彩色圖像增強(qiáng)

第4章 彩色圖像增強(qiáng)對(duì)彩色的視覺感知是人類視覺系統(tǒng)的固有能力彩色圖像是一種矢量圖像。彩色圖像增強(qiáng)技術(shù)可分成兩大類：將灰度圖像變換/轉(zhuǎn)化為彩色圖像以提高人們對(duì)圖像內(nèi)容的觀察效率。直接對(duì)彩色圖像進(jìn)行增強(qiáng)，同時(shí)考慮彩色矢量的所有分量，但可對(duì)不同分量區(qū)別對(duì)待。第4章 彩色圖像增強(qiáng)

4.0人的視覺特性（補(bǔ)充）

4.1 三基色與色度圖

4.2 彩色模型及轉(zhuǎn)換

4.3 偽彩色增強(qiáng)

4.4 真彩色增強(qiáng)

4.0人的視覺特性（補(bǔ)充）1.人眼的構(gòu)造與機(jī)理角膜：保護(hù)作用虹膜：保護(hù)作用瞳孔：直徑可調(diào)節(jié)，控制進(jìn)入眼內(nèi)光通量(照相機(jī)光圈作用)。晶狀體：彈性透明，改變焦距視細(xì)胞：視網(wǎng)膜上有視細(xì)胞，

桿狀細(xì)胞：明視細(xì)胞錐狀細(xì)胞：暗視細(xì)胞

4.0人的視覺特性（補(bǔ)充）

視細(xì)胞

錐狀細(xì)胞：明視細(xì)胞，在強(qiáng)光下檢測(cè)亮度和顏色桿狀細(xì)胞：暗視細(xì)胞，在弱光下檢測(cè)亮度，無色彩感覺。

每個(gè)錐狀視細(xì)胞連接著一個(gè)視神經(jīng)末梢，分辨率高，分辨細(xì)節(jié)、顏色；

多個(gè)桿狀視細(xì)胞連接著一個(gè)視神經(jīng)末梢，分辨率低，僅分辨圖像的輪廓。視感覺視感覺

4.0人的視覺特性（補(bǔ)充）

4.0人的視覺特性（補(bǔ)充）

2.人視覺特點(diǎn)：

1）人眼亮度感覺范圍

亮度對(duì)比度c=Bmax/Bmin

總范圍很寬：c=1010

數(shù)量級(jí)適應(yīng)某一環(huán)境亮度后，適當(dāng)平均亮度下：

c=102數(shù)量級(jí)很低亮度下：c=102）主觀感覺亮度與實(shí)際亮度不同，主觀感覺亮度與外界照度是對(duì)數(shù)關(guān)系。

4.0人的視覺特性（補(bǔ)充）影響主觀亮度的兩個(gè)事實(shí)：（主觀亮度與客觀亮度不完全一致）同時(shí)對(duì)比度：人眼對(duì)亮暗程度所形成的明暗感覺具有相對(duì)性。

4.0人的視覺特性（補(bǔ)充）

馬赫帶效應(yīng)第四章彩色圖增強(qiáng)

4.0人的視覺特性（補(bǔ)充）

4.1 三基色與色度圖

4.2 彩色模型及轉(zhuǎn)換

4.3 偽彩色增強(qiáng)

4.4 真彩色增強(qiáng)人類色覺的產(chǎn)生是一個(gè)復(fù)雜的過程。除了光源對(duì)眼睛的刺激，還需要人腦對(duì)光刺激的解釋。人感受到的物體顏色主要取決于反射光的特性。-如果物體比較均衡地反射各種光譜，則看起來是白的。-如果物體對(duì)某些光譜反射得較多，則看起來物體就呈現(xiàn)相對(duì)應(yīng)的顏色。

4.1 三基色與色度圖1.三基色：紅、綠、藍(lán)在光源的刺激下，人可以感受顏色，顏色可分為無彩色和有彩色。人視網(wǎng)膜中錐細(xì)胞：65%對(duì)紅光敏感，

33%對(duì)綠光敏感，

2%對(duì)藍(lán)光敏感。

CIE規(guī)定：藍(lán)光波長(zhǎng)=435.8nm，綠光波長(zhǎng)=546.1nm，紅光波長(zhǎng)=700nm4.1 三基色與色度圖所有顏色都可看作由三個(gè)基本顏色（三基色threeprimarycolors：RGB）的不同組合（相加混色）：

C

rR+gG+bB r+g+b=1

直接用RGB表示顏色，存在負(fù)的系數(shù)，導(dǎo)致該色不能物理實(shí)現(xiàn)，再現(xiàn)顏色范圍縮小。CIE定義了三種標(biāo)準(zhǔn)基色XYZ

標(biāo)準(zhǔn)基色XYZ(三個(gè)刺激量）

對(duì)白光，有X=1，Y=1，Z=1

如果每種刺激量的比例系數(shù)為x，y，z，則有C=xX+yY+zZ。比例系數(shù)x，y，z也稱為色系數(shù)4.1 三基色與色度圖4.1 三基色與色度圖三基色與三補(bǔ)色：紅的補(bǔ)色：藍(lán)綠綠的補(bǔ)色：品紅藍(lán)的補(bǔ)色：黃三基色光之和---白色色與補(bǔ)色疊加為黑色。相加混色法：由發(fā)光體發(fā)出的光相加而產(chǎn)生的各種顏色，相減混色法：先有白色光，然后從中減去某些成份（吸收）得到各種顏色。

4.1 三基色與色度圖2.色度圖人類描述彩色的三種基本特征量：

亮度：與物體的反射率成正比

色調(diào)：與光譜中光的波長(zhǎng)相聯(lián)系

飽和度：與一定色調(diào)光的純度有關(guān)色調(diào)和飽和度合起來稱為色度彩色可用亮度和色度共同表示人眼對(duì)于彩色的觀察和處理是一種生理和心理現(xiàn)象，其機(jī)理還沒有完全搞清楚，對(duì)于彩色的許多結(jié)論都是建立在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)之上的。4.1 三基色與色度圖

色度圖

橫軸紅色系數(shù)r，縱軸綠色系數(shù)g，藍(lán)色系數(shù)由x+y+z=1求得， 各點(diǎn)為光譜中各顏色的色度坐標(biāo)人眼不可見色光譜上沒有4.1 三基色與色度圖色度圖

(1)在色度圖中每點(diǎn)都對(duì)應(yīng)一種可見的顏色。反過來，任何可見的顏色都在色度圖中占據(jù)確定的位置，三角形內(nèi)、舌形外為人眼不可見顏色。

(2)在色度圖輪廓上的點(diǎn)代表純顏色，移向中心表示混合的白光增加而純度減少。

(3)在色度圖中，過C點(diǎn)直線端點(diǎn)的兩彩色互補(bǔ)。

(4)在色度圖輪廓上的各點(diǎn)具有不同的色調(diào)，連接C點(diǎn)與輪廓上點(diǎn)的連線上所有點(diǎn)具有相同的色調(diào)。

(5)在色度圖中連接任兩端點(diǎn)的直線上的各點(diǎn)表示將這兩端點(diǎn)所代表的彩色相加可組成的一種新彩色4.1 三基色與色度圖三角形包含由三頂點(diǎn)可組成的彩色

RGB是其中一個(gè)子集。不同電視機(jī)制式的三角形色域范圍不同，有不同的色彩特點(diǎn)。目前，高清電視的色域范圍最大，色彩最豐富。例4.1.1

圖中P點(diǎn)的坐標(biāo)：r=0.48g=0.4b=1-(r+g)=0.12P點(diǎn)的色調(diào)：波長(zhǎng)為590nm（橙色）

P的飽和度：CP/CQ=66%pQ4.1 三基色與色度圖pQ

4.0人的視覺特性（補(bǔ)充）

4.1 三基色與色度圖

4.2 彩色模型及轉(zhuǎn)換

4.3 偽彩色增強(qiáng)

4.4 真彩色增強(qiáng)

第4章 彩色圖像增強(qiáng)1.面向硬設(shè)備彩色模型

基于物理的模型，適合圖像輸出顯示場(chǎng)合使用1)RGB模型正方體：RGB三分量。原點(diǎn)：黑色，對(duì)角頂點(diǎn)：白色六頂點(diǎn)：三基色和三補(bǔ)色對(duì)角線：無色4.2 彩色模型及轉(zhuǎn)換黃(255,255,0)黑(0,0,0)綠(0,255,0)青(0,255,255)藍(lán)(0,0,255)品紅(255,0,255)白(255,255,255)紅(255,0,0)

4.2 彩色模型及轉(zhuǎn)換歸一化為單位立方體RGB模型缺點(diǎn)：不直觀，從RGB值不能看出具體顏色。不均勻。對(duì)硬件設(shè)備有依賴性，與設(shè)備相關(guān)。4.2 彩色模型及轉(zhuǎn)換2)CMY模型三基色光疊加產(chǎn)生光的三補(bǔ)色：

藍(lán)綠（C，綠加藍(lán)）

品紅（M，紅加藍(lán)）

黃（Y，紅加綠） 顏料的三基色正好是光的三補(bǔ)色，而顏料的三補(bǔ)色正好是光的三基色

R=1–C

G=1–M B=1–Y4.2 彩色模型及轉(zhuǎn)換3)歸一化彩色模型 用RGB的不同組合來表達(dá)彩色

該模型對(duì)觀察方向、物體幾何、照明方向和亮度的變化具有不變性。4.2 彩色模型及轉(zhuǎn)換4)彩色電視機(jī)模型

PAL使用YUV模型：

Y:亮度Y=0.229R’+0.587G’+0.114B’U:B-Y,色度分量U=-0.147R’-0.289G’+0.436B’V:R-Y色度分量V=0.615R’-0.515G’-0.100B’

NTSC用YIQ模型：

Y:亮度Y=0.229R’+0.587G’+0.114B’I:U轉(zhuǎn)33度I=0.596R’-0.275G’+0.321B’Q:V轉(zhuǎn)33度Q=0.212R’-0.523G’+0.311B’

R’G’B’:RGB經(jīng)伽馬校正R’+G’+B’=14.2 彩色模型及轉(zhuǎn)換4.面向視覺感知的彩色模型1)HSI模型

H：色調(diào)，光波長(zhǎng)相聯(lián)系

S：飽和度，與一定色調(diào)的純度有關(guān)

I：密度（亮度）與物體的反射率成正比，HSI特點(diǎn)：

1）色調(diào)+飽和度=色度，亮度I與色度分開，亮度分量與圖像的彩色信息無關(guān)。

2）色調(diào)H和飽和度S的概念互相獨(dú)立,并與人的感知一至。

角度：H

色度

0o為紅色，

120o為綠色，

240o為藍(lán)色。4.2 彩色模型及轉(zhuǎn)換HSI模型:雙三棱錐（或圓柱體）垂直方向：密度I（亮度），0-1，剖面三角形（變化）矢量長(zhǎng)度:飽和度S。軸心S=0，無色。H無定義。頂點(diǎn)，H無定義。4.2 彩色模型及轉(zhuǎn)換H=0oH=60oH=120oH=180oH=240oH=300o色度H

飽和度S

亮度I

4.2 彩色模型及轉(zhuǎn)換（a）原圖像（b）H分量（c）S分量（d）I分量4.2 彩色模型及轉(zhuǎn)換HSI模型和RGB模型的轉(zhuǎn)換：4.2 彩色模型及轉(zhuǎn)換2)HSV模型H代表色調(diào)，S代表飽和度，V代表亮度值

HSV模型的坐標(biāo)系統(tǒng)也是圓柱坐標(biāo)系統(tǒng)，但一般用六棱錐來表示

4.0人的視覺特性（補(bǔ)充）

4.1 三基色與色度圖

4.2 彩色模型及轉(zhuǎn)換

4.3 偽彩色增強(qiáng)

4.4 真彩色增強(qiáng)

第4章 彩色圖像增強(qiáng)4.3 偽彩色增強(qiáng)人的眼睛對(duì)灰度級(jí)的分辨率低（幾十種），對(duì)顏色分辨率高（幾千種不同的顏色）。偽彩色：原圖無彩色，人工賦予彩色。賦色過程是著色過程。偽彩色增強(qiáng)：對(duì)原灰度圖像中不同灰度值的區(qū)域賦予不同的彩色，以更明顯地區(qū)分它們。偽彩色增強(qiáng)從圖像處理的角度看，輸入是灰度圖像，輸出是彩色圖像

4.3 偽彩色增強(qiáng)1.亮度切割 用一個(gè)平行于圖像坐標(biāo)平面XY的平面去切割圖像亮度函數(shù) 對(duì)每一個(gè)輸入灰度值，如果它在切割灰度值lm之上就賦予某一種顏色，如果它在lm之下就賦予另一種顏色例：醫(yī)學(xué)圖像，衛(wèi)星云圖4.3 偽彩色增強(qiáng)2.從灰度到彩色的變換 對(duì)原圖中像素的灰度值用三個(gè)獨(dú)立變換來處理，將不同的灰度映射為不同的彩色.例：變換函數(shù)：變換后原始圖中灰度值偏小的像素將主要呈現(xiàn)綠色，灰度值偏大的像素主要呈現(xiàn)紅色可將三個(gè)變換結(jié)果分別送到RGB三個(gè)電子槍，顯示調(diào)制的混合圖像。4.3 偽彩色增強(qiáng)3.頻域?yàn)V波 根據(jù)圖像中各區(qū)域的不同頻率含量給區(qū)域賦予不同的顏色用低通、帶通（或帶阻）和高通濾波器濾波

反變換后分別送到RGB顯示，使邊緣和區(qū)域不同色應(yīng)用偽彩色技術(shù)早期在遙感圖像處理中得到廣泛的應(yīng)用不僅適用于航攝和遙感圖片，也可以用于X光片及云圖判讀的等方面。

4.0人的視覺特性（補(bǔ)充）

4.1 三基色與色度圖

4.2 彩色模型及轉(zhuǎn)換

4.3 偽彩色增強(qiáng)

4.4 真彩色增強(qiáng)

第4章 彩色圖像增強(qiáng)4.4 真彩色增強(qiáng)處理策略

1）將一幅彩色圖像看作三幅分量圖像的組合體，在處理過程中先對(duì)每幅圖像（按照對(duì)灰度圖像處理的方法）單獨(dú)處理，再將處理結(jié)果合成為彩色圖像

2）將一幅彩色圖像中的每個(gè)像素看作具有三個(gè)屬性值，即像素屬性現(xiàn)在為一個(gè)矢量，需利用對(duì)矢量的表達(dá)方法進(jìn)行處理，可進(jìn)行模板處理。4.4 真彩色增強(qiáng)1.彩色單分量增強(qiáng)(分別增強(qiáng))在HSI空間對(duì)單個(gè)分量進(jìn)行增強(qiáng)

(1)將R，G，B分量圖轉(zhuǎn)化為H，S，I分量圖。(2)利用對(duì)灰度圖增強(qiáng)的方法（灰度映射）增強(qiáng)其中的一個(gè)分量圖(3)再將一個(gè)增強(qiáng)了的分量圖和兩個(gè)原來的分量圖一起轉(zhuǎn)換為用R，G，B分量圖來顯示。4.4 真彩色增強(qiáng)

1、亮度增強(qiáng)

在上述增強(qiáng)的第2個(gè)步驟選用了亮度分量圖

2、飽和度增強(qiáng)

與圖像的亮度增強(qiáng)相似

3、色調(diào)增強(qiáng)

對(duì)每個(gè)像素的色調(diào)值加一個(gè)常數(shù)（角度 值），將會(huì)使每個(gè)目標(biāo)的顏色在色譜上移動(dòng)

4.4 真彩色增強(qiáng)(a）原圖像（b）亮度增強(qiáng)后的圖像（c）亮度減弱后的圖像I增強(qiáng)效果

4.4 真彩色增強(qiáng)a）原圖像b）飽和度增強(qiáng)后的圖像（c）飽和度減弱后的圖像S增強(qiáng)效果4.4 真彩色增強(qiáng)

S增強(qiáng)效果

4.4 真彩色增強(qiáng)

I增強(qiáng)效果

4.4 真彩色增強(qiáng)H增強(qiáng)效果4.4 真