彩色圖像技術

彩色圖像技術第一頁，共七十頁，2022年，8月28日13.1.1彩色圖像的概念

人眼對于彩色的觀察和處理是一種生理和心理現(xiàn)象，其機理還沒有完全搞清楚，因而對于彩色的許多結論都是建立在實驗基礎之上的。對彩色圖像的處理是基于對其適當?shù)拿枋龇椒?。第二頁，共七十頁?022年，8月28日13.1.2色彩的形成與分布光學原理解釋的色彩的形成第三頁，共七十頁，2022年，8月28日如下圖所示,可視光區(qū)的波長在400nm~700nm，當光譜采樣限制到三個人類視覺系統(tǒng)敏感的紅、綠、藍光波段時，對這三個光譜帶的光能量進行采樣，就可以得到一幅彩色圖像。400nm700nm紫外光紅外光可見光區(qū)546.1nm435.8nm780nm13.1.2色彩的形成與分布第四頁，共七十頁，2022年，8月28日光的吸收率

藍紫色

紫藍色400450500550600650700nm

藍色

藍綠色

綠色

黃綠色

黃色

橙色

紅橙色

紅色藍綠紅13.1.2色彩的形成與分布第五頁，共七十頁，2022年，8月28日13.1.2色彩的形成與分布

綠

白紅

藍

黃

紫青第六頁，共七十頁，2022年，8月28日13.1.3彩色圖像的描述

顏色的描述是通過建立色彩模型來實現(xiàn)的，不同的色彩模型對應于不同的處理目的。

CIE（國際照明委員會）在進行大量的色彩測試實驗的基礎上提出了一系列的顏色模型用于對色彩進行描述。

各種不同的顏色模型之間可以通過數(shù)學方法互相轉換。第七頁，共七十頁，2022年，8月28日13.1.3.1CIEXYZ

XYZ三刺激值的概念是以色視覺的三元理論為根據(jù)的，它說明人眼具有接受三原色(紅、綠、藍)的接受器，而所有的顏色均被視作該三原色的混合色。1931年CIE制定了一種假想的標準觀察者，配色函數(shù)設為XYZ三刺激值是利用這些標準觀察者配色函數(shù)計算得來的。如圖所示，x,y表示人類的可見顏色范圍。第八頁，共七十頁，2022年，8月28日13.1.3.2CIEL*a*b*

Lab顏色空間是在1976年制定的等色空間，以克服在x，y色度圖上相等的距離并不相當于我們所覺察到的相等色差的問題。Lab的概念圖L:明亮度a:從綠色到紅色b:從藍色到黃色第九頁，共七十頁，2022年，8月28日13.1.3.2CIEL*a*b*

在比較色差時，設A為基準色，B為試料色，A’為與B相同亮度的基準色，ΔEab為色差程度，ΔEab大小決定了色差程度的大小，具體見表色差程度的鑒定ΔE*ab微量0~0.5輕微0.5~1.5能感覺到1.5~3.0明顯3.0~6.0很大6.0~12.0截然不同12.0以上第十頁，共七十頁，2022年，8月28日13.2幾種常用的表色系

除了前面所介紹的兩個CIE的具有代表性的表色系外，對應不同的研究目的，便產生了為其提供最方便的幾種彩色描述方法。第十一頁，共七十頁，2022年，8月28日13.2.1RGB色系CIE規(guī)定了以700nm(紅)、546.1nm(綠)、435.8nm(藍)三個色光為三基色。又稱為物理三基色。自然界的所有顏色都可以過選用這三基色按不同比例混合而成。第十二頁，共七十頁，2022年，8月28日R:200G:50B:120黃(255,255,0)黑(0,0,0)綠(0,255,0)青(0,255,255)藍(0,0,255)品紅(255,0,255)白(255,255,255)紅(255,0,0)13.2.1RGB色系第十三頁，共七十頁，2022年，8月28日這種彩色系統(tǒng)格式的設計反映了人類觀察彩色的方式。如：紅色又分為淺紅和深紅色等等。

13.2.2HSI色系第十四頁，共七十頁，2022年，8月28日I

表示光照強度或稱為亮度，它確定了像素的整體亮度，而不管其顏色是什么。

13.2.2HSI色系I:小大第十五頁，共七十頁，2022年，8月28日亮度(I)效果示意圖第十六頁，共七十頁，2022年，8月28日13.2.2HSI色系H：表示色度，由角度表示。反映了該顏色最接近什么樣的光譜波長。0o為紅色，120o為綠色，240o為藍色。第十七頁，共七十頁，2022年，8月28日色度（H）的效果示意圖H=0oH=60oH=120oH=180oH=240oH=300o第十八頁，共七十頁，2022年，8月28日

S：表示飽和度，飽和度參數(shù)是色環(huán)的原點到彩色點的半徑長度。在環(huán)的外圍圓周是純的或稱飽和的顏色，其飽和度值為1。在中心是中性（灰）色，即飽和度為0。13.2.2HSI色系S第十九頁，共七十頁，2022年，8月28日飽和度（S）的效果示意圖S=0S=1S=1/4S=1/2第二十頁，共七十頁，2022年，8月28日13.2.2HSI色系黑白IS思考問題：在這個圓柱體上，紅色的點順（逆）時針旋轉會變成什么樣？上下移動呢？向圓心方向移動呢？第二十一頁，共七十頁，2022年，8月28日

紅點的上下移動第二十二頁，共七十頁，2022年，8月28日

紅點的順（逆）時針轉動第二十三頁，共七十頁，2022年，8月28日

紅點向圓心方向移動第二十四頁，共七十頁，2022年，8月28日13.2.3HSI與RGB色系的相互轉換1.RGB到HSI的轉換第二十五頁，共七十頁，2022年，8月28日13.2.3HSI與RGB色系的相互轉換2.HSI到RGB的轉換1）第二十六頁，共七十頁，2022年，8月28日13.2.3HSI與RGB色系的相互轉換2）第二十七頁，共七十頁，2022年，8月28日13.2.3HSI與RGB色系的相互轉換3）注意：300~360之間為非可見光譜色，沒有定義第二十八頁，共七十頁，2022年，8月28日13.2.4YUV電視信號表色系在這種表色系統(tǒng)中

Y：亮度；U，V：色差信號目的是為了可以與黑白電視兼容。電視信號在發(fā)射時，轉換成YUV形式，接收時再還原成RGB三基色信號，由顯像管顯示。第二十九頁，共七十頁，2022年，8月28日13.2.4YUV電視信號表色系Y,U,VYYY,0,0彩色電視信號黑白電視信號黑白電視機彩色電視機第三十頁，共七十頁，2022年，8月28日13.2.4YUV電視信號表色系思考一個問題：當彩色的視頻信號傳輸給黑白電視機時，既然是三取一，可否直接選擇R或G或B信號來作為其輸入？第三十一頁，共七十頁，2022年，8月28日13.2.4YUV電視信號表色系RGB第三十二頁，共七十頁，2022年，8月28日13.2.5YUV與RGB色系的轉換1.RGB到YUV的轉換第三十三頁，共七十頁，2022年，8月28日13.2.5YUV與RGB色系的轉換2.YUV到RGB的轉換特點：這兩個色系的轉換非常簡單，所以可滿足轉換的快速性要求。第三十四頁，共七十頁，2022年，8月28日13.2.6YCbCr表色系這是常用于彩色圖像壓縮時的一種表色系。

Y:代表亮度；

Cb、Cr：代表色差。

第三十五頁，共七十頁，2022年，8月28日13.2.6YCbCr表色系與YUV表色系統(tǒng)不同的是它充分考慮了色彩組成時RGB三色的重要因素。

YUV考慮的是色系轉換的簡單；YCbCr考慮的是壓縮時可以充分取出冗余量。第三十六頁，共七十頁，2022年，8月28日13.2.7YCbCr與RGB表色系的轉換1.RGB到YCbCr的轉換第三十七頁，共七十頁，2022年，8月28日13.2.7YCbCr與RGB表色系的轉換2.YCbCr到RGB的轉換第三十八頁，共七十頁，2022年，8月28日13.3彩色圖像處理在灰度圖像處理中我們討論了灰度級的修正，圖像的平滑濾波，圖像的銳化處理等方法，在彩色圖像中仍舊需要也可以進行這些處理。處理的方法是，將同樣的操作在R,G,B三個分量上分別進行。第三十九頁，共七十頁，2022年，8月28日13.3.1彩色補償1.問題的提出：

在某些應用中，目標是分離出主要或完全是顏色不同的各種類型的物體。由于常用的彩色圖像設備具有較寬而且相互覆蓋的光譜敏感區(qū)，加上待拍攝圖像的染色是變化的，所以很難在三個分量圖中將物體分離出來。這種現(xiàn)象稱為顏色擴散。第四十頁，共七十頁，2022年，8月28日13.3.1彩色補償2.彩色補償算法1）在畫面上找到主觀視覺看是純紅、綠、藍的三個點。如果畫面上沒有，則做靶圖（包括純紅、綠、藍）進行拍攝。它們的理想值為：第四十一頁，共七十頁，2022年，8月28日13.3.1彩色補償2）計算R*,G*,B*的值

考慮到彩色補償之后圖像的亮度不變，對R*,G*,B*的計算如下：第四十二頁，共七十頁，2022年，8月28日13.3.1彩色補償3）構造變換矩陣

將所取到的三個點的GRB值分別如下所示構成彩色補償前及補償后的兩個矩陣A1和A2。第四十三頁，共七十頁，2022年，8月28日13.3.1彩色補償4）進行彩色補償

設分別為新、舊圖像的像素值，則：其中：第四十四頁，共七十頁，2022年，8月28日

13.3.1彩色補償3.彩色補償?shù)淖饔茫?/p>

可以通過不同的顏色通道提取不同的目標物。第四十五頁，共七十頁，2022年，8月28日

13.3.2彩色平衡1.問題的提出：

當一幅彩色圖像數(shù)字化后，在顯示時顏色經(jīng)常看起來有些不正常。這是因為色通道的不同敏感度、增光因子、偏移量等原因導致。稱之為三基色不平衡。將其校正的過程就是彩色平衡。第四十六頁，共七十頁，2022年，8月28日

13.3.2彩色平衡2.彩色平衡算法：1）從畫面中選出兩點顏色為灰色的點，設為：第四十七頁，共七十頁，2022年，8月28日

13.3.2彩色平衡

2)設以G分量為基準，匹配R和B分量，則：

第四十八頁，共七十頁，2022年，8月28日

13.3.2彩色平衡3)由

求出：k1和k2求出：l1和l2第四十九頁，共七十頁，2022年，8月28日

13.3.2彩色平衡4)用得到的圖像就是彩色平衡后的圖像。第五十頁，共七十頁，2022年，8月28日

13.3.2彩色平衡注意:1)隨機選出的兩個灰色點,可能不是很準確,一般對有經(jīng)驗的人來說足夠了。但是，存在問題是不能全自動地進行彩色平衡處理.2)計算時，我們是按照整個畫面以完全相同的規(guī)則來進行平衡的。所以有時會超出[0，255]的范圍。這時，需要進行規(guī)則化處理，使其值調整到[0，255]范圍內。第五十一頁，共七十頁，2022年，8月28日13.4用彩色信息進行圖像識別對灰度圖像：灰度跳變的視覺反映是邊界的存在。對彩色圖像：顏色跳變的視覺反映是邊界的存在。第五十二頁，共七十頁，2022年，8月28日13.4用彩色信息進行圖像識別本節(jié)中，我們給出一個實例對基于彩色信息的圖像識別加以討論。第五十三頁，共七十頁，2022年，8月28日13.4用彩色信息進行圖像識別的NNF第五十四頁，共七十頁，2022年，8月28日13.4用彩色信息進行圖像識別的NNF第五十五頁，共七十頁，2022年，8月28日13.4用彩色信息進行圖