数字图像处理PPT—第九章 彩色图像处理

图像处理
利用亮度信息I对图像灰度化
常见的灰度化方法之一
1 I = (R + G + B) 3
图像处理 HSI和RGB之间的转换
HSI到RGB的转换
当0 ≤ H ≤ 120 时
o o
I R= 3
⎡ S cos( H ) ⎤ ⎢1 + cos( 60 o − H ) ⎥ ⎣ ⎦
I B = (1− S ) 3
R = Y + k r ⋅ Cr
B = Y + k b ⋅ Cb
G = Y − 0 . 299 / 0 . 587 * k r C r − 0 . 114 / 0 . 587 * k b C b
图像处理 HSI彩色模型
两个特点：
I分量与图像的彩色信息无关 H和S分量与人感受颜色的方式紧密相连
将亮度（I）与色调（H）和饱和度（S）分开 避免颜色受到光照明暗（I）等条件的干扰 仅仅分析反映色彩本质的色调和饱和度 广泛用于计算机视觉、图像检索和视频检索
图像处理
色彩的形成与分布
光学原理解释的色彩的形成
图像处理
色彩的形成与分布
如下图所示,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 可见光区 700nm 780nm
图像处理 YCbCr彩色模型
Y指亮度,与YIQ和YUV的Y相同 Cb和Cr由U和V调整得到 JPEG采用的彩色空间 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。
图像处理 YCbCr和RGB之间的转换
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 )
图像处理 YCbCr和RGB之间的转换
YCbCr 到RGB的转换
kr =
1 2 (1− 0.299 )
kb =
1 2 (1− 0.114 )
HSI到RGB的转换
当240 ≤ H < 360 时
o o
I B= 3
⎡ S cos( H − 240 o ) ⎤ ⎢1 + ⎥ cos( 300 o − H ) ⎦ ⎣
I (1 − S ) G= 3
R = 3I − G − B
图像处理
9.3彩色图像的常规处理
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。 处理的方法是，将同样的操作在R,G, B三 个分量上分别进行。
图像处理
第九章 彩色图像处理
矿大信电学院 蔡利梅
图像处理 9.彩色图像处理
彩色的形成原理与基本概念 表色系 彩色图像处理
图像处理
9.1彩色的形成原理与基本概念
人眼对于彩色的观察和处理是一种生理 和 心理现象，其机理还没有完全搞清楚，因 而对于彩色的许多结论都是建立在实验基 础之上的。 对彩色图像的处理是基于对其适当的描述 方法。
⎛ R ⎞ ⎛1 0.956 0.621 ⎞⎛ Y ⎞ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎜ ⎜ G ⎟ = ⎜1 - 0.272 - 0.647 ⎟⎜ I ⎟ ⎜ B ⎟ ⎜1 - 1.106 1.703 ⎟⎜ Q ⎟ ⎠⎝ ⎠ ⎝ ⎠ ⎝
图像处理
利用亮度信息Y对图像灰度化
常见的灰度化方法之一：
Y = 0.299 * R + 0.587 * G + 0.114 * B
图像处理 RGB彩色模型
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。
图像处理 RGB彩色模型
蓝(0,0,255) 品红(255,0,255)
黑(0,0,0)
图像处理
彩色图像的平滑处理示例
图像处理
彩色图像的锐化处理示例
图像处理 YUV彩色模型
Y指亮度，与YIQ的Y相同；U和V也指色 调，不同于YIQ的I和Q 用于彩色电视广播，被欧洲的电视系统所采 用（属于PAL系统） 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。 Y分量也可提供黑白电视机的所有影像信息
图像处理 YUV和RGB之间的转换
红外光
图像处理
色彩的形成与分布
光 的 吸 收 率
蓝
绿
红
400
450
500
550
600
650
700nm
蓝 紫 色
紫 蓝 色
蓝 色
蓝 绿 色
绿 色
黄 绿 色
黄 色
橙 色
红 橙 色
红 色
人眼对光的吸收分布模型
图像处理
彩色的描述
颜色的描述是通过建立色彩模型来实现 的，不同的色彩模型对应于不同的处理目 的。 CIE（国际照明委员会）在进行大量的色彩 测试实验的基础上提出了一系列的颜色模 型用于对色彩进行描述。 各种不同的颜色模型之间可以通过数学方 法互相转换。
图像处理
饱和度S的效果示意图
S=0
S=1/4
S=1/2
S=1
图像处理 HSI彩色模型
思考问题： 在这个模型的圆周上，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？
图像处理
红点顺（逆）时针移动的效果
图像处理
红点上、下移动的效果
图像处理
红点向圆心方向移动的效果
图像处理 HSI和RGB之间的转换
图像处理 HSI彩色模型
本模型为立方圆柱体 I：表示光照强度或称为亮度，确定像素 的整体亮度，而不管其颜色是什么。 沿底面中心向上，由黑到白。
图像处理
HSI彩色模型
白
S
I
黑
图像处理
亮度I效果示意图
图像处理 HSI彩色模型
H：表示色度，反映了该颜色最接近什么样 的光谱波长 红绿蓝三条坐标轴平分360o，0o为红色，120o 为绿色，240o为蓝色。 P点的色调H是圆心到P的向量与红色轴的夹 角。
0.587 0.114 ⎞⎛ R ⎞ ⎛ Y ⎞ ⎛ 0.299 ⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜U ⎟ = ⎜ − 0.148 − 0.289 0.437 ⎟⎜ G ⎟ ⎜ V ⎟ ⎜ 0.615 − 0.515 − 0.100 ⎟⎜ B ⎟ ⎝ ⎠ ⎝ ⎠⎝ ⎠
0 1.140 ⎞⎛ Y ⎞ ⎛ R ⎞ ⎛1 ⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ G ⎟ = ⎜1 − 0.395 − 0.581⎟⎜U ⎟ ⎜ B ⎟ ⎜1 2.032 0 ⎟⎜ V ⎟ ⎝ ⎠ ⎝ ⎠⎝ ⎠
图像处理
HSI彩色模型
0o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）。 G
P
B
R
图像处理
色度H的效果示意图
H=0º
H=60º
H=120º
HLeabharlann Baidu180º
H=240º
H=300º
图像处理 HSI彩色模型
S：饱和度，指一种颜色被白色稀释的程度。 与彩色点P到色环圆心的距离成正比，距圆心 越远，饱和度越大。 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。
青(0,255,255) 白(255,255,255) 绿(0,255,0) 黄(255,255,0)
红(255,0,0) R:200 G:50 B:120
图像处理 CMY和CMYK彩色模型
CMY(青、紫、黄) CMYK (青、紫、黄、黑） 运用在大多数在纸上沉积彩色颜料的设备， 如彩色打印机和复印机。 CMYK 打印中的主要颜色是黑色 等量的CMY原色产生黑色，但不纯 在CMY基础上，加入黑色，形成CMYK彩 色模型
RGB到HSI的转换：
1 I = ( R + G + B) 3 3 [min{R, G, B}] S = 1− R+G+ B G≥B ⎧θ H =⎨ G≤B ⎩2π − θ 1 ⎡ ⎤ [( R − G ) + ( R − B)] ⎥ ⎢ 2 θ = cos −1 ⎢ ⎥ 2 ⎢ ( R − G ) + ( R − B)(G − B) ⎥ ⎣ ⎦
G = 3I − R − B
图像处理 HSI和RGB之间的转换
HSI到RGB的转换
当120 ≤ H ≤ 240 时
o o
⎡ S cos( H − 120o ) ⎤ I G= ⎢1 + ⎥ o cos(180 − H ) ⎦ 3⎣
I (1 − S ) R= 3
B = 3I − R − G
图像处理 HSI和RGB之间的转换
图像处理 9.2表色系（颜色模型）
定义 RGB彩色模型（彩色空间或彩色系统） CMY 和CMYK彩色模型 YIQ彩色模型 YUV彩色模型 YCbCr彩色模型 HSI彩色模型
图像处理 （表色系）颜色模型定义
为了不同的研究目的，确立了某种标准， 按这个标准用基色表示颜色。 一般情况下，一种颜色模型用一个三维坐 标系统和系统中的一个子空间来表示，每 种颜色是这个子空间的一个单点。
Y指亮度(Brightness)，即灰度值；I和Q指 色调，描述色彩及饱和度。 利用人的可视系统对亮度变化比对色调和 饱和度变化更敏感而设计。 用于彩色电视广播，被北美的电视系统所 采用（属于NTSC系统）。 Y分量可提供黑白电视机的所有影像信 息。
图像处理 YIQ和RGB之间的转换
0.114 ⎞⎛ R ⎞ ⎛ Y ⎞ ⎛ 0.299 0.587 ⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ I ⎟ = ⎜ 0.596 − 0.275 − 0.321⎟⎜ G ⎟ ⎜ Q ⎟ ⎜ 0.212 − 0.523 − 0.311⎟⎜ B ⎟ ⎝ ⎠ ⎝ ⎠⎝ ⎠
图像处理 CMY和RGB之间的转换
RGB—CMY 计算机内部的颜色采用RGB结构，彩打要 求CMY数据输入。
⎛ C ⎞ ⎛1⎞ ⎛ R ⎞ ⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎜ M ⎟ = ⎜1⎟ − ⎜ G ⎟ ⎜ Y ⎟ ⎜1⎟ ⎜ B ⎟ ⎝ ⎠ ⎝ ⎠ ⎝ ⎠
CMY — RGB：无实际意义
图像处理 YIQ彩色模型