9-第九章-彩色与多光谱图像处理 《数字图像处理》研究生课程
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480
560
570
黄
580
T S
C
等能量点 紫
590
600 610 620
红 640
780
470 460
450
蓝
源自文库
380nm
0.2
0.4
0.6
0.8
红
x
1
9.2 彩色模型
目前常用的彩色模型可分成两类： （1）面向诸如彩色监视器、彩色视频摄像机和彩色
打印机的硬件设备。面向硬件设备的彩色模型主要有RGB 模型、CMY（青、品红、黄）模型和CMYK（青、品红、黄、 黑）模型。RGB模型主要用于彩色监视器和彩色视频摄像 机； CMYK主要用于彩色打印机。
9.2.2 HSI彩色模型
绿。 青。
。黄 P
S
H
·
。红
蓝
。 品红
图9.6 HSI彩色模型中的色调和饱和度
9.2.2 HSI彩色模型
HSI色系 —— 饱和度(S)效果示意图
S=0
S=1/4
S=1/2
S=1
9.2.2 HSI彩色模型
白 I=1
青 I=0.5
绿
黄
H
红
I
S
蓝
品红
I=0
黑
图9.5 基于圆形彩色平面的HSI彩色模型
白色 – 红色 = 青色 白色 – 绿色 = 品红色 白色 – 蓝色 = 黄色 白色 – 绿色 – 红色 – 蓝色 = 黑色
（9.3 a） （9.3 b） （9.3 c） （9.3 d）
9.1.1 三基色原理
◆对不同颜料配色过程的理解：
品红色颜料+黄色颜料=红色颜料=>白色–绿色–蓝色 青色颜料+黄色颜料=绿色颜料 => 白色–红色–蓝色 品红色颜料+青色颜料=蓝色颜料=>白色–绿色–红色 品红色颜料+青色颜料+黄色颜料=黑色颜料
(9.4a) (9.4b) (9.4c)
=>白色–绿色–红色–蓝色 (9.4d)
9.1.1 三基色原理
2. 相减混色
品红 蓝
青
黑
红
绿
黄
图9.2 相减混色的三基色及其补色的关系
9.1.2 CIE色度图
1、相关概念 ◆对于无彩色（消色）图像来说，亮度（也即灰
度）是唯一的属性。 ◆对于有彩色图像来说，通常用亮度、色调及饱
红(255,0,0)
黑(0,0,0)
绿(0,255,0)
黄(255,255,0)
9.2.1 RGB彩色模型
品红
(1,0,0) R红
B
(0,0,1)
蓝
青
白
黑
灰度级
(0,1,0)
G
绿
黄
图9.4 RGB彩色立方体示意图
9.2.1 HSI彩色模型
HSI（hue-saturation-intensity）彩色模型比 较适合于人用色调（H）、饱和度（S）和亮度（I） 描述被观察物体颜色的解释，对于开发基于彩色描述 的图像处理方法是一个理想的工具。
9.2.1 HSI彩色模型
HSI色系 —— 亮度分量I
I 表示光照强度或称为亮度，它确定了像 素的整体亮度，而不管其颜色是什么。
I: 小
大
9.2.1 HSI彩色模型
HSI色系 —— 亮度(I)效果示意图
9.2.1 HSI彩色模型
HSI色系 —— 色度分量H
H：表示色度，由角度表示。反映了该颜色 最接近什么样的光谱波长。0o为红色，120o 为绿色，240o为蓝色。
CxX yY zZ
（9.5）
且 x X X Y Z
y Y X Y Z
z Z X Y Z
（9.6-8）
显然有： xyz1
（9.9）
9.1.1 三基色原理
1 y绿
图9.3 CIE色度图
520nm
0.8 510
530 540
绿
550
空间能量位置 （波长，以nm为单位）
0.6 500 Q
0.4
490 0.2
图9.1 相加混色的三基色及其补色的亮度比例
9.1.1 三基色原理
2. 相加混色
相加灰色中涉及到灰色比例问题：
R:200 G:50 B:120
9.1.1 三基色原理
2. 相减混色
利用颜料和染料等的吸色性质可以实现相减混色。
◆相减混色就是从白光中虑去某种颜色而得到另一种颜色。
◆ 相减混色的基色为青、品红色、黄。
9.2.2 HSI彩色模型
HSI色系 —— 色度(H)效果示意图
H=0º
H=60º
H=120º
H=180º
H=240º
H=300º
9.2.2 HSI彩色模型
HSI色系 —— 饱和度分量S
S：表示饱和度，饱和度参数是色环的原点 到彩色点的半径长度。
在环的外围圆周是纯的或称饱和的颜色，其 饱和度值为1。在中心是中性（灰）色，即 饱和度为0。
和度表示颜色的特性。
9.1.2 CIE色度图
◆在彩色图像中： 亮度反映了该颜色的明亮程度。颜色中掺入的白色越 多亮度就越大，掺入的黑色越多亮度就越小。 色调用于描述纯色（如纯黄色、纯红色），反映了观 察者接收到的主要颜色。 饱和度给出一种纯色被白光稀释的程度的度量，与加 入到纯色（色调）中的白光成正比（由于加入了白光，观 察者接收到的不再是某种纯色，而是反应该纯色属性的混 合颜色）。
9.1.2 CIE色度图
◆纯色（可见光谱中包含的一系列单色光）是全饱和 的，随着白光的加入饱和度会逐渐降低，也即变成欠饱和。
◆色调与饱和度两者合起来称为色度，颜色用亮度和 色度共同表示。
9.1.2 CIE色度图
2、CIE色度图
设X、Y和Z分别表示形成某种特殊颜色时需要的红、 绿、蓝三基色的量值；x、y和z分别表示形成某种特殊颜 色C时红、绿、蓝三基色所占的比例系数，则有：
（2）面向诸如彩色动画图形创作等的彩色处理应用。 面向彩色处理应用的模型主要是HSI模型（huesaturation-intensity，即色调、亮度和饱和度）。
9.2.1 RGB彩色模型
RGB色系：
品红(255,0,255)
蓝(0,0,255)
青(0,255,255)
白(255,255,255)
《数字图像处理》研究生课程
第九章 彩色与多光谱图像处理
李俊山 主讲 第二炮兵工程学院
9.1.1 三基色原理
2. 相加混色
一般把三基色按不同比例相加进行的混色称为相加混
色。
红色 + 蓝色 = 品红色 所以，一般把青（色9、.1 a）
红色 + 绿色 = 黄色 品红色和黄色称为（红9.、1 b）
绿色 + 蓝色 = 青色 绿、篮三色的补（色9。.1 c）
红色 + 绿色 + 蓝色 = 白色
（9.1 d）
红色 + 青色 = 白色 绿色 + 品红色 = 白色 蓝色 + 黄色 = 白色
（9.2 a） （9.2 b） （9.2 c）
9.1.1 三基色原理
2. 相加混色
红黄绿 30% 89% 59%
白
品红 100% 青
41%
70%
蓝 11%
绿
黄白 青
红紫 蓝
560
570
黄
580
T S
C
等能量点 紫
590
600 610 620
红 640
780
470 460
450
蓝
源自文库
380nm
0.2
0.4
0.6
0.8
红
x
1
9.2 彩色模型
目前常用的彩色模型可分成两类： （1）面向诸如彩色监视器、彩色视频摄像机和彩色
打印机的硬件设备。面向硬件设备的彩色模型主要有RGB 模型、CMY（青、品红、黄）模型和CMYK（青、品红、黄、 黑）模型。RGB模型主要用于彩色监视器和彩色视频摄像 机； CMYK主要用于彩色打印机。
9.2.2 HSI彩色模型
绿。 青。
。黄 P
S
H
·
。红
蓝
。 品红
图9.6 HSI彩色模型中的色调和饱和度
9.2.2 HSI彩色模型
HSI色系 —— 饱和度(S)效果示意图
S=0
S=1/4
S=1/2
S=1
9.2.2 HSI彩色模型
白 I=1
青 I=0.5
绿
黄
H
红
I
S
蓝
品红
I=0
黑
图9.5 基于圆形彩色平面的HSI彩色模型
白色 – 红色 = 青色 白色 – 绿色 = 品红色 白色 – 蓝色 = 黄色 白色 – 绿色 – 红色 – 蓝色 = 黑色
（9.3 a） （9.3 b） （9.3 c） （9.3 d）
9.1.1 三基色原理
◆对不同颜料配色过程的理解：
品红色颜料+黄色颜料=红色颜料=>白色–绿色–蓝色 青色颜料+黄色颜料=绿色颜料 => 白色–红色–蓝色 品红色颜料+青色颜料=蓝色颜料=>白色–绿色–红色 品红色颜料+青色颜料+黄色颜料=黑色颜料
(9.4a) (9.4b) (9.4c)
=>白色–绿色–红色–蓝色 (9.4d)
9.1.1 三基色原理
2. 相减混色
品红 蓝
青
黑
红
绿
黄
图9.2 相减混色的三基色及其补色的关系
9.1.2 CIE色度图
1、相关概念 ◆对于无彩色（消色）图像来说，亮度（也即灰
度）是唯一的属性。 ◆对于有彩色图像来说，通常用亮度、色调及饱
红(255,0,0)
黑(0,0,0)
绿(0,255,0)
黄(255,255,0)
9.2.1 RGB彩色模型
品红
(1,0,0) R红
B
(0,0,1)
蓝
青
白
黑
灰度级
(0,1,0)
G
绿
黄
图9.4 RGB彩色立方体示意图
9.2.1 HSI彩色模型
HSI（hue-saturation-intensity）彩色模型比 较适合于人用色调（H）、饱和度（S）和亮度（I） 描述被观察物体颜色的解释，对于开发基于彩色描述 的图像处理方法是一个理想的工具。
9.2.1 HSI彩色模型
HSI色系 —— 亮度分量I
I 表示光照强度或称为亮度，它确定了像 素的整体亮度，而不管其颜色是什么。
I: 小
大
9.2.1 HSI彩色模型
HSI色系 —— 亮度(I)效果示意图
9.2.1 HSI彩色模型
HSI色系 —— 色度分量H
H：表示色度，由角度表示。反映了该颜色 最接近什么样的光谱波长。0o为红色，120o 为绿色，240o为蓝色。
CxX yY zZ
（9.5）
且 x X X Y Z
y Y X Y Z
z Z X Y Z
（9.6-8）
显然有： xyz1
（9.9）
9.1.1 三基色原理
1 y绿
图9.3 CIE色度图
520nm
0.8 510
530 540
绿
550
空间能量位置 （波长，以nm为单位）
0.6 500 Q
0.4
490 0.2
图9.1 相加混色的三基色及其补色的亮度比例
9.1.1 三基色原理
2. 相加混色
相加灰色中涉及到灰色比例问题：
R:200 G:50 B:120
9.1.1 三基色原理
2. 相减混色
利用颜料和染料等的吸色性质可以实现相减混色。
◆相减混色就是从白光中虑去某种颜色而得到另一种颜色。
◆ 相减混色的基色为青、品红色、黄。
9.2.2 HSI彩色模型
HSI色系 —— 色度(H)效果示意图
H=0º
H=60º
H=120º
H=180º
H=240º
H=300º
9.2.2 HSI彩色模型
HSI色系 —— 饱和度分量S
S：表示饱和度，饱和度参数是色环的原点 到彩色点的半径长度。
在环的外围圆周是纯的或称饱和的颜色，其 饱和度值为1。在中心是中性（灰）色，即 饱和度为0。
和度表示颜色的特性。
9.1.2 CIE色度图
◆在彩色图像中： 亮度反映了该颜色的明亮程度。颜色中掺入的白色越 多亮度就越大，掺入的黑色越多亮度就越小。 色调用于描述纯色（如纯黄色、纯红色），反映了观 察者接收到的主要颜色。 饱和度给出一种纯色被白光稀释的程度的度量，与加 入到纯色（色调）中的白光成正比（由于加入了白光，观 察者接收到的不再是某种纯色，而是反应该纯色属性的混 合颜色）。
9.1.2 CIE色度图
◆纯色（可见光谱中包含的一系列单色光）是全饱和 的，随着白光的加入饱和度会逐渐降低，也即变成欠饱和。
◆色调与饱和度两者合起来称为色度，颜色用亮度和 色度共同表示。
9.1.2 CIE色度图
2、CIE色度图
设X、Y和Z分别表示形成某种特殊颜色时需要的红、 绿、蓝三基色的量值；x、y和z分别表示形成某种特殊颜 色C时红、绿、蓝三基色所占的比例系数，则有：
（2）面向诸如彩色动画图形创作等的彩色处理应用。 面向彩色处理应用的模型主要是HSI模型（huesaturation-intensity，即色调、亮度和饱和度）。
9.2.1 RGB彩色模型
RGB色系：
品红(255,0,255)
蓝(0,0,255)
青(0,255,255)
白(255,255,255)
《数字图像处理》研究生课程
第九章 彩色与多光谱图像处理
李俊山 主讲 第二炮兵工程学院
9.1.1 三基色原理
2. 相加混色
一般把三基色按不同比例相加进行的混色称为相加混
色。
红色 + 蓝色 = 品红色 所以，一般把青（色9、.1 a）
红色 + 绿色 = 黄色 品红色和黄色称为（红9.、1 b）
绿色 + 蓝色 = 青色 绿、篮三色的补（色9。.1 c）
红色 + 绿色 + 蓝色 = 白色
（9.1 d）
红色 + 青色 = 白色 绿色 + 品红色 = 白色 蓝色 + 黄色 = 白色
（9.2 a） （9.2 b） （9.2 c）
9.1.1 三基色原理
2. 相加混色
红黄绿 30% 89% 59%
白
品红 100% 青
41%
70%
蓝 11%
绿
黄白 青
红紫 蓝