彩色图像——RGB色系、HSI色系、YUV、YCbCr

R* 0.30 R1 0.59 G1 0.11 B1 G* 0.30 R2 0.59 G2 0.11 B2
B* 0.30 R3 0.59 G3 0.11 B3
一、彩色补偿
3）构造变换矩阵 将所取到的三个点的GRB值分别如下所示构成彩色补 偿前及补偿后的两个矩阵A1和A2。
F1 ( R1 , G1 , B1 )
F2 ( R2 , G2 , B2 )
二、彩色平衡
2) 设以G分量为基准，匹配R和B分量，则：
F1 ( R1 , G1 , B1 )
F2 ( R2 , G2 , B2 )
F (G1 , G1 , G1 )
* 1
F2 (G2 , G2 , G2 )
R1 A1 G1 B1
R2 G2 B2
R3 G3 B3
R* A2 0 0
0 G* 0
0 0 B*
一、 彩色补偿
4）进行彩色补偿 设
Rs ( x , y ) S ( x, y ) Gs ( x, y ) Bs ( x , y )
二、HSI 色系
2. HSI到RGB的转换
1） 当0 H 120 时
S cos(H ) R [1 ] cos(60 H ) B I3 (1 S )
I 3
G 3I R B
二、HSI 色系
2. HSI到RGB的转换 2） 当120 H 240 时
7.1 几种常用的表色系统
前面我们已经提到，当在三基 色光波段的光谱采样时，可以形成 彩色图像。但是为了不同的研究目 的，便产生了为其提供最方便的几 种彩色描述方法。
一、RGB色系
国际照明委员会（CIE） 规定以 700nm(红)、546.1nm (绿)、435.8nm (蓝)三个色光为三基色。又称为物理 三基色。自然界的所有颜色都可以通 过选用这三基色按不同比例混合而成。
G
I 3
(1 S )
R 3I G B
三、YUV电视信号表色系
在这种表色系统中 Y：亮度；U，V：色差信号。 目的是为了可以与黑白电视兼容。 电视信号在发射时，转换成YUV形式，接 受时再还原成RGB三基色信号，由显像管 显示。
三、YUV电视信号表色系
1. RGB到YUV的转换
Y 0.299 R 0.587G 0.114 B
U B Y
V R Y
三、YUV电视信号表色系
2、 YUV到RGB的转换
R Y V
G Y 0.192U 0.509V B Y U
四、YCbCr色系
这是常用于彩色图像压缩时的一种表 色系统。 Y: 代表亮度； Cb、Cr：代表色差。
四、YCbCr色系
与YUV表色系统不同的是它充分 考虑了色彩组成时RGB三色的重要因 素。 YUV考虑的是简单，YCbCr考虑 的是压缩时可以充分取出冗余量。
1. RGB到HSI的转换：
I
1 3
( R G B)
3 min( R ,G , B ) R G B
S 1
1 GB 1 2 [( R G ) ( R B)] cos H 2 ( R G) ( R B)(G B) GB 2
得到的图像就是彩色平衡后的图像。
7.3 用彩色信息进行图像识别
对灰度图像： 灰度跳变的视觉反 映是边界的存在。 对彩色图像： 颜色跳变的视觉反 映是边界的存在。
7.3 用彩色信息进行图像识别
本节中，我们 给出一个实例对 基于Байду номын сангаас色信息的 图像识别加以讨 论。
7.3 用彩色信息进行图像识别
p1 ( R1 , G1 , B1 ) p2 ( R2 , G2 , B2 )
p3 ( R3 , G3 , B3 )
它们的理想值为：
p ( R* ,0,0)
* 1
p2 (0, G ,0)
* *
p (0,0, B* )
* 3
一、 彩色补偿
2）计算R*,G*,B*的值 考虑到彩色补偿之后图像的亮度不变，对 R*,G*,B*的计算如下：
二、 HSI色系
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。
二、 HSI色系
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（既彩虹中的那种颜色）0o 为红色，120o为绿色，240o为蓝色。0 o到240o 覆盖了所有可见光谱的颜色，240o到300o是人 眼可见的非光谱色（紫色）。
S cos(H 120 ) G I3 [1 ] cos( 180 H )
R
I 3
(1 S )
B 3I R G
二、HSI 色系
2. HSI到RGB的转换 当240 H 300 时 3）
S cos(H 240 ) B I3 [1 ] cos(300 H )
二、HSI色系
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）影调，即饱和度为0。
二、HSI色系
白
S
黑
I
思考问题：在这个圆柱体上，红色的点顺（逆）时 针旋转会变成什么样？上下移动呢？向圆心方向移 动呢？
二、HSI 色系
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彩色图像灰度级校正处理示例
彩色图像灰度级校正处理示例
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一、RGB色系
蓝(0,0,255)
品红(255,0,255)
青(0,255,255)
白(255,255,255)
黑(0,0,0) 红(255,0,0)
绿(0,255,0)
黄(255,255,0)
R:200 G:50 B:120
二、 HSI色系
这种彩色系统格式的设计反映了人 类观察彩色的方式。如：红色又分为浅 红和深红色等等。
一、彩色补偿
1. 问题的提出： 在某些应用中，目标是分离出主要或 完全是颜色不同的各种类型的物体。 由于常用的彩色图像设备具有较宽而 且相互覆盖的光谱敏感区，加上待拍摄图 像的染色是变化的，所以很难在三个分量 图中将物体分离出来。这种现象称为颜色 扩散。
一、彩色补偿
2. 彩色补偿算法
1） 在画面上找到主观视觉看是纯红、绿、蓝的三个点。 （如果可以根据硬件知道频段的覆盖则无须这样做）。
四、YCbCr色系
1. RGB到YCbCr的转换
Y 0.299 R 0.587G 0.114 B
Cb 2(1 0.114 )( B Y )
Cr 2(1 0.299 )( R Y )
四、YCbCr色系
2. YCbCr到RGB的转换
kr
1 2 (1 0.299)
RF ( x , y ) F ( x, y ) G F ( x, y ) BF ( x , y )

分别为新、旧图像的像素值，则：
S ( x, y ) C 1 * F ( x, y )
其中：
C A1 * A2
1
一、 彩色补偿
3. 彩色补偿的作用：
84 100 1
的NNF
7.3 用彩色信息进行图像识别
4 6 1
的NNF
7.3 用彩色信息进行图像识别
两种算法的效果比较
作 业 (共1题)
1. 假设你数字化一个测试目标，它有4个由黑到白亮度 等间隔的灰度条。4个条的平均HSI值[H,S,I]为: [0, 0.25, 23], [101,0.16,144], [199,0.192,300], [300,0.083,416]。 在HIS空间上画出这4个点，这4个条分别表现为什么 颜色？这个数字化仪是否彩色平衡？如果没有，请问 哪个颜色通道最敏感？哪个颜色通道最不敏感？
第七章
彩色图像
一、彩色的描述原理： 可视光区的波长在400nm~700nm，当光 谱采样限制到三个人类视觉系统敏感的红、 绿、蓝光波段时，对这三个光谱带的光能量 进行采样，就可以得到一幅彩色图像。
紫外光
400nm 435.8nm 546.1nm
红外光
可见光区
700nm 780nm
第七章
彩色图像
二、感兴趣的范围： 红外区、可见光区一直到紫外光区。 三、多光谱图像： 光谱采样不限于三个波段，即为多光谱图 像。其研究课题最多的是在遥感领域。
kb
1 2 (1 0.114)
R Y k r Cr
B Y kb Cb
G Y 0.299 / 0.587 * kr Cr 0.114 / 0.587 * kbCb
7.2 彩色图像处理

在灰度图像处理中我们讨论了灰度级 的修正，图像的平滑滤波，图像的锐 化处理等方法，在彩色图像中仍旧需 要也可以进行这些处理。
可以通过不同的颜色通道提取不同的目标物。
二、 彩色平衡
1. 问题的提出：
当一幅彩色图像数字化后，在显示时颜色 经常看起来有些不正常。这是因为色通道 的不同敏感度、增光因子、偏移量等原因 导致。称之为三基色不平衡。将其校正的 过程就是彩色平衡。
二、彩色平衡
2. 彩色平衡算法：
1）从画面中选出两点颜色为灰色的点，设为：
*
三、彩色平衡
3) 由
R k1* R1 k 2
* 1
求出：k1和k2
R2 k1* R2 k 2
*
B l1* B1 l 2
* 1
求出：l1和l2
B2 l1* B2 l 2
*
二、彩色平衡
4) 用
R( x, y )* k1* R( x, y) k 2 B( x, y)* l1* B( x, y) l 2 G( x, y)* G( x, y)
基于色差压缩的效果图
原图
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基于YCrCb 压缩图
基于YUV 压缩图
彩色补偿效果图
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彩色补偿的作用示意图
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彩色平衡效果图
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饱和度效果示意图
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色度效果示意图
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亮度效果示意图
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红点顺时针移动的效果
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红点逆时针移动的效果
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红点上、下移动的效果
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红点向圆心方向移动的效果