第十講彩色圖像處理

第十講彩色圖像處理第一頁，共五十頁，編輯于2023年，星期一顏色視覺彩色圖像處理的動機：1、顏色是一個強有力的描繪子，它常?？珊喕繕?biāo)物的區(qū)分及從場景中抽取目標(biāo)；2、人可以辨別幾千種顏色色調(diào)和亮度，與此相對比的是，人眼只能辨別幾十種灰度層次。彩色基礎(chǔ)

人感受到的物體顏色主要取決于反射光的特性，所以如果物體比較均衡地反射各種光譜，則物體看起來是白色的。而如果物體對某些光譜反射得較多，則物體看起來就呈現(xiàn)相對應(yīng)的顏色。第二頁，共五十頁，編輯于2023年，星期一1、基色與補色光的所有顏色都可看作是由以下三個基本顏色組合成。

基色波長補色紅（R,red）700nm青(C,cyan，綠+藍)綠（G,green）546.1nm品紅（M,magenta，紅+藍）藍（B,blue）435.8nm黃（Y,yellow，紅+綠）

按一定的比例混合3基色或者將一個補色與相對的基色混合就可以產(chǎn)生白色。

第三頁，共五十頁，編輯于2023年，星期一

基色+補色=紅+綠+藍=白

第四頁，共五十頁，編輯于2023年，星期一顏料：基色是指吸收一種光基色并讓其他2種光基色反射的顏色?；a色品紅（紅+藍）綠青（綠+藍）紅黃（紅+綠）藍以一定的比例混合顏料的3基色或者將一個補色與相對應(yīng)的基色混合就可以得到黑色。第五頁，共五十頁，編輯于2023年，星期一基色+補色=品紅+青+黃=黑第六頁，共五十頁，編輯于2023年，星期一2、顏色表示法：

（1）分量表示法：a.HSI表示法：

色調(diào)(Hue)：觀察者接收的主要顏色。如：說物體為紅色、橘黃色、黃色時，是指它的色調(diào)。

飽和度(Saturation)：顏色的純度，與所加白光成反比。如：粉紅（紅+白）和淡紫色（紫+白）是欠飽和的。

亮度(Intensity)：色彩明亮度。顏色彩色色調(diào)與飽和度一起稱為彩色，因此，顏色用亮度和彩色表征。第七頁，共五十頁，編輯于2023年，星期一b.RGB表示法：

如果形成任何特殊顏色的紅、綠、藍的量稱做三色值，并分別表示為X,Y,Z。一種顏色由三色值系數(shù)定義為：第八頁，共五十頁，編輯于2023年，星期一(2)色度圖法：確定顏色的另一種方法是用CIE色度圖。該圖以x（紅）和y（綠）表示顏色組成，對于x和y的任何值，其相應(yīng)的藍值可由公式得到（見右圖），圖中標(biāo)記為綠的點有62％的綠和25％的紅成分，由公式得到藍的成分約為13％。第九頁，共五十頁，編輯于2023年，星期一從觀察可知：色度圖中每點都對應(yīng)一種可見的顏色；色度圖邊界上的點代表純顏色；白色的等能量點C由3原色各1/3組合而成；顏色點P的色調(diào)：由CP連線與色度圖邊界交點Q決定；顏色點P的飽和度：由CP/CQ決定；三角形內(nèi)的任意顏色由三角形三頂點上的三色組合而成。第十頁，共五十頁，編輯于2023年，星期一顏色模型1、RGB模型：面向硬件的模型。面向彩色顯示器、彩色視頻攝像機。根據(jù)這個模型，每幅彩色圖包括3個獨立的基色平面。第十一頁，共五十頁，編輯于2023年，星期一functionrgbcube(vx,vy,vz)%RGBCUBEDISPLAYanRGBcubeontheMATLABdesktop.%RGBCUBE(VX,VY,VZ)displaysanRGBcolorcube,viewedfrompoint%(VX,VY,VZ).Withnoinputarguments,RGBCUBEuses(10,10,4)%asthedefaultviewingcoordinates.Toviewindividualcolor%planes,usethefollowingviewingcoordinates,wherethefirst%colorinthesequenceistheclosesttotheviewingaxis,andthe第十二頁，共五十頁，編輯于2023年，星期一%othercolorsareasseenfromthataxis,proceedingtotheright%(orabove),andthenmovingclockwise.%%-----------------------------------------------------------%COLORPLANE(vx,vy,vz)%-----------------------------------------------------------%Blue-Magenta-White-Cyan(0,0,10)%Red-Yellow-White-Magenta(10,0,0)%Green-Cyan-White-Yellow(0,10,0)%Black-Red-Magenta-Blue(0,-10,0)%Black-Blue-Cyan-Green(-10,0,0)%Black-Red-Yellow-Green(0,0,-10)%Setupparametersforfunctionpatch.第十三頁，共五十頁，編輯于2023年，星期一vertices_matrix=[000;001;010;011;100;101;110;111];faces_matrix=[1562;1375;1243;2486;3784;5687];colors=vertices_matrix;%Theorderofthecubeverticeswasselectedtobethesameas%theorderofthe(R,G,B)colors(e.g.,(0,0,0)correspondsto%black,(1,1,1)correspondstowhite,andsoon.)%GenerateRGBcubeusingfunctionpatch.patch('Vertices',vertices_matrix,'Faces',faces_matrix,...'FaceVertexCData',colors,'FaceColor','interp',...'EdgeAlpha',0)%Setupviewingpoint.第十四頁，共五十頁，編輯于2023年，星期一ifnargin==0vx=10;vy=10;vz=4;elseifnargin~=3error('Wrongnumberofinputs.')endaxisoffview([vx,vy,vz])axissquare第十五頁，共五十頁，編輯于2023年，星期一第十六頁，共五十頁，編輯于2023年，星期一在RGB彩色模型中，所表示的圖像由三個圖像分量組成，每一個分量圖像都是其原色圖像，當(dāng)送入RGB監(jiān)視器時，這三幅圖像在熒光屏上混合產(chǎn)生一幅合成的彩色圖像，其中每一幅紅、綠、藍圖像都是一幅8比特圖像，全彩色圖像常用來定義24比特的彩色圖像。在24比特RGB圖像中顏色總數(shù)是種。第十七頁，共五十頁，編輯于2023年，星期一//輸入圖像轉(zhuǎn)換為RGB分量for(i=0;i<M;i++){for(j=0;j<N;j++){temp=Image1->Canvas->Pixels[j][i];rv=temp&0x000000FF;gv=(temp&0x0000FF00)/256;bv=(temp&0x00FF0000)/256/256;image_in_r[i][j]=rv;image_in_g[i][j]=gv;image_in_b[i][j]=bv;}}第十八頁，共五十頁，編輯于2023年，星期一2、HSI模型：面向視覺感知的模型色調(diào)（H）：與混合光譜中主要光波長相聯(lián)系飽和度(S)：與色調(diào)的純度有關(guān)，純光譜色是完全飽和的，隨著白光的加入飽和度逐漸減少。亮度(I)：與物體的反射率成正比，對彩色來說，顏色種摻入白色越多就越明亮，摻入黑色越多亮度就越小。適合于彩色圖像處理算法研究。原因：I分量與圖像的彩色（色調(diào)和飽和度）信息無關(guān)；H和S分量與人感受顏色的方式緊密相連。第十九頁，共五十頁，編輯于2023年，星期一第二十頁，共五十頁，編輯于2023年，星期一3、模型間的轉(zhuǎn)換：（1）從RGB轉(zhuǎn)換到HSI:第二十一頁，共五十頁，編輯于2023年，星期一functionhsi=rgb2hsi(rgb)%RGB2HSIConvertsanRGBimagetoHSI.%HSI=RGB2HSI(RGB)convertsanRGBimagetoHSI.Theinputimage%isassumedtobeofsizeM-by-N-by-3,wherethethirddimension%accountsforthreeimageplanes:red,green,andblue,inthat%order.IfallRGBcomponentimagesareequal,theHSIconversion%isundefined.Theinputimagecanbeofclassdouble(withvalues%intherange[0,1]),uint8,oruint16.第二十二頁，共五十頁，編輯于2023年，星期一%%Theoutputimage,HSI,isofclassdouble,where:%hsi(:,:,1)=hueimagenormalizedtotherange[0,1]by%dividingallanglevaluesby2*pi.%hsi(:,:,2)=saturationimage,intherange[0,1].%hsi(:,:,3)=intensityimage,intherange[0,1].%Extracttheindividualcomponentimages.第二十三頁，共五十頁，編輯于2023年，星期一rgb=im2double(rgb);r=rgb(:,:,1);g=rgb(:,:,2);b=rgb(:,:,3);%Implementtheconversionequations.num=0.5*((r-g)+(r-b));den=sqrt((r-g).^2+(r-b).*(g-b));theta=acos(num./(den+eps));H=theta;H(b>g)=2*pi-H(b>g);%B>G時，H[1800,3600]，而2-H[1800,3600]H=H/(2*pi);第二十四頁，共五十頁，編輯于2023年，星期一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;%Combineallthreeresultsintoanhsiimage.hsi=cat(3,H,S,I);第二十五頁，共五十頁，編輯于2023年，星期一（2）從HSI轉(zhuǎn)換到RGB：a.當(dāng)H在之間時：b.當(dāng)H在之間時：第二十六頁，共五十頁，編輯于2023年，星期一c.當(dāng)H在之間時：functionrgb=hsi2rgb(hsi)%HSI2RGBConvertsanHSIimagetoRGB.%RGB=HSI2RGB(HSI)convertsanHSIimage%toRGB,whereHSI%isassumedtobeofclassdoublewith:%hsi(:,:,1)=hueimage,assumedto第二十七頁，共五十頁，編輯于2023年，星期一%beintherange%[0,1]byhavingbeendividedby2*pi.%hsi(:,:,2)=saturationimage,intherange%[0,1].%hsi(:,:,3)=intensityimage,intherange%[0,1].%%Thecomponentsoftheoutputimageare:%rgb(:,:,1)=red.%rgb(:,:,2)=green.第二十八頁，共五十頁，編輯于2023年，星期一%rgb(:,:,3)=blue.%ExtracttheindividualHSIcomponentimages.H=hsi(:,:,1)*2*pi;S=hsi(:,:,2);I=hsi(:,:,3);%Implementtheconversionequations.R=zeros(size(hsi,1),size(hsi,2));G=zeros(size(hsi,1),size(hsi,2));B=zeros(size(hsi,1),size(hsi,2));%RGsector(0<=H<2*pi/3).第二十九頁，共五十頁，編輯于2023年，星期一idx=find((0<=H)&(H<2*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));%BGsector(2*pi/3<=H<4*pi/3).idx=find((2*pi/3<=H)&(H<4*pi/3));R(idx)=I(idx).*(1-S(idx));G(idx)=I(idx).*(1+S(idx).*cos(H(idx)-2*pi/3)./...cos(pi-H(idx)));第三十頁，共五十頁，編輯于2023年，星期一B(idx)=3*I(idx)-(R(idx)+G(idx));%BRsector(4*pi/3<=H<=2*pi).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));%CombineallthreeresultsintoanRGBimage.Clipto[0,1]to第三十一頁，共五十頁，編輯于2023年，星期一%compensateforfloating-pointarithmeticroundingeffects.rgb=cat(3,R,G,B);rgb=max(min(rgb,1),0);例題：正確顯示彩色圖像的R，G，B分量。解：彩色圖像中的各分量可以用灰度圖形式表示，例如淺色表示分量值較大，而深色表示分量值較小。顯示彩色圖像R，G，B分量的源程序如下：第三十二頁，共五十頁，編輯于2023年，星期一%RGBimage.m%該程序產(chǎn)生岡薩雷斯《數(shù)字圖像處理》（第二版）P.260圖6.38f=imread('E:\chenpc\data\thry\chpt6\Fig6.38(a).jpg');fR=f(:,:,1);fG=f(:,:,2);fB=f(:,:,3);g=cat(3,fR,fG,fB);subplot(121)imshow(f,[])title('原圖')subplot(122)imshow(g,[])title('分量合成圖')第三十三頁，共五十頁，編輯于2023年，星期一figuresubplot(131)imshow(fR,[])title('紅色分量')subplot(132)imshow(fG,[])title('綠色分量')subplot(133)imshow(fB,[])title('藍色分量')本程序運行結(jié)果如下：第三十四頁，共五十頁，編輯于2023年，星期一第三十五頁，共五十頁，編輯于2023年，星期一第三十六頁，共五十頁，編輯于2023年，星期一例題：正確顯示彩色圖像H，S，I分量。解：源程序如下：%HSIimage.m%該程序產(chǎn)生岡薩雷斯《數(shù)字圖像處理》（第二版）%P.260圖6.39f=imread('E:\chenpc\data\thry\chpt6\Fig6.38(a).jpg');subplot(121)imshow(f,[])title('原圖')f=rgb2hsi(f);fH=f(:,:,1);fS=f(:,:,2);第三十七頁，共五十頁，編輯于2023年，星期一fI=f(:,:,3);g=cat(3,fH,fS,fI);g=hsi2rgb(g);%為正確顯示彩色圖像，需把HSI轉(zhuǎn)換為RGB形式subplot(122)imshow(g,[])title('分量合成圖')figuresubplot(131)imshow(fH,[])title('色調(diào)分量')第三十八頁，共五十頁，編輯于2023年，星期一subplot(132)imshow(fS,[])title('飽和度分量')subplot(133)imshow(fI,[])title('亮度分量')本程序運行結(jié)果如下：第三十九頁，共五十頁，編輯于2023年，星期一第四十頁，共五十頁，編輯于2023年，星期一第四十一頁，共五十頁，編輯于2023年，星期一例題：RGB彩色立方體圖像的HSI分量圖像。解：完成本例題的源程序：%fig6d9m.m%本程序產(chǎn)生岡薩雷斯《數(shù)字圖像處理》（MATLAB版）P.214FIGURE6.9f=imread('E:\chenpc\data\mtlb\chpt06\rgbcube.tif');subplot(221)imshow(f,[])title('原圖')第四十二頁，共五十頁，編輯于2023年，星期一hsi=rgb2hsi(f);subplot(222)imshow(hsi(:,:,1),[])title('色調(diào)分量')subplot(223)imshow(hsi(:,:,2),[])title('飽和度分量')subplot(224)imshow(hsi(:,:,3),[])title('亮度分量')第四十三頁，共五十頁，編輯于2023年，星期一第四十四頁，共五十頁，編輯于2023年，星期一彩色增強技術(shù)

人眼的視覺特性：分辨的灰度級介于十幾到二十幾級之間；彩色分辨能力可達到灰度分辨能力的百倍以上。

彩色增強技術(shù)是利用人眼的視覺特性，將灰度圖像變成彩色圖像或改變彩色圖像已有彩色的分布，改善圖像的可分辨性。彩色增強方法可分為偽彩色增強和假彩色增強兩類。偽彩色(falsecolor)增強

偽彩色增強是把黑白圖像的各個不同灰度級按照線性或非線性的映射函數(shù)變換成不同的彩