數(shù)字圖像處理第六章課件

數(shù)字圖像處理第六章課件科學(xué)家&藝術(shù)家論顏色準(zhǔn)確地說，光線是沒有顏色的。它所擁有的只是引起這樣或者那樣顏色知覺的能量分布。Newton,SirIsaac（1642-1727）ForalongtimeIlimitedmyselftoonecolor——asaformofdisciplinePabloPicasso（1881-1973）第2頁,共84頁，星期六，2024年，5月顏色現(xiàn)代心理學(xué)研究表明：顏色是人類認(rèn)知系統(tǒng)對物體表面、光照以及視覺環(huán)境的綜合反映。缺少了其中的任何一個，都不會有顏色感覺。"Lightnessandcolorarefieldphenomena,notpointphenomena."--EdwinH.Land.第3頁,共84頁，星期六，2024年，5月6.1ColorFundamentals1666年Newton發(fā)現(xiàn)棱鏡的色散現(xiàn)象第4頁,共84頁，星期六，2024年，5月電磁波譜中可見光波長范圍不同色光之間過渡平滑第5頁,共84頁，星期六，2024年，5月在人眼視網(wǎng)膜上兩種人眼感光細(xì)胞：錐狀，彩色、晝視覺。700萬個細(xì)胞桿狀，灰色、夜視覺。7500萬~1.5億個細(xì)胞錐狀細(xì)胞進(jìn)一步分為3種。 感藍(lán),感綠,感紅第6頁,共84頁，星期六，2024年，5月人眼錐狀體(R,G,B)的光線吸收是波長函數(shù),1956年測得的吸收率波譜第7頁,共84頁，星期六，2024年，5月1931年CIE定義的標(biāo)準(zhǔn)三原色波長Blue=435.8nm，Green=546.1nm,Red=700nm(與上述錐狀體吸收率的波峰有差異)第8頁,共84頁，星期六，2024年，5月ColorImaging彩色成像民用數(shù)碼相機(jī)常用第9頁,共84頁，星期六，2024年，5月專業(yè)數(shù)碼相機(jī)常用,3CCD和棱鏡分光第10頁,共84頁，星期六，2024年，5月僅適合于靜物攝影第11頁,共84頁，星期六，2024年，5月光線和顏料的原色和合成色參考白R=G=B=1加色合成減色合成第12頁,共84頁，星期六，2024年，5月XYZ三刺激值CIE_RGB不能合成所有可見光譜的顏色.比色法第13頁,共84頁，星期六，2024年，5月為克服RGB的不足，CIE定義了與設(shè)備無關(guān)的XYZ顏色空間:第14頁,共84頁，星期六，2024年，5月CIE_xy色度圖x=X/(X+Y+Z)y=Y/(X+Y+Z)z=Z/(X+Y+Z)=1-x-yx+y+z=1x,y即可決定z參考白為X=Y=Z=1x=y=1/3第15頁,共84頁，星期六，2024年，5月第16頁,共84頁，星期六，2024年，5月RGB與XYZ第17頁,共84頁，星期六，2024年，5月RGB2XYZY分量常作為從RGB圖像到灰度圖像的轉(zhuǎn)換式.第18頁,共84頁，星期六，2024年，5月任何顏色都可以由XYZ的正加權(quán)系數(shù)線性合成CIE_XYZ顏色空間的三刺激值敏感度曲線第19頁,共84頁，星期六，2024年，5月Namecolors?Definecolormixing?Defineandcomparecolorgam第20頁,共84頁，星期六，2024年，5月兩色相加時,所產(chǎn)生的新色在它們的連線上.

A=tC+(1–

t)BwhereBisaspectralcolor

比值A(chǔ)C/BCisexcitationpurityofA第21頁,共84頁，星期六，2024年，5月6.2ColorModels(ColorSpace/System)RGB是加色/色光合成CIE_RGB的參考白為R=G=B=1第22頁,共84頁，星期六，2024年，5月Fig.6.8RGB24-BitColorCube第23頁,共84頁，星期六，2024年，5月a.彩色剖面產(chǎn)生的彩色圖像b.色立體的3個隱藏面第24頁,共84頁，星期六，2024年，5月WebSafeColorRGB分量的有效值：216種安全的RGB彩色：在256色中的灰色，其中帶下劃線的屬WSC第25頁,共84頁，星期六，2024年，5月6*6*6=216色Fig6.11TheRGBsafe-colorcube顏色不準(zhǔn)確第26頁,共84頁，星期六，2024年，5月CMY&CMYKColorModels用K來代替等量的C,M,Y,稱為undercolorremove.更黑，省墨。K=min(C,M,Y);C’=C-KM’=M-KY’=Y-K第27頁,共84頁，星期六，2024年，5月第28頁,共84頁，星期六，2024年，5月第29頁,共84頁，星期六，2024年，5月HSIColorModelHue,Saturation,IntensityHSV,Volume第30頁,共84頁，星期六，2024年，5月某個Intensity平面上的Hue和Saturation：H是角度，S是矢量長度第31頁,共84頁，星期六，2024年，5月RGB2HSI:Where:H=θifB<=GH=360-θifB>GHSI2RGB,300第32頁,共84頁，星期六，2024年，5月HSI第33頁,共84頁，星期六，2024年，5月HSI第34頁,共84頁，星期六，2024年，5月

改變HIS成分及其合成圖第35頁,共84頁，星期六，2024年，5月6.3PseudocolorImageProcessing灰度分層偽彩色第36頁,共84頁，星期六，2024年，5月6.3.1灰度分層法第37頁,共84頁，星期六，2024年，5月灰度分層實例1：第38頁,共84頁，星期六，2024年，5月灰度分層實例1：焊接縫的X線圖像第39頁,共84頁，星期六，2024年，5月6.3.2變換法第40頁,共84頁，星期六，2024年，5月密度分層實例2：第41頁,共84頁，星期六，2024年，5月密度分層實例3：世界平均月降雨量南美第42頁,共84頁，星期六，2024年，5月灰階到彩色的變換實例4：偽彩色圖像處理的功能模塊圖第43頁,共84頁，星期六，2024年，5月偽彩色增強(qiáng)——灰階到彩色的變換機(jī)場X光掃描圖像：帶塑料炸彈(b)(c)圖6.24(a)第44頁,共84頁，星期六，2024年，5月利用各正弦型的相位和頻率變化，可以用彩色(分量）來增強(qiáng)不同灰度范圍圖6.25表示所用的（多對一）轉(zhuǎn)換。這些正弦形函數(shù)包含峰值附近的相對不變值的區(qū)域，以及谷底附近的變化強(qiáng)烈的區(qū)域。每個正弦形的相位和頻率變化可以用彩色(分量）來增強(qiáng)灰度的范圍。例如，如果所有3個變換有相同的相位和頻率，輸出圖像將是單色的。3個變換之間相位的小變化會使那些灰度級對應(yīng)峰值的像素產(chǎn)生很小的變化，特別是正弦形低頻時。對應(yīng)正弦形陡峭區(qū)域的像素灰度值被賦予更強(qiáng)的彩色，作為由于相位間位移引起的3個正弦形幅值間的顯著差異的效果。第45頁,共84頁，星期六，2024年，5月圖6.24(b)的圖像是用圖6.25(a)的變換函數(shù)獲得的。注意炸彈和背景具有相當(dāng)不同的灰度值，但是由于正弦波的周期性，它們都用近似的色彩編碼。圖6.24(c)的圖像是用圖6.25(b)的變換函數(shù)獲得的。這時炸彈和衣袋灰度波段用相似的變換映射，因此實際上得到相同的色彩。注意，這使得觀察者能夠看透炸彈。背景采用與圖6.24(b)基本相同的映射，產(chǎn)生幾乎相同的彩色。第46頁,共84頁，星期六，2024年，5月可以用不同相位差和頻率進(jìn)行變色觀察炸彈、衣物和背景的X線灰度值不同，而且相對固定。圖6.24(b)用：圖6.24(c)用：第47頁,共84頁，星期六，2024年，5月6.3.3不同單色圖像對應(yīng)不同彩色波段：第48頁,共84頁，星期六，2024年，5月華盛頓特區(qū)多光譜衛(wèi)片：a.b.c.d.e.f.e真彩色合成e.=a.+b.+c.f假彩色合成f.=d.+b.+c.第49頁,共84頁，星期六，2024年，5月假彩色合成飛船多通道照片：木衛(wèi)Io合適的波段與彩色組合可反映木衛(wèi)表面的化學(xué)成分和陽光反射。如下圖的紅色是活火山噴出物，黃色是舊的硫磺沉積。第50頁,共84頁，星期六，2024年，5月彩色像素：

c(x,y)=[R(x,y),G(x,y),B(x,y)]T兩種基本方法(不一定等效)：分量圖像分別處理，然后合成彩色圖像；直接對彩色像素(向量）處理。6.4BasicsofFull-ColorImageProcessing兩種基本方法等效的2條件：處理過程對標(biāo)量(分量圖像)和向量(彩色圖像)均可用；對向量各分量的運算獨立于其他分量。第51頁,共84頁，星期六，2024年，5月6.4全彩色圖像處理基礎(chǔ)一種等效的平滑模板算法…第52頁,共84頁，星期六，2024年，5月6.5ColorTransformations處理單幅圖內(nèi)各分量n是彩色模型的維數(shù)。下式說明：在某一個彩色分量上的輸出是各個彩色分量的函數(shù)。第53頁,共84頁，星期六，2024年，5月6.5ColorTransformationsCMYKRGBHSI處理單幅圖內(nèi)各分量第54頁,共84頁，星期六，2024年，5月用彩色變換調(diào)整圖像的強(qiáng)/亮度不同彩色空間需要不同的變換函數(shù)IH,S修改：第55頁,共84頁，星期六，2024年，5月理論上，任何變換可在任何彩色模型中進(jìn)行。實際上，有些運算更適合于在特定彩色模型中。 對給定的變換，到實現(xiàn)該變換的彩色空間的轉(zhuǎn)換代價必須考慮。例如，要修正亮度，g(x,y)=kf(x,y),其中0<k<1.在HSI中較簡便：s3=kr3,而s1=r1,s2=r2在RGB中：si=kri,i=1,2,3

各分量都要乘k.在CMY中：si=kri+(1-k)i=1,2,3第56頁,共84頁，星期六，2024年，5月互補(bǔ)色：類似于灰度圖中的負(fù)片在單色圖中，負(fù)片能增強(qiáng)暗部，特別是大面積的暗部。在彩色圖中也有類似效果。第57頁,共84頁，星期六，2024年，5月OpponentColor3組對立色第58頁,共84頁，星期六，2024年，5月在RGB中做反轉(zhuǎn)是一分量對一分量的，但是，在HSI中，反轉(zhuǎn)圖的S分量不能從原圖的S分量單獨獲得。c,d不同用RGB反轉(zhuǎn):用HSI反轉(zhuǎn)第59頁,共84頁，星期六，2024年，5月目的：從圖像中突出特定顏色的目標(biāo).所有的彩色分層方法要求：每個像素轉(zhuǎn)換后的色彩分量是所有原始色彩分量的函數(shù)。一種最簡單的切分彩色圖像的方法是將感興趣區(qū)之外的色彩映射到一種不突出的中性色彩上。ColorSlicing彩色分層第60頁,共84頁，星期六，2024年，5月用立體(棋盤距離）分層用球體(歐氏距離）分層在RGB彩色空間中第61頁,共84頁，星期六，2024年，5月膚色檢測實驗?zāi)康模簩W(xué)習(xí)一種彩色圖像區(qū)域切片(分割)的方法步驟：分別在RGB和HSV(或HIS)彩色空間，在測試圖像中利用手工選擇皮膚樣本，得出膚色在彩色空間中的均值和方差；

選擇不同距離（棋盤距離、歐氏距離等）度量，計算被測試圖像各像素到膚色樣本中心的距離，利用方差做閾值，確定該像素色彩是否屬于膚色。測試圖像：face.jpg結(jié)果圖像：將不在膚色空間的像素置0，僅在被測試圖像中留下膚色像素，并作為結(jié)果輸出該圖像。第62頁,共84頁，星期六，2024年，5月色調(diào)與彩色的手工校正FlatLightHighKeyDarkLowKey同時調(diào)整RGB不會影響圖像的色調(diào)Hue第63頁,共84頁，星期六，2024年，5月在CMYK中做彩色平衡，對各分量分別手工調(diào)整第64頁,共84頁，星期六，2024年，5月原圖；Photoshop的色調(diào)均化

RGB三色分別均化；Lab中L均化直方圖處理第65頁,共84頁，星期六，2024年，5月利用亮度與色度分離，僅對亮度分量I做均衡I分量被均衡原圖加飽和度，補(bǔ)償S因為I均衡后變亮影響油醋色第66頁,共84頁，星期六，2024年，5月6.6SmoothingandSharpening彩圖的平滑：Sxy是(x,y)的某鄰域，K個像素。第67頁,共84頁，星期六，2024年，5月例6.12：theR/G/BcomponentsofLINAimage第68頁,共84頁，星期六，2024年，5月例6.12(續(xù)1）：theH/S/IcomponentsofLINAimage第69頁,共84頁，星期六，2024年，5月例6.12（續(xù)2）：RGB3分量分別平滑HSI中對I平滑兩種平滑的差異第70頁,共84頁，星期六，2024年，5月RGB3分量分別銳化例6.12（續(xù)3）：HSI中對I銳化第71頁,共84頁，星期六，2024年，5月6.7ColorSegmentation例，主要用HSI中的H(c)=S(e)=

s>10%(f)=(b)*(e)，一定濃度的紫紅(b)=H,紫紅的H值高(d)=I，不用(h)=(f)>90%第72頁,共84頁，星期六，2024年，5月球形，歐氏距L2橢球，馬氏距長方體，方差為邊長，棋盤距在RGB向量空間的分割第73頁,共84頁，星期六，2024年，5月在RGB空間中彩圖分割（用選區(qū)