《數(shù)字圖像處理教程（OPENCV版）》 課件 Ch06 彩色圖像處理

數(shù)字圖像處理教程第6章彩色圖像處理彩色圖像通常含有更多信息人眼可以辨別幾千種不同的顏色，但只能區(qū)分出幾十種灰度級不同目標色彩不同，可通過色彩簡化目標物的識別和提取彩色圖像的處理分為全彩色處理和偽彩色處理全彩色指用色彩傳感器獲取的圖像，圖像反應真實色彩偽彩色指對傳感器不同強度信號賦予不同的色彩，賦予的色彩與被拍攝物體真實色彩沒有必然關系6.1彩色圖像基礎6.1彩色圖像基礎三個基本量描述光輻射率（radiance）輻射率指光源發(fā)出的總能量，是客觀量，單位瓦特(W)，光強（luminance）指觀察者從光源感知的能量，主觀量。若一個光源有很大輻射率但人無法感知，則光強為0。亮度（brightness）亮度是一個主觀描述量，體現(xiàn)了色彩的強度6.1彩色圖像基礎

6.1彩色圖像基礎色調、飽和度和亮度用于描述色彩的屬性色調(Hue)指呈現(xiàn)出的顏色，由組成色彩的三基色中哪種波長占優(yōu)勢決定飽和度(saturation)反應了純色被白光稀釋的程度，飽和度越高色彩純度越高亮度是色彩的相對明暗程度，反映了可見光的能量強度色調與飽和度二個指標共同構成色度，色度指色彩的色調和飽和度6.1彩色圖像基礎

6.2色彩空間6.2色彩空間色彩空間又名色彩模型采用坐標系統(tǒng)描述色彩，實現(xiàn)對色彩規(guī)范的簡化每種色彩都可用坐標空間中的單個點表示不同的色彩空間面向不同應用6.2.1RGB色彩空間與CMY色彩空間RGB色彩空間幾乎包括了人類視覺所能感知的所有色彩，是目前運用最廣的色彩模型之一立方體結構紅、綠和藍分別位于立方體的3個頂點青、深紅和黃位于另外3個頂點上黑色在原點處，白色位于距離原點最遠的頂點處，灰度等級沿著黑白二點連線分布每個色彩由三基色分量組成的三維向量來表示6.2.1RGB色彩空間與CMY色彩空間RGB色彩空間主動發(fā)光設備采用RGB色彩空間RGB空間為加性色彩空間，空間中所有色彩由R、G、B加權相加得到RGB色彩空間的缺陷RGB模型與人們對色彩的心理感知不符，難以通過RGB值準確描述色彩的主觀認知RGB色彩空間非均勻，空間中二個色彩點之間的距離與感知的色彩差異不一致6.2.1RGB色彩空間與CMY色彩空間

6.2.1RGB色彩空間與CMY色彩空間CMY色彩空間CMY色彩空間用于出版印刷打印在CMY模型中加入黑色(K)做為第4種色彩，得到CMYK模型CMY/CMYK空間缺陷CMYK色彩模型能表征的色彩數(shù)量遠少于RGB色彩模型CMYK表征的色彩不如RGB色彩空間豐富飽滿圖像由RGB空間轉換為CMYK空間，部分色彩會丟失，反之則不會6.2.2HSI色彩空間與HSV色彩空間HSI色彩空間以色調H(Hue)、飽和度S(Saturation)、亮度I(Intensity)描述色彩對色彩的描述比RGB更符合視覺系統(tǒng)的主觀感知亮度決定了色彩的整體亮度，亮度分量與色調、飽和度無關6.2.2HSI色彩空間與HSV色彩空間

6.2.2HSI色彩空間與HSV色彩空間

6.2.2HSI色彩空間與HSV色彩空間

6.2.2HSI色彩空間與HSV色彩空間

6.2.2HSI色彩空間與HSV色彩空間不同色彩空間各分量圖比較

表示人眼可見色彩的最完備色彩模型感知均勻(perceptualuniform)適合用于調色和顏色校正設備無關性可做為不同設備之間色彩轉換的中間模型

6.3偽彩色圖像處理偽彩色圖像處理根據(jù)一定的準則對灰度圖賦予色彩賦予的色彩與被拍攝物體真實色彩可以沒有任何關系單通道圖像傳感器或者非可見光波段傳感器采集到的信號無色彩信息視覺系統(tǒng)僅能分辨出幾十種灰度，卻能分辨出幾千種色彩6.3.1空間域偽彩色處理

6.3.1空間域偽彩色處理灰度分層示例6.3.1空間域偽彩色處理

6.3.1空間域偽彩色處理色彩變換中三次變換相互獨立比灰度分層技術具有更高靈活性6.3.1空間域偽彩色處理

6.3.2頻域濾波偽彩色處理

6.3.2頻域濾波偽彩色處理頻域濾波得到的偽彩色與輸入圖像灰度值不是明確的一一對應關系偽彩色取決于灰度圖像的頻率6.4色彩變換

6.4.1補色變換

6.4.1補色變換補色變換示例6.4.2色彩分割用于突出圖像中具有特定色彩區(qū)域通常用于對具有某種色彩的目標進行提取，通過在色彩空間中將目標所在色彩區(qū)域映射為一個突出的色彩，同時把感興趣區(qū)域之外的其它色彩映射為不重要的中性色彩，達到根據(jù)色彩提取出目標的目的6.4.2色彩分割色彩分割示例選擇合適空間選擇合適分量確定閾值6.4.2色彩分割

6.4.3彩色圖像灰度化色彩常容易受光照等因素的影響，同一物體在不同光照條件下呈現(xiàn)出不同色彩色彩在很多圖像處理算法中難以提供關鍵信息，灰度圖像里的信息就足夠了減少需要處理的數(shù)據(jù)量，從而減少處理時間并節(jié)約存儲空間四種常用灰度化方法分量法最大值法平均法加權平均法6.4.3彩色圖像灰度化

6.4.3彩色圖像灰度化

6.4.3彩色圖像灰度化

6.4.3彩色圖像灰度化

6.4.3彩色圖像灰度化不同灰度化方法的比較藍色區(qū)域灰度化綠色區(qū)域灰度化6.4.4彩色圖像直方圖均衡增加圖像全局對比度，使得圖像亮度分布更均衡直方圖均衡不宜在RGB空間進行在亮度與色度是獨立的空間進行直方圖均衡，例如HSI、HSV保持色調不變僅對亮度進行直方圖均衡飽和度先保持不變，可以觀察亮度均衡化后得到的彩色圖像，根據(jù)結果對飽和度進行微調，使得最終色彩感覺與原圖相同6.4.4彩色圖像直方圖均衡不同色彩空間直方圖均衡對比未調整飽和度6.4.5色調與色彩校正成像過程中存在非線性處理造成色彩的不平衡最終圖像中物體色彩偏離其真實色彩色調與色彩校正通過調整RGB分量的強度得到與實際相符的成像效果二種校正分類白平衡法--將景物中的白色物體在圖像中還原為白色灰度世界法完美反射法動態(tài)閾值法最大顏色值法--景物中不存在白色點時用最大顏色值法進行校正更合適6.4.5色調與色彩校正

6.4.5色調與色彩校正

6.4.5色調與色彩校正

6.4.5色調與色彩校正最大顏色值法白平衡法要求實際景物中有白色點，當景物中不存在白色點時用最大顏色值法進行校正更合適在RGB三個分量中分別找到最強、最弱分量，對最強分量進行抑制、對最弱分量進行增強，以達到色彩平衡6.4.5色調與色彩校正

6.5彩色圖像空間濾波6.5.1彩色圖像的平滑直接對RGB圖像進行平滑分別對三個色彩分量采用灰度圖像的平滑方法將平衡后的三個分量重新組合成RGB彩色圖要求各分量平滑的方式、參數(shù)均要相同先將圖像從RGB轉至亮度/明度獨立的HSI/HSV空間，對亮度/明度分量進行平滑濾波后再轉回RGB圖像亮度/明度與色度是完全獨立的，更適合采用灰度圖像處理技術平滑時保留色調、飽和度信息不變，僅把亮度/明度分量當做一幅灰度圖像對其進行平滑處理6.5.1彩色圖像的平滑不同空間平衡比較6.5.2彩色圖像的銳化在RGB空間銳化，在RGB三個分量中分別進行，然后再將銳化后的三個分量重新組成RGB圖像。在HSI/HSV等亮度/明度與色度獨立的色彩空間中，銳化僅在亮度/明度分量上進行，保持色調、飽和度不變6.6彩色圖像邊緣檢測6.6彩色圖像邊緣檢測通常在RGB空間進行分為輸出融合法和多維梯度法二大類輸出融合法分別在R、B、B三個分量圖上計算梯度進行邊緣檢測，然后將三個結果