量和标量都可用；、处理必须对向量和标量都可用；2、对向量每一分量的操作对于其他分量必须是、对向量每一分量的操作对于其他分量必须是独立的。独立的。第80页第6讲彩色图像处理彩色图像处理彩色变换彩色变换l彩色基础彩色基础l彩色模型彩色模型 （也称彩色空间或彩色系统）（也称彩色空间或彩色系统）l伪彩色处理伪彩色处理l全彩色图像处理基础全彩色图像处理基础

24、l 彩色变换彩色变换l平滑和锐化平滑和锐化l彩色分割彩色分割 l彩色图像的噪声彩色图像的噪声l彩色图像压缩彩色图像压缩第81页第6讲彩色变换彩色变换第82页第6讲彩色变换彩色变换第83页第6讲彩色变换彩色变换第84页第6讲彩色变换彩色变换u补色补色第85页第6讲彩色变换彩色变换u补色补色第86页第6讲彩色变换彩色变换u色调和彩色校正色调和彩色校正第87页第6讲彩色变换彩色变换u彩色平衡彩色平衡第88页第6讲第89页第6讲彩色图像处理彩色图像处理彩色图像平滑和锐化l彩色基础彩色基础l彩色模型彩色模型 （也称彩色空间或彩色系统）（也称彩色空间或彩色系统）l伪彩色处理伪彩色处理l全彩色图像处理基础全

25、彩色图像处理基础l 彩色变换彩色变换l平滑和锐化平滑和锐化l彩色分割彩色分割 l彩色图像的噪声彩色图像的噪声l彩色图像压缩彩色图像压缩第90页第6讲彩色图像处理彩色图像处理u在灰度图像处理中我们讨论了图像的在灰度图像处理中我们讨论了图像的平平滑滤波滑滤波，图像的锐化图像的锐化处理等方法，在彩处理等方法，在彩色图像中仍旧需要也可以进行这些处理。色图像中仍旧需要也可以进行这些处理。u处理的方法是，将同样的操作在处理的方法是，将同样的操作在R,G, B三个分量上分别进行。三个分量上分别进行。平滑和锐化平滑和锐化第91页第6讲彩色图像处理彩色图像处理彩色图像的平滑处理第92页第6讲彩色图像处理彩色图像

26、处理彩色图像的平滑处理示例第93页第6讲彩色图像处理彩色图像处理平滑和锐化平滑和锐化第94页第6讲平滑和锐化平滑和锐化第95页第6讲第96页第6讲彩色图像处理彩色图像处理彩色图像的锐化处理示例第97页第6讲彩色图像锐化彩色图像锐化-拉普拉斯微分拉普拉斯微分第98页第6讲彩色图像锐化彩色图像锐化-拉普拉斯微分拉普拉斯微分第99页第6讲彩色图像处理彩色图像处理彩色图像平滑和锐化l彩色基础彩色基础l彩色模型彩色模型 （也称彩色空间或彩色系统）（也称彩色空间或彩色系统）l伪彩色处理伪彩色处理l全彩色图像处理基础全彩色图像处理基础l 彩色变换彩色变换l平滑和锐化平滑和锐化l彩色分割彩色分割 l彩色图像的

27、噪声彩色图像的噪声l彩色图像压缩彩色图像压缩第100页第6讲彩色图像处理彩色图像处理彩色分割：把一幅图像分成区域彩色分割：把一幅图像分成区域自然图象中对应同一个物体或物体部分的象自然图象中对应同一个物体或物体部分的象素的颜色在彩色空间中应该是聚集在一起的素的颜色在彩色空间中应该是聚集在一起的 在彩色空间将与需增强部分对应的聚类确定在彩色空间将与需增强部分对应的聚类确定出来并进行增强出来并进行增强彩色分割彩色分割第101页第6讲彩色图像处理彩色图像处理彩色分割彩色分割第102页第6讲彩色图像处理彩色图像处理uHIS彩色空间分割第103页第6讲彩色分割彩色分割uRGB向量空间分割第104页第6讲彩色分割彩色分割uRGB彩色空间分割第105页第6讲彩色分割彩色分割uRGB向量空间分割第106页第6讲彩色图像的噪声彩色图像的噪声第107页第6讲彩色图像的噪声彩色图像的噪声第108页第6讲彩色图像的噪声彩色图像的噪声第109页第6讲彩色图像压缩彩色图像压缩第110页第6讲作业u复习彩色图像处理；复习彩色图像处理；u预习形态学图像处理。预习形态学图像处理。彩色图像处理彩色图像处理