第08章彩色图像处理课件.ppt
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- 08 彩色 图像 处理 课件
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1、第章第章 彩色图像处理彩色图像处理 内容提要内容提要:u 8.1 人类视觉与色度学基础人类视觉与色度学基础u 三基色原理、光度学基本知识三基色原理、光度学基本知识u 8.2 颜色空间的表示及其转换颜色空间的表示及其转换uRGB模型、模型、Munsell模型、模型、HSV模型、模型、HSI模型、模型、YUV模型模型u RGB与与HSV空间的相互转换空间的相互转换u RGB与与YUV空间的相互转换空间的相互转换u RGB与与HSI空间的相互转换空间的相互转换u 8.2 颜色空间的量化颜色空间的量化u 抖动技术、假彩色处理抖动技术、假彩色处理u 彩色图像增强、真彩色增强彩色图像增强、真彩色增强u 8
2、.6.2 伪彩色增强伪彩色增强u 实验:彩色空间的表示和转换实验:彩色空间的表示和转换u 本章小结本章小结教学建议教学建议 本章的先修知识主要有:本章的先修知识主要有:光学、线性代数、图像的量化等。光学、线性代数、图像的量化等。要求了解彩色图像处理的基本概念和一些常用的要求了解彩色图像处理的基本概念和一些常用的彩色图像处理技术。彩色图像处理技术。用用MATLAB工具对彩色图像进行处理工具对彩色图像进行处理 如进行颜色空间的变换等。如进行颜色空间的变换等。8.1 人类视觉与色度学基础人类视觉与色度学基础 人类色觉的产生是一个复杂的过程。人类色觉的产生是一个复杂的过程。除了光源对眼睛的刺激,还需要
3、人脑对光刺激的解释。除了光源对眼睛的刺激,还需要人脑对光刺激的解释。人感受到的物体颜色主要取决于反射光的特性。人感受到的物体颜色主要取决于反射光的特性。如果物体比较均衡地反射各种光谱,则看起来是白的。如果物体比较均衡地反射各种光谱,则看起来是白的。如果物体对某些光谱反射得较多,则看起来物体就呈如果物体对某些光谱反射得较多,则看起来物体就呈现相对应的颜色。现相对应的颜色。色度学色度学(colorimetry)进行图像的彩色分析,建立的研究彩色计量的学科。进行图像的彩色分析,建立的研究彩色计量的学科。8.1.1 人类的基本视觉特性人类的基本视觉特性 视觉系统中存在着杆状和锥状细胞两种感光细胞。视觉
4、系统中存在着杆状和锥状细胞两种感光细胞。杆状细胞为暗视器官杆状细胞为暗视器官 锥状细胞是明视器官,在照度足够高时起作用,并能锥状细胞是明视器官,在照度足够高时起作用,并能分辨颜色。分辨颜色。锥状细胞大致将电磁光谱的可见部分分为三个波段:锥状细胞大致将电磁光谱的可见部分分为三个波段:红、绿、蓝。红、绿、蓝。这三种颜色被称为这三种颜色被称为三基色三基色图图8.1 8.1 人类视觉系统三类锥状细胞的光谱敏感曲线人类视觉系统三类锥状细胞的光谱敏感曲线人类视觉对颜色的主观感觉 颜色的三种主观感觉:色调、饱和度和亮度。颜色的三种主观感觉:色调、饱和度和亮度。色调(色调(hue)从一个物体反射过来的或透过物
5、体的光波长从一个物体反射过来的或透过物体的光波长 是由颜色种类来辨别的,如红、橙、绿。是由颜色种类来辨别的,如红、橙、绿。饱和度(饱和度(saturation)即色纯度,指颜色的深浅即色纯度,指颜色的深浅 例如:深红和浅红。例如:深红和浅红。亮度(亮度(brightness)颜色的明暗程度,从黑到白,主要受光源强弱影响颜色的明暗程度,从黑到白,主要受光源强弱影响。8.1.2 三基色原理三基色原理 由三基色混配各种颜色通常有两种方法:由三基色混配各种颜色通常有两种方法:相加混色法。相加混色法。彩色电视机上的颜色。彩色电视机上的颜色。相减混色法。相减混色法。彩色电影、幻灯片、绘画原料彩色电影、幻灯
6、片、绘画原料 相加混色和相减混色的主要区别:相加混色和相减混色的主要区别:(1 1)相加法是由发光体发出的光相加而产生的各种颜色,而相减)相加法是由发光体发出的光相加而产生的各种颜色,而相减法是先有白色光,然后从中减去某些成份(吸收)得到各种颜色。法是先有白色光,然后从中减去某些成份(吸收)得到各种颜色。(2 2)相加混色的三基色是红、绿、蓝,而相减混色的三基色是黄、)相加混色的三基色是红、绿、蓝,而相减混色的三基色是黄、青、品红。相加混色的补色就是相减混色的基色。青、品红。相加混色的补色就是相减混色的基色。(3 3)相加混色和相减混色有不同的规律。)相加混色和相减混色有不同的规律。Grass
7、man定律定律 指出了视觉对颜色的响应取决于红、绿、指出了视觉对颜色的响应取决于红、绿、蓝三输入量的代数和。蓝三输入量的代数和。(1)所有颜色都可以用相互独立的三基色混合得到;)所有颜色都可以用相互独立的三基色混合得到;(2)假如三基色的混合比相等,则色调和饱和度也相)假如三基色的混合比相等,则色调和饱和度也相等;等;(3)任意两种颜色相混合产生的新颜色与采用三基色)任意两种颜色相混合产生的新颜色与采用三基色分别合成这两种颜色的各自成份混合起来得到的结果分别合成这两种颜色的各自成份混合起来得到的结果相等;相等;(4)混合色的光亮度是原来各分量光亮度的总和。)混合色的光亮度是原来各分量光亮度的总
8、和。颜色向量颜色向量C的计算的计算 CIE的的R、G、B颜色表示系统。颜色表示系统。选择标准选择标准红色红色,绿色绿色和和蓝色蓝色三种单色光作为表色系统的三种单色光作为表色系统的三基色。三基色。颜色向量颜色向量C 红(红(R)、绿()、绿(G)、蓝()、蓝(B)三刺激值所构成的()三刺激值所构成的(R,G,B)向量的和构成。)向量的和构成。C=RR0+GG0+BB0 (8.1)R、G、B为为C的三刺激值(的三刺激值(tristimulus values)(R0,G0,B0)称为原刺激值,是单位向量。)称为原刺激值,是单位向量。图图8.2 8.2 颜色的向量表示与光谱三刺激值颜色的向量表示与光谱
9、三刺激值(a)颜色的向量表示)颜色的向量表示 (b)光谱三刺激值)光谱三刺激值 8.1.3 光度学基本知识光度学基本知识 光度学光度学光学中研究光的辐射、吸收、照射、反射、散射、漫光学中研究光的辐射、吸收、照射、反射、散射、漫射等度量的学科射等度量的学科同时结合视觉特征来确定光的度量及吸收的单位。同时结合视觉特征来确定光的度量及吸收的单位。在可见光谱段以外的景物图像也可用类似的方法。在可见光谱段以外的景物图像也可用类似的方法。可见光谱段以外所形成的图像,其处理的各个过程也可见光谱段以外所形成的图像,其处理的各个过程也常常要变换成人眼可以观察的图像常常要变换成人眼可以观察的图像例如热成像、例如热
10、成像、X X光照片等光照片等光度学中的基本概念光度学中的基本概念 1.光通量光通量 2.发光强度发光强度 3.视敏度视敏度 4.亮度亮度 亮度是发光面的明亮程度的度量,它决定于单位面积亮度是发光面的明亮程度的度量,它决定于单位面积的发光强度,单位为的发光强度,单位为cd/m2。5.照度照度 照度指照射在单位面积上的光通量,单位为勒(照度指照射在单位面积上的光通量,单位为勒(lx)。)。8.2 颜色空间的表示及其转换颜色空间的表示及其转换实际应用中常用的颜色空间有实际应用中常用的颜色空间有RGB、HSV、HSI、YUV、YIQ等。等。常用的颜色空间可分为两类常用的颜色空间可分为两类面向硬设备的应
11、用面向硬设备的应用RGB颜色空间,如:彩色显示器、打印机等颜色空间,如:彩色显示器、打印机等面向以彩色处理为目的的应用面向以彩色处理为目的的应用HSI颜色空间以及颜色空间以及HSV颜色空间颜色空间8.2.1 RGB模型模型 颜色模型颜色模型 规定了颜色的建立、描述和观察方式。规定了颜色的建立、描述和观察方式。颜色模型都是建立在三维空间中的颜色模型都是建立在三维空间中的 与颜色空间密不可分。与颜色空间密不可分。RGB模型模型 用三维空间中的一个点来表示一种颜色,如图用三维空间中的一个点来表示一种颜色,如图8.3 每个点有三个分量,分别代表该点颜色的红、绿、蓝亮度值每个点有三个分量,分别代表该点颜
12、色的红、绿、蓝亮度值 亮度值限定在亮度值限定在0,1。图图8.3 RGB8.3 RGB模型坐标模型坐标图图8.4 8.4 图像的图像的R R、G G、B B分解分解 (a)原图像)原图像 (b)R分量分量 (c)G分量分量 (d)B分量图分量图 8.2.2 Munsell模型模型n 某个颜色可以唯一地用一个色调(某个颜色可以唯一地用一个色调(H)、色纯度)、色纯度(C)及亮暗值()及亮暗值(V)的颜色片来表示,如图)的颜色片来表示,如图8.5所所示。示。n 色调沿圆周分成色调沿圆周分成10个区域,其中个区域,其中5个是主色调,个是主色调,5个个是中间色调。是中间色调。n 分别是红、红黄、黄、黄
13、绿、绿、蓝绿、蓝、蓝紫、紫、分别是红、红黄、黄、黄绿、绿、蓝绿、蓝、蓝紫、紫、紫红。紫红。n 色纯度表示了色的浓淡,从中心向外逐渐增强。色纯度表示了色的浓淡,从中心向外逐渐增强。n 颜色的亮暗分成颜色的亮暗分成11个等级,记为个等级,记为0到到10级,其中级,其中0级级对应黑而对应黑而10级对应白。级对应白。图图8.5 Munsell8.5 Munsell彩色空间彩色空间Munsell颜色空间具有的特点颜色空间具有的特点(1)坐标之间的心理感知独立性。)坐标之间的心理感知独立性。可以独立感知各颜色分量的变化;可以独立感知各颜色分量的变化;(2)线性伸缩性。)线性伸缩性。可感知的颜色差是与颜色分
14、量的相应样值上的可感知的颜色差是与颜色分量的相应样值上的欧氏测度之间的距离成比例的。欧氏测度之间的距离成比例的。(3)该空间在感知上并不是均匀的)该空间在感知上并不是均匀的 也不能直接根据加色原理进行组合。也不能直接根据加色原理进行组合。8.2.3 HSV模型模型 HSV模型模型 由色度(由色度(H),饱和度(),饱和度(S),亮度(),亮度(V)三个分量组成)三个分量组成 与人的视觉特性比较接近。与人的视觉特性比较接近。重要性重要性 消除了亮度成分消除了亮度成分V在图像中与颜色信息的联系在图像中与颜色信息的联系 色调色调H和饱和度和饱和度S分量与人的视觉感受密切相关分量与人的视觉感受密切相关
15、。图图8.6 HSV颜色模型颜色模型120绿240蓝0红HSI红绿蓝1200240(a)HSV颜色模型颜色模型 (b)颜色轮)颜色轮 (c)柱形彩色空间)柱形彩色空间8.2.4 HSI模型模型 色调(色调(H)和饱和度()和饱和度(S)的含义与)的含义与HSV系统一致,系统一致,而强度(而强度(I)对应与颜色的亮度或灰度。)对应与颜色的亮度或灰度。HSI彩色模型如图彩色模型如图8.7(a)所示,而图所示,而图8.7(b)显示的是显示的是标准标准HSI三角形三角形三角形的顶点代表了三个归一化的彩色分量(三角形的顶点代表了三个归一化的彩色分量(R、G、B)的三角系数。)的三角系数。色调色调H定义为
16、颜色点定义为颜色点P至中心的线段与至中心的线段与R轴之间的夹角。轴之间的夹角。图图8.7 HSI8.7 HSI彩色模型彩色模型 (a)HSI彩色模型坐标系统彩色模型坐标系统 (b)HSI彩色三角形彩色三角形8.2.5 YUV模型模型 YUV颜色模型在广泛性方面仅次于颜色模型在广泛性方面仅次于RGB模型。模型。在彩色电视系统中,采用的就是在彩色电视系统中,采用的就是YUV色彩空间。色彩空间。由于人眼对于亮度的敏感程度大于对于色度的敏感程度,由于人眼对于亮度的敏感程度大于对于色度的敏感程度,所以完全可以让相邻的像素使用同一个色度值,而人眼的所以完全可以让相邻的像素使用同一个色度值,而人眼的感觉不会
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