彩色图像处理数字图像处理
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– 同时结合视觉特征来确定光的度量及吸收的单位。
• 在可见光谱段以外的景物图像也可用类似的方法。
– 可见光谱段以外所形成的图像，其处理的各个过程也 常常要变换成人眼可以观察的图像
– 例如热成像、X光照片等
光度学中的基本概念
• 1. 光通量 • 2. 发光强度 • 3. 视敏度 • 4. 亮度
– 亮度是发光面的明亮程度的度量，它决定于单位面积 的发光强度，单位为cd/m2。
等； – （3）任意两种颜色相混合产生的新颜色与采用三基色
分别合成这两种颜色的各自成份混合起来得到的结果 相等； – （4）混合色的光亮度是原来各分量光亮度的总和。
颜色向量C的计算
• CIE的R、G、B颜色表示系统。
– 选择标准红色，绿色和蓝色三种单色光作为表色系统的 三基色。
• 颜色向量C
– 红（R）、绿（G）、蓝（B）三刺激值所构成的（R， G，B）向量的和构成。
8.2.1 RGB模型
• 颜色模型
– 规定了颜色的建立、描述和观察方式。
• 颜色模型都是建立在三维空间中的
– 与颜色空间密不可分。
• RGB模型
– 用三维空间中的一个点来表示一种颜色，如图8.3 – 每个点有三个分量，分别代表该点颜色的红、绿、蓝亮度值 – 亮度值限定在[0，1]。
图8.3 RGB模型坐标
8.1 人类视觉与色度学基础
• 人类色觉的产生是一个复杂的过程。
– 除了光源对眼睛的刺激，还需要人脑对光刺激的解释。
• 人感受到的物体颜色主要取决于反射光的特性。
– 如果物体比较均衡地反射各种光谱，则看起来是白的。 – 如果物体对某些光谱反射得较多，则看起来物体就呈
现相对应的颜色。
• 色度学（colorimetry）
– 进行图像的彩色分析，建立的研究彩色计量的学科。
8.1.1 人类的基本视觉特性
• 视觉系统中存在着杆状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
分辨颜色。 – 锥状细胞大致将电磁光谱的可见部分分为三个波段：
红、绿、蓝。 – 这三种颜色被称为三基色
•
C=RR0+GG0+BB0
（8.1）
– R、G、B为C的三刺激值（tristimulus values）
– （R0，G0，B0）称为原刺激值，是单位向量。
图8.2 颜色的向量表示与光谱三刺激值
（a）颜色的向量表示
（b）光谱三刺激值
8.1.3 光度学基本知识
• 光度学
– 光学中研究光的辐射、吸收、照射、反射、散射、漫 射等度量的学科
– （2）相加混色的三基色是红、绿、蓝，而相减混色的三基色是黄、 青、品红。相加混色的补色就是相减混色的基色。
– （3）相加混色和相减混色有不同的规律。
Grassman定律
• 指出了视觉对颜色的响应取决于红、绿、 蓝三输入量的代数和。
– （1）所有颜色都可以用相互独立的三基色混合得到； – （2）假如三基色的混合比相等，则色调和饱和度也相
• （3）该空间在感知上并不是均匀的
– 也不能直接根据加色原理进行组合。
8.2.3 HSV模型
• HSV模型
– 由色度（H），饱和度（S），亮度（V）三个分量组成 – 与人的视觉源自文库性比较接近。
• 重要性
– 消除了亮度成分V在图像中与颜色信息的联系 – 色调H和饱和度S分量与人的视觉感受密切相关。
• 亮度（brightness）
– 颜色的明暗程度，从黑到白，主要受光源强弱影响。
8.1.2 三基色原理
• 由三基色混配各种颜色通常有两种方法：
– 相加混色法。
• 彩色电视机上的颜色。
– 相减混色法。
• 彩色电影、幻灯片、绘画原料
• 相加混色和相减混色的主要区别：
– （1）相加法是由发光体发出的光相加而产生的各种颜色，而相减 法是先有白色光，然后从中减去某些成份（吸收）得到各种颜色。
图8.4 图像的R、G、B分解
•
（a）原图像
（b）R分量
•
（c）G分量
（d）B分量图
8.2.2 Munsell模型
某个颜色可以唯一地用一个色调（H）、色纯度（C） 及亮暗值（V）的颜色片来表示，如图8.5所示。
色调沿圆周分成10个区域，其中5个是主色调，5个 是中间色调。
分别是红、红黄、黄、黄绿、绿、蓝绿、蓝、蓝紫、紫、 紫红。
色纯度表示了色的浓淡，从中心向外逐渐增强。 颜色的亮暗分成11个等级，记为0到10级，其中0级
对应黑而10级对应白。
图8.5 Munsell彩色空间
Munsell颜色空间具有的特点
• （1）坐标之间的心理感知独立性。
– 可以独立感知各颜色分量的变化；
• （2）线性伸缩性。
– 可感知的颜色差是与颜色分量的相应样值上的 欧氏测度之间的距离成比例的。
• 5. 照度
– 照度指照射在单位面积上的光通量，单位为勒（lx）。
8.2 颜色空间的表示及其转换
• 实际应用中常用的颜色空间有
– RGB、HSV、HSI、YUV、YIQ等。
• 常用的颜色空间可分为两类
– 面向硬设备的应用
• RGB颜色空间，如：彩色显示器、打印机等
– 面向以彩色处理为目的的应用
• HSI颜色空间以及HSV颜色空间
抖动技术、假彩色处理 彩色图像增强、真彩色增强 8.6.2 伪彩色增强
实验：彩色空间的表示和转换 本章小结
教学建议
• 本章的先修知识主要有：
– 光学、线性代数、图像的量化等。
• 要求了解彩色图像处理的基本概念和一些常用的 彩色图像处理技术。
• 用MATLAB工具对彩色图像进行处理
– 如进行颜色空间的变换等。
图8.1 人类视觉系统三类锥状细胞的光谱敏感曲线
人类视觉对颜色的主观感觉
• 颜色的三种主观感觉：色调、饱和度和亮度。 • 色调（hue）
– 从一个物体反射过来的或透过物体的光波长 – 是由颜色种类来辨别的，如红、橙、绿。
• 饱和度（saturation）
– 即色纯度，指颜色的深浅 – 例如：深红和浅红。
第８章 彩色图像处理
内容提要:
8.1 人类视觉与色度学基础
三基色原理、光度学基本知识
8.2 颜色空间的表示及其转换
RGB模型、Munsell模型、HSV模型、HSI模型、YUV模型
RGB与HSV空间的相互转换 RGB与YUV空间的相互转换 RGB与HSI空间的相互转换
8.2 颜色空间的量化
• 在可见光谱段以外的景物图像也可用类似的方法。
– 可见光谱段以外所形成的图像，其处理的各个过程也 常常要变换成人眼可以观察的图像
– 例如热成像、X光照片等
光度学中的基本概念
• 1. 光通量 • 2. 发光强度 • 3. 视敏度 • 4. 亮度
– 亮度是发光面的明亮程度的度量，它决定于单位面积 的发光强度，单位为cd/m2。
等； – （3）任意两种颜色相混合产生的新颜色与采用三基色
分别合成这两种颜色的各自成份混合起来得到的结果 相等； – （4）混合色的光亮度是原来各分量光亮度的总和。
颜色向量C的计算
• CIE的R、G、B颜色表示系统。
– 选择标准红色，绿色和蓝色三种单色光作为表色系统的 三基色。
• 颜色向量C
– 红（R）、绿（G）、蓝（B）三刺激值所构成的（R， G，B）向量的和构成。
8.2.1 RGB模型
• 颜色模型
– 规定了颜色的建立、描述和观察方式。
• 颜色模型都是建立在三维空间中的
– 与颜色空间密不可分。
• RGB模型
– 用三维空间中的一个点来表示一种颜色，如图8.3 – 每个点有三个分量，分别代表该点颜色的红、绿、蓝亮度值 – 亮度值限定在[0，1]。
图8.3 RGB模型坐标
8.1 人类视觉与色度学基础
• 人类色觉的产生是一个复杂的过程。
– 除了光源对眼睛的刺激，还需要人脑对光刺激的解释。
• 人感受到的物体颜色主要取决于反射光的特性。
– 如果物体比较均衡地反射各种光谱，则看起来是白的。 – 如果物体对某些光谱反射得较多，则看起来物体就呈
现相对应的颜色。
• 色度学（colorimetry）
– 进行图像的彩色分析，建立的研究彩色计量的学科。
8.1.1 人类的基本视觉特性
• 视觉系统中存在着杆状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
分辨颜色。 – 锥状细胞大致将电磁光谱的可见部分分为三个波段：
红、绿、蓝。 – 这三种颜色被称为三基色
•
C=RR0+GG0+BB0
（8.1）
– R、G、B为C的三刺激值（tristimulus values）
– （R0，G0，B0）称为原刺激值，是单位向量。
图8.2 颜色的向量表示与光谱三刺激值
（a）颜色的向量表示
（b）光谱三刺激值
8.1.3 光度学基本知识
• 光度学
– 光学中研究光的辐射、吸收、照射、反射、散射、漫 射等度量的学科
– （2）相加混色的三基色是红、绿、蓝，而相减混色的三基色是黄、 青、品红。相加混色的补色就是相减混色的基色。
– （3）相加混色和相减混色有不同的规律。
Grassman定律
• 指出了视觉对颜色的响应取决于红、绿、 蓝三输入量的代数和。
– （1）所有颜色都可以用相互独立的三基色混合得到； – （2）假如三基色的混合比相等，则色调和饱和度也相
• （3）该空间在感知上并不是均匀的
– 也不能直接根据加色原理进行组合。
8.2.3 HSV模型
• HSV模型
– 由色度（H），饱和度（S），亮度（V）三个分量组成 – 与人的视觉源自文库性比较接近。
• 重要性
– 消除了亮度成分V在图像中与颜色信息的联系 – 色调H和饱和度S分量与人的视觉感受密切相关。
• 亮度（brightness）
– 颜色的明暗程度，从黑到白，主要受光源强弱影响。
8.1.2 三基色原理
• 由三基色混配各种颜色通常有两种方法：
– 相加混色法。
• 彩色电视机上的颜色。
– 相减混色法。
• 彩色电影、幻灯片、绘画原料
• 相加混色和相减混色的主要区别：
– （1）相加法是由发光体发出的光相加而产生的各种颜色，而相减 法是先有白色光，然后从中减去某些成份（吸收）得到各种颜色。
图8.4 图像的R、G、B分解
•
（a）原图像
（b）R分量
•
（c）G分量
（d）B分量图
8.2.2 Munsell模型
某个颜色可以唯一地用一个色调（H）、色纯度（C） 及亮暗值（V）的颜色片来表示，如图8.5所示。
色调沿圆周分成10个区域，其中5个是主色调，5个 是中间色调。
分别是红、红黄、黄、黄绿、绿、蓝绿、蓝、蓝紫、紫、 紫红。
色纯度表示了色的浓淡，从中心向外逐渐增强。 颜色的亮暗分成11个等级，记为0到10级，其中0级
对应黑而10级对应白。
图8.5 Munsell彩色空间
Munsell颜色空间具有的特点
• （1）坐标之间的心理感知独立性。
– 可以独立感知各颜色分量的变化；
• （2）线性伸缩性。
– 可感知的颜色差是与颜色分量的相应样值上的 欧氏测度之间的距离成比例的。
• 5. 照度
– 照度指照射在单位面积上的光通量，单位为勒（lx）。
8.2 颜色空间的表示及其转换
• 实际应用中常用的颜色空间有
– RGB、HSV、HSI、YUV、YIQ等。
• 常用的颜色空间可分为两类
– 面向硬设备的应用
• RGB颜色空间，如：彩色显示器、打印机等
– 面向以彩色处理为目的的应用
• HSI颜色空间以及HSV颜色空间
抖动技术、假彩色处理 彩色图像增强、真彩色增强 8.6.2 伪彩色增强
实验：彩色空间的表示和转换 本章小结
教学建议
• 本章的先修知识主要有：
– 光学、线性代数、图像的量化等。
• 要求了解彩色图像处理的基本概念和一些常用的 彩色图像处理技术。
• 用MATLAB工具对彩色图像进行处理
– 如进行颜色空间的变换等。
图8.1 人类视觉系统三类锥状细胞的光谱敏感曲线
人类视觉对颜色的主观感觉
• 颜色的三种主观感觉：色调、饱和度和亮度。 • 色调（hue）
– 从一个物体反射过来的或透过物体的光波长 – 是由颜色种类来辨别的，如红、橙、绿。
• 饱和度（saturation）
– 即色纯度，指颜色的深浅 – 例如：深红和浅红。
第８章 彩色图像处理
内容提要:
8.1 人类视觉与色度学基础
三基色原理、光度学基本知识
8.2 颜色空间的表示及其转换
RGB模型、Munsell模型、HSV模型、HSI模型、YUV模型
RGB与HSV空间的相互转换 RGB与YUV空间的相互转换 RGB与HSI空间的相互转换
8.2 颜色空间的量化