数字图像处理第五章

Chapter 6 Color Image Processing
根据人眼的结构，所有颜色都可看作是三种基本颜色——R 表示红（Red）、 G表示绿（Green) 和B表示蓝（ Blue) 按照不同 的比例组合而成。为了建立标准，国际照度委员会 (CIE) 早在 1931年就规定三种基本色的波长分别为R：700 nm，G：546.1 nm
6.1 Color Fundamentals
1666年Newton发现棱镜的色散现象
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电磁波谱中可见光波长范围
不同色光之间过渡平滑
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绍这三个基本属性。
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表征彩色光有三个基本量
色调： 光的一种属性，可区分不同的色。 饱和度：彩色光所呈现颜色的深浅程度。 饱和度愈高颜色愈深，反之亦然。 明亮度：光作用于人眼时引起的明亮程度的 感觉。一般情况下，彩色光所包含的能量大则 显得亮，反之则暗。
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科学家&艺术家论颜色
准确地说，光线是没有颜色的。它所拥有 的只是引起这样或者那样颜色知觉的能量分 布。 Newton, Sir Isaac（1642-1727）
For a long time I limited myself to one color——as a form of discipline
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Color Imaging
民用数码相机常用
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专业数码相机常用,3CCD和棱镜分光
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仅适合于静物摄影
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红光＋绿光＝黄光 红光＋蓝光＝品红光 蓝光＋绿光＝青光 红光＋绿光＋蓝光＝白光
如果改变三原色光的混合比例，还能得到其他不同的颜色。 如：红光与绿光按不同比例混合可得绿光蓝、青、青绿。
如果蓝光、绿光和红光按不同比例混合还可以取得更多的色 光，一切色光都可以用加色合成得到。
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人眼锥状体(R,G,B)的光线吸收是波长函数,
1956年测得的吸收率波谱
100 蓝 绿 红
光吸收性%
80 60 40 20 0 4 00 4 50 5 00 5 50 6 00 波 长 / nm 6 50 7 00
图2-7 人类感光细胞的敏感曲线
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光线和颜料的原色和合成色
加 色 合 成 减 色 合 成
参考白 R=G=B=1
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加色合成
从物理光学实验中得出：红、绿、蓝三种色光是非其他色光 所能混合出来的，而这三种色光可以不同的比例混合出几乎自 然界所有的颜色。所以红、绿、蓝是加色混合最理想的原色。
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XYZ三刺激值
• CIE_RGB不能合成所有可见光谱的颜色. • 比色法
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为克服RGB的不足，CIE定义了与 设备无关的XYZ颜色空间 :
X 0.490 0.310 0.200 R Y 0.177 0.813 0.011 G Z 0.000 0.010 0.990 B CIE
• • • •
针灸 穴位与指压法 色盲矫正镜 色盲者不为人知的 优势
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色盲检查图
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色盲优势
• DISCOVERY报到色盲优势，一战还是二战时期， 英国皇家军还有一支先锋队由色盲组成的。 • 1 色盲能更容易根据，色感的明暗差来区分事物。 更容易区分事物的细节。 • 2 色觉异常的绘画，更容易让人进入一种朦胧美。 这副画让更多的人产生共鸣。就像看小说比看电 视剧更唯美一样，看小说自己好像就是某个角色 。 • 3在夜间更容易分辨事物。晚上大都是黑白世界。 敏感度高。色盲更善于发现伪装
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减色合成
根据减色合成的原理，品红、黄、青不同比例的混合，从理论 上讲可以混出一切颜色。 品红、黄、青三原色在色彩学上称第一次色，也称原色； 把两种不同的原色相混称第二色，也称中间色； 将间色与原色相混或间色与间色相混称第三次色，也称复色 。如图所示：
பைடு நூலகம்
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关于颜色
• 在古代中国，红色是幸运色，是财富的象征，可以驱病避邪。 红色代表了原始人类生命体验中的鲜血、火焰和爱。 红色容易令人产生这样的联想：强壮、精力充沛、信任和创造力。 蓝色是神奇的颜色，童话的颜色，谜一样的、梦幻的、冥想的颜色。 黄色给人十分温暖、舒服的感觉。 ---- 歌德 绿色是生命。 橙色用来象征温暖和成熟。 棕色被视为一种坚固的、诚实的、家常的颜色。 紫色是最特别的、最有魅力和神秘的颜色。 金色传递的是价值的印象。 银色的产品和银色包装的产品，被认为是质量好的，价格不菲的。 黑色现在已经成为一种流行色，它体现了三种特征：高雅、悲伤和与众不同。 白色是光的总和，是未受污染的纯洁和无罪，是绝对肯定的颜色。 灰色是介于光明和黑暗之间的颜色。灰色的日常生活没有高潮也没有低潮，灰色可 以掩盖事物，产生寂静，排挤有生气的事物。灰色与长寿和久远的过去联系在一起。 男人们尤其偏爱灰色。可能是因为灰色西装在充满着竞争的职业生活中显得不那么引 人注目，因而那些穿灰西装的人受到的进攻也会少一些。
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雪豹首次被拍到捕杀猎物全程：潜行追踪岩羊
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雪豹首次被拍到捕杀猎物全程：潜行追踪岩羊
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2． 颜色的三个属性 颜色是外界光刺激作用于人的视觉器官而产生的主观感觉
。颜色分两大类：非彩色和彩色。
非彩色是指黑色、白色和介于这两者之间深浅不同的灰色，
也称为无色系列。
彩色是指除了非彩色以外的各种颜色。 颜色有三个基本属性， 分别是色调、 饱和度和亮度。基于这 三 个 基 本 属 性 ， 提 出 了 一 种 重 要 的 颜 色 模 型 HSI （ Hue 、 Saturation、 Intensity）。在HSI颜色模型部分中， 我们将详细介
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在人眼视网膜上
• 两种人眼感光细胞： 锥状，彩色、昼视觉。
700万个细胞
杆状，灰色、夜视觉。
7500万~1.5亿个细胞
• 锥状细胞进一步分为3 种。 感蓝,感绿,感红
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1． 三色原理 在人的视觉系统中存在着杆状细胞和锥状细胞两种感光细胞 。杆状细胞为暗视器官，锥状细胞是明视器官，在照度足够高时 起作用， 并能分别辨颜色。锥状细胞将电磁光谱的可见部分分 为三个波段：红、绿、蓝。由于这个原因，这三种颜色被称为三 基色， 图2-7表示了人类视觉系统三类锥状细胞的光谱敏感曲线 。
，B： 435.8 nm。
前面已讲过，一幅彩色图像的像素值可看作是光强和波长的
函数值f(x, y, λ)，但实际使用时，将其看作是一幅普通二维图像
， 且每个像素有红、绿、蓝三个灰度值会更直观些。
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色盲
• 色盲是一种先天性色觉障碍疾 病。色觉障碍有多种类型，最 常见的是红绿色盲。根据三原 色学说，可见光谱内任何颜色 都可由红、绿、蓝三色组成。 如能辨认三原色都为正常人， 三种原色均不能辨认都称全色 盲。辨认任何一种颜色的能力 降低者称色弱，主要有红色弱 和绿色弱，还有蓝黄色弱。如 有一种原色不能辨认都称二色 视，主要为红色盲与绿色盲。
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关于彩色
• 色彩产生情绪，引发好感和反感， 色彩操纵印象，影响人们的决策， 色彩控制思想，引导个人的行为， 色彩使人致病，也可以治愈病人， 色彩无时不在，色彩也无处不在。 • 颜色有冷暖： 人们在一个漆成蓝绿色的空间里， 15°C 时就会感觉到寒冷，而在橙色房间里 只有到了 2°C 才有同样的感觉。
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关于三原色
• 可能是世界上最早的包含三基色的诗句： 日出江花 红 胜火，春来江水 绿 如 蓝 。 —— 白居易《忆江南 • 去掉带色彩的字，以下诗句将成何情形： 春风又绿江南岸 两个黄鹂鸣翠柳，一行白鹭上青天。 白日依山尽，黄河入海流。
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CIE_xy色度图
x=X/(X+Y+Z)
颜色合成
（1）加色合成
计算机屏幕显示通常用RGB表色系统，它是通过相加来 产 生 其 他颜 色 ， 这种 做 法 通常 称 为 加色 合 成 法 (Additive Color Synthesis)
（2）减色合成
绘画、摄影、印刷、印染、打印中通常用CMYK表色系 统，它是通过颜色相减来产生其他颜色的，所以称这种方 式为减色合成法(Subtractive Color Synthesis)。 CMYK模式的原色为青色(Cyan)、品红色(Magenta)、黄 色(Yellow)和黑色（Black）。
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本章大纲
• • • • • 6.1色度学基础 6.2颜色模型 6.3伪彩色图像处理 6.4全彩色图像处理 公式、补色、彩色分层、色调和彩色矫正 、直方图处理 • 6.5彩色图像平滑和锐化 • 6.6彩色分割
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减色合成
有色物体（包括色料）所以能显色，这是因为物体对光谱中色 光有选择吸收和反射的作用，所谓＂吸收＂也可以说是＂减去 ＂的意思。印染的染料、绘画的颜料印刷的油墨等色料的混合 或透明色的重叠都属于减色混合。当两种以上的色料相混和重 叠时，白光就必须减去各种色料的吸收光，其剩余部分的反射 色光混合结果就是色料混合或重叠产生的颜色。黄颜色之所以 呈黄色，是因为它吸收了蓝光，反射黄光的缘故；青颜色之所 以呈青色，是因为它吸收了红光反射青光的缘故。如把黄与青 两种颜料混合，实际上是它们同时吸收蓝光和红光，余一只有 绿光能反射，因此呈绿色。
Pablo Picasso（1881-1973）
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颜 色
现代心理学研究表明：
颜色是人类认知系统对物体表面、 光照以及视觉环境的综合反映。缺少了 其中的任何一个，都不会有颜色感觉。
"Lightness and color are field phenomena, not point phenomena." --Edwin H. Land.
色度学基础
在前面学习灰度图像时，图像的像素值是光强， 即二维空
间变量的函数f(x, y)。如果把灰度值看成是二维空间变量和光谱
变量的函数f(x, y, λ)，即多光谱图像，也就是通常所说的彩色图
像。在计算机上显示一幅彩色图像时，每一个像素的颜色是通过 三种基本颜色（即红、绿、蓝）合成的，即最常见的RGB颜色模 型。要理解颜色模型， 首先应了解人的视觉系统。