第7章彩色圖像處理教材

數(shù)字圖像處理

第7章彩色圖像處理常熟理工學(xué)院電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院7.1彩色基礎(chǔ)7.1.1什么是彩色7.1.2我們眼中的彩色7.1.3三原色7.1.4計(jì)算機(jī)中的顏色表示7.2彩色模型7.2.1RGB模型7.2.2CMY、CMYK模型7.2.3HSI模型

Matlab實(shí)現(xiàn)RGB轉(zhuǎn)換到HSIfunctionhsi=rgb2hsi(rgb)

%hsi=rgb2hsi(rgb)把一幅RGB圖像轉(zhuǎn)換為HSI圖像，%輸入圖像是一個(gè)彩色像素的M×N×3的數(shù)組，%其中每一個(gè)彩色像素都在特定空間位置的彩色圖像中對(duì)應(yīng)紅、綠、藍(lán)三個(gè)分量。%假如所有的RGB分量是均衡的，那么HSI轉(zhuǎn)換就是未定義的。%輸入圖像可能是double（取值范圍是[0,1]），uint8或uint16。%%輸出HSI圖像是double，%其中hsi(:,:,1)是色度分量，它的范圍是除以2*pi后的[0,1]；%hsi(:,:,2)是飽和度分量，范圍是[0,1]；%hsi(:,:,3)是亮度分量，范圍是[0,1]。

%抽取圖像分量rgb=im2double(rgb);r=rgb(:,:,1);g=rgb(:,:,2);b=rgb(:,:,3);%執(zhí)行轉(zhuǎn)換方程num=0.5*((r-g)+(r-b));den=sqrt((r-g).^2+(r-b).*(g-b));theta=acos(num./(den+eps));

%防止除數(shù)為0H=theta;H(b>g)=2*pi-H(b>g);H=H/(2*pi);num=min(min(r,g),b);den=r+g+b;den(den==0)=eps;%防止除數(shù)為0S=1-3.*num./den;H(S==0)=0;I=(r+g+b)/3;%將3個(gè)分量聯(lián)合成為一個(gè)HSI圖像hsi=cat(3,H,S,I);>>figure;%調(diào)用rgb2hsi的程序段subplot(1,2,1);rgb=imread('AT3_1m4_01.tif');imshow(rgb);title('rgb');subplot(1,2,2);hsi=rgb2hsi(rgb);imshow(hsi);title('hsi');下面是一個(gè)調(diào)用rgb2hsi函數(shù)的程序段，將RGB圖像轉(zhuǎn)正HIS空間轉(zhuǎn)換效果如圖7.9所示：

(a)(b)

圖7.9RGB轉(zhuǎn)HSI效果圖(a)RGB原圖，(b)轉(zhuǎn)換后的HSI圖(以RGB格式顯示)HSI轉(zhuǎn)換到RGBMatlab實(shí)現(xiàn)

functionrgb=hsi2rgb(hsi)

%rgb=hsi2rgb(hsi)把一幅HSI圖像轉(zhuǎn)換為RGB圖像，%其中hsi(:,:,1)是色度分量，它的范圍是除以2*pi后的[0,1]；%hsi(:,:,2)是飽和度分量，范圍是[0,1]；%hsi(:,:,3)是亮度分量，范圍是[0,1]。%%輸出圖像分量：%rgb(:,:,1)為紅；%rgb(:,:,2)為綠；%rgb(:,:,3)為藍(lán)。

%抽取圖像分量hsi=im2double(hsi);H=hsi(:,:,1)*2*pi;S=hsi(:,:,2);I=hsi(:,:,3);%執(zhí)行轉(zhuǎn)換方程R=zeros(size(hsi,1),size(hsi,2));G=zeros(size(hsi,1),size(hsi,2));B=zeros(size(hsi,1),size(hsi,2));%RG扇形(0<=H<2*pi/3)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));%BG扇形(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)));B(idx)=3*I(idx)-(R(idx)+G(idx));%BR扇形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));%將3個(gè)分量聯(lián)合成為一個(gè)RGB圖像rgb=cat(3,R,G,B);rgb=max(min(rgb,1),0);轉(zhuǎn)換前后的效果如圖7.11所示：

(a)(b)

圖7.11HSI轉(zhuǎn)RGB效果圖（a）HSI原圖（以RGB格式顯示），（b）轉(zhuǎn)換后的RGB圖

7.2.4HSV模型7.2.5YUV模型RGB轉(zhuǎn)換到Y(jié)UVMatlab實(shí)現(xiàn)

functionyuv=rgb2yuv(rgb)%yuv=rgb2yuv(rgb)把一幅RGB圖像轉(zhuǎn)換為YUV圖像，%輸入圖像是一個(gè)彩色像素的M×N×3的數(shù)組，%其中每一個(gè)彩色像素都在特定空間位置的彩色圖像中對(duì)應(yīng)紅、綠、藍(lán)三個(gè)分量。%假如所有的RGB分量是均衡的，那么HSI轉(zhuǎn)換就是未定義的。%輸入圖像可能是double（取值范圍是[0,1]），uint8或uint16。%%輸出YUV圖像是uint8。rgb=im2double(rgb);r=rgb(:,:,1);g=rgb(:,:,2);b=rgb(:,:,3);%執(zhí)行轉(zhuǎn)換函數(shù)y=0.299*r+0.587*g+0.114*b;u=0.567*(b-y);v=0.713*(r-y);%防止溢出if(y<0)y=0;end;if(y>1.0)y=1.0;end;if(u<0)u=0;end;if(u>1.0)u=1.0;end;if(v<0)v=0;end;if(v>1.0)v=1.0;end;%聯(lián)合yuv，并轉(zhuǎn)成uint8類型y=y*255;u=u*255;v=v*255;yuv=cat(3,y,u,v);yuv=uint8(yuv);

轉(zhuǎn)換后的效果如圖7.16所示

(a)(b)圖7.16RGB轉(zhuǎn)YUV效果圖(a)RGB原圖，(b)轉(zhuǎn)換后YUV圖(以RGB格式顯示)YUV轉(zhuǎn)換到RGBMatlab實(shí)現(xiàn)

functionrgb=yuv2rgb(yuv)%yuv=rgb2yuv(rgb)把一幅RGB圖像轉(zhuǎn)換為YUV圖像，%輸入圖像是一個(gè)彩色像素的M×N×3的數(shù)組，%其中每一個(gè)彩色像素都在特定空間位置的彩色圖像中對(duì)應(yīng)紅、綠、藍(lán)三個(gè)分量。%假如所有的RGB分量是均衡的，那么HSI轉(zhuǎn)換就是未定義的。%輸入圖像可能是double（取值范圍是[0,1]），uint8或uint16。%%輸出YUV圖像是uint8。yuv=im2double(yuv);y=yuv(:,:,1);u=yuv(:,:,2);v=yuv(:,:,3);%執(zhí)行轉(zhuǎn)換函數(shù)r=y+1.402*v;g=y-0.344*u-0.714*v;b=y+1.772*u;%防止溢出if(r<0)r=0;end;if(r>1.0)r=1.0;end;if(g<0)g=0;end;if(g>1.0)g=1.0;end;if(b<0)b=0;end;if(b>1.0)b=1.0;end;

%聯(lián)合rgbr=r*255;g=g*255;b=b*255;rgb=cat(3,r,g,b);rgb=uint8(rgb);轉(zhuǎn)換后的結(jié)果如圖7.17所示：

(a)(b)圖7.17YUV轉(zhuǎn)RGB效果圖

(a)YUV圖(以RGB格式顯示)，(b)轉(zhuǎn)換后RGB圖

7.2.6YIQ模型7.2.7Lab模型簡(jiǎn)介7.3全彩色圖像處理基礎(chǔ)

7.3.1彩色補(bǔ)償及其Matlab實(shí)現(xiàn)Matlab實(shí)現(xiàn)%compensate.m%彩色補(bǔ)償im=double(imread('plane.bmp'));subplot(1,2,1);imshow(uint8(im));title('原始圖');[m,n,p]=size(im);[h1,k1]=min(255-im(:,:,1)+im(:,:,2)+im(:,:,3));[j1,minx]=min(h1);i1=k1(j1);%提取圖像中最接近紅色的點(diǎn)，其在im中的坐標(biāo)為i1,j1r1=im(i1,j1,1);g1=im(i1,j1,2);b1=im(i1,j1,3);R=0.30*r1+0.59*g1+0.11*b1;

[h3,k3]=min(255-im(:,:,3)+im(:,:,1)+im(:,:,2));[j3,minx]=min(h3);

i3=k3(j3);%提取圖像中最接近藍(lán)色的點(diǎn)，其在im中的坐標(biāo)為i3,j3

r3=im(i3,j3,1);g3=im(i3,j3,2);b3=im(i3,j3,3);B=0.30*r3+0.59*g3+0.11*b3;A1=[r1r2r3g1g2g3b1b2b3];A2=[R000G000B];C=A1*inv(A2);fori=1:mforj=1:nimR=im(i,j,1);imG=im(i,j,2);imB=im(i,j,3);temp=inv(C)*[imR;imG;imB];S(i,j,1)=temp(1);S(i,j,2)=temp(2);S(i,j,3)=temp(3);

endendS=uint8(S);subplot(1,2,2);imshow(S);title('補(bǔ)償后');結(jié)果如圖7.21所示：

(a)(b)

圖7.21彩色平衡效果圖(a)原始圖，(b)補(bǔ)償后7.3.2彩色平衡及其Matlab實(shí)現(xiàn)

Matlab實(shí)現(xiàn)%balance.m%彩色平衡im=double(imread('AT3_1m4_01.tif'));[m,n,p]=size(im);F1=im(1,1,:);F2=im(1,2,:);F1_(1,1,1)=F1(:,:,2);F1_(1,1,2)=F1(:,:,2);F1_(1,1,3)=F1(:,:,2);F2_(