一种有选择的图像灰度化方法

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— 一种有选择的图像灰度化方法

周金和，彭福堂

(北京信息工程学院信息与通信工程系，北京100101)

摘 要：提出了一种对彩色图像进行有选择灰度化的方法，并采用Matlab 实现了该算法。该方法可以将选中的任意颜色灰度化为黑色，而与该颜色距离越远的颜色，其灰度值越高。利用该方法可以较好地提取出彩色图像中不同颜色所反映的信息，便于基于颜色的图像信息传输和处理。

关键词：灰度化；有选择；颜色信息

A Method of Selective Image Graying

ZHOU Jinhe, PENG Futang

(Department of Information and Communication, Beijing Information Technology Institute, Beijing 100101)

【Abstract 】A method that can gray images selectively is proposed and realized with Matlab. According to this method, any selected colour of an image can be converted to black, and the rest colours will be converted to higher gray values as their colour-distance to the selected colour increases.With this method, different information referring to different colours can be obtained from colourful images more easily. It’s helpful to colour-based image information processing.

【Key words 】Graying; Selective; Colour information

计 算 机 工 程Computer Engineering 第32卷 第20期

Vol.32 № 20 2006年10月

October 2006

·人工智能及识别技术·

文章编号：1000—3428(2006)20—0198—03

文献标识码：A 中图分类号：TP391.41

彩色图像的灰度化是图像处理的一个基本方法，在图像检测与识别、图像分析与处理等领域有着广泛的应用，如人像、文字、车牌的识别和处理等。图像的灰度化看起来好像是一个没有什么变化的简单过程，实际上也具有较大的灵活性，可以根据实际需要来控制灰度化效果，合理的灰度化对于图像信息的提取和后续处理有很大的帮助。

1 传统灰度化

通过理论研究和实践结果分析，人们对颜色的物理本质

已经有了较深刻的理解。根据人眼的视觉机理，通常绝大部分颜色都可以看作是3个基本颜色即红(R)、绿(G)、蓝(B)的混合。基于这一点，可以在笛卡尔坐标系中让3个坐标轴分别表示R 、G 、B 的值，从而建立起一个RGB 色彩空间模型。在这个模型中，原点对应黑色，离原点最远的顶点对应白色，从原点到此顶点之间的连线即立方体的对角线上的点就对应了从黑到白之间的灰度值，也叫亮度值。为了便于选取或生成颜色，通常可以使用不同颜色空间[1]。

1.1 简单灰度化

找到某颜色在RGB 空间中所对应的点，计算原点至该点向量在对角线上的投影即可得到该颜色的灰度值。假设R 、G 、B 分量都用8位来表示，取值范围是[0，255]，则灰度值可以用下面的公式得到

()(),,255,255,255(255,

255,

25

5)

r g b Y •=

(1) 式(1)中，(r ，g ，b)表示某颜色在颜色空间中的坐标向量，

(255，255，255)表示颜色空间中对角线所对应的向量，|·|是求向量的模。经过矢量运算，式(1)可简化为

Y (2)

此时，Y 的取值范围是[0，3255]。进一步假设灰度值也用8位来表示，通过线性变换将Y 对应的灰度值转化到[0，255]的区间，于是就得到

3

r g b Y ++=

(3) 按式(3)进行灰度化的原理和实现都很简单，因此把它称

为简单灰度化方法。这种方法将R 、G 、B 3个分量同等看待，并没有考虑R 、G 、B 3种基本色各自具有不同视觉效果的情况，比如在背景色为白色情况下，蓝色和红色看起来就要比绿色显得更醒目一些。

1.2 工业标准灰度化

考虑到人的视觉感观因素，调整式(3)中R 、G 、B 各分量在灰度化时对灰度值的贡献，设它们各自对灰度的贡献分别为r g b c c c 、、，这样可以得到[2]

r g b Y c r c g c b =++

(4)

其中系数0r g b c c c ≥、、且满足1r g b c c c ++=。容易看出式(3)简单灰度化方法其实就是当1/3r g b c c c ===时的一个特例。 在我国彩色电视PAL 制式中，利用R 、G 、B 值计算亮度信号Y 时，没有将3种颜色按相同的比例进行混合，而是按照适合于人眼的视觉特点来合成的[3,4]，选取

0.30080.58590.1133r g b c c c ===、、，这样就可以合成很自然的黑白图像。此时亮度值计算公式如下

0.30080.58590.1133Y r g b

=++ (5)

这个公式是电视工业标准灰度化方法，用这种方法可以

基金项目：北京市教育委员会科技发展计划面上项目(KM2005 10772011)

作者简介：周金和(1966－)，男，副教授，主研方向：基于网络的信号与信息处理；彭福堂，本科生

收稿日期：2006-01-22 E-mail ：zhoujinhe@