彩色与多光谱图像处理
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篮三色的补色。
红黄绿 30% 89% 59%
白
品红 100% 青
41%
70%
蓝 11%
绿
黄白 青
红
品 红
蓝
图1 相加混色的三基色及其补色的亮度比例
相加灰色中涉及到灰色比例问题：
R:200 G:50 B:120
3. 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。
光电图像处理
彩色与多光谱图像处理
电子工程学院光电子技术系
主要内容
一、彩色视觉
六、彩色图像的锐化
二、彩色模型
七、彩色图像的边缘检测
三、彩色变换
八、彩色图像的分割
四、彩色图像增强 九、多光谱图像处理
五、彩色图像的平滑 十、高光谱图像处理
一、彩色视觉
彩色视觉是人眼对射入的可见光光谱的强弱及 波长成份的一种感觉。
I: 小
大
HSI色系 —— 亮度(I)效果示意图
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。
HSI色系 —— 色度(H)效果示意图
H=0º
H=60º
H=120º
H=180º
H=240º
H=300º
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。
绿。 青。
。黄 P
S
H
·
。红
蓝
。 品红
图6 HSI彩色模型中的色调和饱和度
HSI色系 —— 饱和度(S)效果示意图
S=0
S=1/4
S=1/2
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：
C xX yY zZ
且 x X
y Y
X Y Z
Xห้องสมุดไป่ตู้Y Z
（5）
z Z X Y Z
（6.7.8）
显然有： x y z 1
（9）
RGB色系：
品红(255,0,255)
蓝(0,0,255)
青(0,255,255)
白(255,255,255)
红(255,0,0)
黑(0,0,0)
绿(0,255,0)
黄(255,255,0)
2.1 RGB彩色模型
B
(0,0,1)
蓝
青
品红 白
(1,0,0) R红
黑
灰度级
黄
(0,1,0)
G
绿
图4 RGB彩色立方体示意图
➢ 相减混色的基色为青、品红色、黄。
白色 – 红色 = 青色
（3 a）
白色 – 绿色 = 品红色
（3 b）
白色 – 蓝色 = 黄色
（3 c）
白色 – 绿色 – 红色 – 蓝色 = 黑色 （3 d）
➢ 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 (4a) 青色颜料+黄色颜料=绿色颜料 => 白色–红色–蓝色 (4b) 品红色颜料+青色颜料=蓝色颜料=>白色–绿色–红色 (4c) 品红色颜料+青色颜料+黄色颜料=黑色颜料
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）。
➢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。
1.1 三基色原理
1. 三基色与三基色原理 ➢自然界中的绝大多数的颜色都可看作是由红、绿、 蓝三种颜色组合而成；自然界中的绝大多数的颜 色都可以分解成红、绿、蓝这三种颜色。这即是 色度学中的三基色原理。 ➢一般就将红、绿、篮这三种颜色称为三基色。
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
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。
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。
混色。
红色 + 蓝色 = 品红色
（1 a）
红色 + 绿色 = 黄色
（1 b）
绿色 + 蓝色 = 青色
（1 c）
红色 + 绿色 + 蓝色 = 白色
（1 d）
红色 + 青色 = 白色
（2 a）
绿色 + 品红色 = 白色
（2 b）
蓝色 + 黄色 = 白色
（2 c）
所以，一般把青色、品 红色和黄色称为红、绿、
1 y绿
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
480
560
570
黄
580
T S
C
等能量点 紫
590
600 610 620
红 640
780
470 460
450
蓝
380nm
0.2
0.4
0.6
0.8
红
x
1
二、彩色模型
=>白色–绿色–红色–蓝色 (4d)
品红 蓝
青
黑
红
绿
黄
图2 相减混色的三基色及其补色的关系
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 饱和度表示颜色的特性。
➢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
S=1
白 I=1
青 I=0.5
绿
黄
H
红
I
S
蓝
品红
I=0
黑
图5 基于圆形彩色平面的HSI彩色模型
2.2 RGB彩色模型到HSI彩色模型的转换
白
青 蓝
品红 黄
红 绿
黑
图7 RGB立方体旋转示意图
arc
c
os[(R
1 [(R G) (R 2 G)2 (R G)(G
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。
（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）。
红黄绿 30% 89% 59%
白
品红 100% 青
41%
70%
蓝 11%
绿
黄白 青
红
品 红
蓝
图1 相加混色的三基色及其补色的亮度比例
相加灰色中涉及到灰色比例问题：
R:200 G:50 B:120
3. 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。
光电图像处理
彩色与多光谱图像处理
电子工程学院光电子技术系
主要内容
一、彩色视觉
六、彩色图像的锐化
二、彩色模型
七、彩色图像的边缘检测
三、彩色变换
八、彩色图像的分割
四、彩色图像增强 九、多光谱图像处理
五、彩色图像的平滑 十、高光谱图像处理
一、彩色视觉
彩色视觉是人眼对射入的可见光光谱的强弱及 波长成份的一种感觉。
I: 小
大
HSI色系 —— 亮度(I)效果示意图
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。
HSI色系 —— 色度(H)效果示意图
H=0º
H=60º
H=120º
H=180º
H=240º
H=300º
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。
绿。 青。
。黄 P
S
H
·
。红
蓝
。 品红
图6 HSI彩色模型中的色调和饱和度
HSI色系 —— 饱和度(S)效果示意图
S=0
S=1/4
S=1/2
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：
C xX yY zZ
且 x X
y Y
X Y Z
Xห้องสมุดไป่ตู้Y Z
（5）
z Z X Y Z
（6.7.8）
显然有： x y z 1
（9）
RGB色系：
品红(255,0,255)
蓝(0,0,255)
青(0,255,255)
白(255,255,255)
红(255,0,0)
黑(0,0,0)
绿(0,255,0)
黄(255,255,0)
2.1 RGB彩色模型
B
(0,0,1)
蓝
青
品红 白
(1,0,0) R红
黑
灰度级
黄
(0,1,0)
G
绿
图4 RGB彩色立方体示意图
➢ 相减混色的基色为青、品红色、黄。
白色 – 红色 = 青色
（3 a）
白色 – 绿色 = 品红色
（3 b）
白色 – 蓝色 = 黄色
（3 c）
白色 – 绿色 – 红色 – 蓝色 = 黑色 （3 d）
➢ 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 (4a) 青色颜料+黄色颜料=绿色颜料 => 白色–红色–蓝色 (4b) 品红色颜料+青色颜料=蓝色颜料=>白色–绿色–红色 (4c) 品红色颜料+青色颜料+黄色颜料=黑色颜料
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）。
➢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。
1.1 三基色原理
1. 三基色与三基色原理 ➢自然界中的绝大多数的颜色都可看作是由红、绿、 蓝三种颜色组合而成；自然界中的绝大多数的颜 色都可以分解成红、绿、蓝这三种颜色。这即是 色度学中的三基色原理。 ➢一般就将红、绿、篮这三种颜色称为三基色。
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
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。
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。
混色。
红色 + 蓝色 = 品红色
（1 a）
红色 + 绿色 = 黄色
（1 b）
绿色 + 蓝色 = 青色
（1 c）
红色 + 绿色 + 蓝色 = 白色
（1 d）
红色 + 青色 = 白色
（2 a）
绿色 + 品红色 = 白色
（2 b）
蓝色 + 黄色 = 白色
（2 c）
所以，一般把青色、品 红色和黄色称为红、绿、
1 y绿
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
480
560
570
黄
580
T S
C
等能量点 紫
590
600 610 620
红 640
780
470 460
450
蓝
380nm
0.2
0.4
0.6
0.8
红
x
1
二、彩色模型
=>白色–绿色–红色–蓝色 (4d)
品红 蓝
青
黑
红
绿
黄
图2 相减混色的三基色及其补色的关系
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 饱和度表示颜色的特性。
➢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
S=1
白 I=1
青 I=0.5
绿
黄
H
红
I
S
蓝
品红
I=0
黑
图5 基于圆形彩色平面的HSI彩色模型
2.2 RGB彩色模型到HSI彩色模型的转换
白
青 蓝
品红 黄
红 绿
黑
图7 RGB立方体旋转示意图
arc
c
os[(R
1 [(R G) (R 2 G)2 (R G)(G
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。
（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）。