RGB與YUVYIQYCbCrHSICMY的模型互化基于matlab

1、學(xué)號(hào)2013-2014學(xué)年第二學(xué)期學(xué)號(hào) 圖 像 通 信 課 程 設(shè) 計(jì) 報(bào) 告設(shè)計(jì)題目：圖像的各種顏色空間轉(zhuǎn)換摘 要所謂三基色原理，是指自然界常見(jiàn)的各種顏色光都可由紅、綠、藍(lán)三種色光按照不同比例相配而成。同樣，絕大多數(shù)顏色也可以分解成紅、綠、藍(lán)三種色光。這就是色度學(xué)中的最基本的原理。彩色模型的用途是在某些標(biāo)準(zhǔn)下用通常課接受的方式簡(jiǎn)化彩色規(guī)范。常常涉及到用幾種不同的彩色空間表示圖形和圖像的顏色，以應(yīng)對(duì)不同的場(chǎng)合和應(yīng)用。因此，在數(shù)字圖像的生成、存儲(chǔ)、處理及顯示時(shí)，對(duì)應(yīng)不同的彩色空間，需要作不同的處理和轉(zhuǎn)換?，F(xiàn)在主要的彩色模型有RGB模型、CMY模型、YUV模型、YIQ模型、YcbCr模型、HSI模

2、型等。本設(shè)計(jì)主要使用MATLAB編程的方法，實(shí)現(xiàn)RGB與其余四種模型之間的互化。即使用不同的色彩模型表示同一圖形或圖像。通過(guò)轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)色彩模型的變換之后，可以讓同一幅圖像以各種模式在全球范圍內(nèi)流通，所以本設(shè)計(jì)具有一定的實(shí)際意義。一般的圖像原始都為RGB加色混合色彩模型，它與剩下的幾個(gè)色彩模型之間存在著函數(shù)對(duì)應(yīng)關(guān)系，通過(guò)矩陣運(yùn)算改變模型的參數(shù)就可以實(shí)現(xiàn)不同色彩模型之間的相互轉(zhuǎn)換。例如CMY減色混合色彩模型，就是利用青色、深紅色、黃色這三種彩色按照一定比例來(lái)產(chǎn)生想要的彩色，CMY是RGB三基色的補(bǔ)色，它與RGB存在如下關(guān)系： CMY=111-RGB，使用MATLAB編程時(shí)，讀入三個(gè)通道的數(shù)值，按照對(duì)

3、應(yīng)關(guān)系進(jìn)行矩陣變換就可以轉(zhuǎn)換成CMY色彩模型。其他色彩模型轉(zhuǎn)換原理與此相似。關(guān)鍵詞：MATLAB，RGB、YUV、YIQ、YCbCr、HSI、色彩模型一、設(shè)計(jì)任務(wù)、目的和要求任務(wù)：實(shí)現(xiàn)RGB模型、CMY模型、YUV模型、YIQ模型、YcbCr模型、HSI模型這幾種不同色彩模型之間的相互轉(zhuǎn)換要求：最終結(jié)果用圖像顯示二、總體方案設(shè)計(jì)系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境：WINDOWS 7操作系統(tǒng)編程軟件平臺(tái)：MATLAB2012b編碼算法原理：將原圖的三基色數(shù)值讀入，根據(jù)不同色彩模型之間的相互關(guān)系，通過(guò)矩陣運(yùn)算改變不同的亮度和色度等信息來(lái)實(shí)現(xiàn)色彩模型的轉(zhuǎn)換，然后將變換后的圖像導(dǎo)出流程圖：開(kāi)始獲取R、G、B三通道分量進(jìn)行矩

4、陣變換得到圖形進(jìn)行反變換得到反變換圖形將所得圖形與原始圖形比較結(jié)束三、設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)1、RGB模型和CMY模型的互化變換公式：CMY=111-RGBclc;clear;close;X=imread(1.jpg);%讀取原始圖形Image = im2double(X); %歸一化處理subplot(131),imshow(Image),title(原圖);%讀取圖像的RGB分量r = Image(:, :, 1); g = Image(:, :, 2); b = Image(:, :, 3);%進(jìn)行RGB到CMY的變換C=1-r;M=1-g;Y=1-b;CMY = cat(3, C, M, Y); s

5、ubplot(132),imshow(CMY),title(RGB轉(zhuǎn)CMY);%進(jìn)行CMY到RGB的反變換r1=1-C;g1=1-M;b1=1-Y;rgb1 = cat(3, r1, g1, b1); subplot(133),imshow(rgb1),title(CMY轉(zhuǎn)RGB);%數(shù)值分析反變換后和原圖的差別x=rgb1-Image;disp(x);2、RGB模型和YUV色彩模型的互化變換公式：YUV=RGBclear all;close all;clc;%清除內(nèi)存空間信息，以便程序運(yùn)行img=imread(1.jpg); %讀取原始圖形img=im2double(img);%將圖像映射到

6、0,1區(qū)間;m,n,dim=size(img);%獲得原圖像長(zhǎng)、寬、維數(shù)的數(shù)據(jù)subplot(131),imshow(img),title(原圖);%圖像的RGBR=img(:,:,1);G=img(:,:,2);B=img(:,:,3);%RGB2YUVY=zeros(m,n); %亮度I=zeros(m,n); %彩度V=zeros(m,n); %濃度%定義乘法矩陣matrix=0.299 0.587 0.114; -0.147 -0.298 0.436; 0.615 -0.515 -0.100; %用for循環(huán)實(shí)現(xiàn)圖像中每一個(gè)點(diǎn)的矩陣變換，即實(shí)現(xiàn)模型變換 for i=1:m for j=

7、1:n tmp=matrix*R(i,j) G(i,j) B(i,j); Y(i,j)=tmp(1); U(i,j)=tmp(2); V(i,j)=tmp(3); endend%使Y、U、V分量全部在0,255區(qū)間內(nèi)Y(Y 255) = 255;Y(Y 255) = 255;U (U 255) = 255;V (V 255) = 255;R(R 255) = 255;G(G 255) = 255;B(B 255) = 255;y(y 255) = 255;Cb(Cb 255) = 255;Cr(Cr 255) = 255;r1(r1 255) = 255;g1(g1 255) = 255;b1

8、(b1 G其中，= arccos 0.5*R-G+(R-B)R-G+(R-B)(G-B)1/2;S=1-3(R+G+B)min(R,G,B)I=1/3*(R+G+B);clear;clc;close;x=imread(1.jpg);rgb=im2double(x);r=rgb(:,:,1);g=rgb(:,:,2);b=rgb(:,:,3);%提取彩色圖像R、G、B三個(gè)色彩通道的分量。%構(gòu)建rgb到his模型的轉(zhuǎn)換公式num=0.5*(r-g)+(r-b);den=sqrt(r-g).2+(r-b).*(g-b);theta=acos(num./(den+eps);H=theta;H(bg)=

9、2*pi-H(bg);H=H/(2*pi);num=min(min(r,g),b);den=r+g+b;den(den=0)=eps;S=1-3.*num./den;H(S=0)=0;I=(r+g+b)/3;hsi=cat(3,H,S,I);%將色調(diào)H(Hue)、飽和度S(Saturation)、強(qiáng)度I(Intensity)分量合并成hsi色彩空間矩陣subplot(121),imshow(hsi),title(rgb轉(zhuǎn)hsi);%顯示結(jié)果圖像H=hsi(:,:,1)*2*pi;S=hsi(:,:,2);I=hsi(:,:,3);%得到R、G、B三個(gè)分量的初始矩陣，并賦為全0R=zeros(s

10、ize(hsi,1),size(hsi,2);G=zeros(size(hsi,1),size(hsi,2);B=zeros(size(hsi,1),size(hsi,2);%當(dāng)H分量在0到2/3pi之間時(shí)idx=find(0=H)&(H2*pi/3);B(idx)=I(idx).*(1-S(idx);R(idx)=I(idx).*(1+S(idx).*cos(H(idx)./cos(pi/3-H(idx);G(idx)=3*I(idx)-(R(idx)+B(idx);%當(dāng)H分量在2/3pi到4/3pi之間時(shí)idx=find(2*pi/3=H)&(H4*pi/3);R(idx)=I(idx).

11、*(1-S(idx);G(idx)=I(idx).*(1+S(idx).*cos(H(idx)-2*pi/3)./cos(pi-H(idx);B(idx)=3*I(idx)-(R(idx)+G(idx);%當(dāng)H分量在4/3pi到2pi之間時(shí)idx=find(4*pi/3=H)&(H=2*pi);G(idx)=I(idx).*(1-S(idx);B(idx)=I(idx).*(1+S(idx).*cos(H(idx)-4*pi/3)./cos(5*pi/3-H(idx);R(idx)=3*I(idx)-(G(idx)+B(idx);rgb1=cat(3,R,G,B);%合并矩陣得到結(jié)果subpl

12、ot(122),imshow(rgb1),title(hsi轉(zhuǎn)rgb);四、測(cè)試和調(diào)試 1、RGB模型和CMY模型的互化x=rgb1-Image;，矩陣不為全0，所以有一定誤差出現(xiàn)。2、RGB模型和YUV色彩模型的互化X矩陣為全0 3、RGB模型和YIQ色彩模型的互化X矩陣不全為0，說(shuō)明有誤差。4、RGB色彩模型和YCbCr色彩模型的互化比較自編函數(shù)和使用MATLAB底層函數(shù)的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)結(jié)果基本一致。5、RGB色彩模型和HSI色彩模型的互化得到圖形，基本符合要求五 、結(jié)論與心得結(jié)論：通過(guò)MATLAB編程最終實(shí)現(xiàn)了幾種不同色彩模型之間的轉(zhuǎn)換，取得了預(yù)期設(shè)計(jì)效果心得：在編程過(guò)程中也遇到了一些問(wèn)題，例如對(duì)于矩陣的變換和圖形的讀入以及顯示等，剛開(kāi)始都不知道如何進(jìn)行編程，在查閱了一些資料和一些別人編的類似的程序進(jìn)行參考后，明白了一些基本操作原理，通過(guò)聯(lián)系課上所學(xué)知識(shí)，將主程序的思路理清了。在不斷的調(diào)試中，又出現(xiàn)了一系列問(wèn)題，通過(guò)和隊(duì)友討論都一一解決了，感