第六章 彩色图像处理 2

3.彩色分层
作用：突出图像中特殊的彩色区域、从其周围分离出目 标物。

基本思路是：(1)显示感兴趣的颜色以便从背景中把它们 分离出来；(2)像模板那样使用由彩色定义的区域，以便进一 步处理。 最直接的方法沿用灰度分层技术。然而，因为一个彩色 像素是一个n维参量，彩色变换函数比相对应的灰度变换函数 要复杂得多，事实上，所要求的变换比到目前为止考虑的彩 色分量变换也复杂得多。这是因为所有的彩色分层方法都要 求，每个像素变换后的彩色分量是所有n个原始像素彩色分量 的函数。 对一幅彩色图像分层的最简单的方法之一是，把某些感 兴趣区域以外的区域的彩色映射为不突出的自然色。


上图显示了一碗草莓和一个咖啡杯的高分辨率彩色图像。这是从大幅 (4“×5”)彩色负片数字化的图像。 图中的第二行包含原始的CMYK扫描分量图像。在这些图像的每一个 CMYK彩色分量中，白用1表示，黑用0表示。这样，我们看到草莓是由大 量的深红和黄色组成的，因为对应于这两种CMYK分量的图像最亮。黑色 较少并通常限于咖啡和草莓碗中的阴影。 当CMYK图像被转换为RGB时，如图中第三行所示，可以看到草莓包含 大量的红色和很少的绿色与蓝色。 最后一行显示了用式计算出的HSI分量图像。如期望的那样，强度分量 是全彩色原像的单色复现。另外，草莓在彩色方面相对较纯净。它们具有 最高的饱和度或图像中色调被白光稀释得最少。最后注意到说明色度分量 时的某些困难。问题包含这样一些事实：(1)在HSI模型中，0o和360o相遇 处有一个不连续点．(2)色调对于0饱和度没定义(对白、黑和纯灰)。模型 的不连续点多出现在草莓周围，它们用接近白(1)和黑(0)的灰度值描述。 其结果是不希望的高对比灰度级的混合去描述单颜色——红色。

例：图6.31

注意式(6.5.4)到式(6.5.6)所定义的每一变换仅依赖 于其彩色空间的一个分量，这一点很重要。 例如，红的输出分量S，在式(6.5.5)中独立于绿和 蓝输入，它只依赖于红输入。 正如在开始讨论提到的那样，这类变换是最简单的和 最常用的彩色处理工具，并可以以每个彩色分量为基础进
6.3全彩色图像处理基础

全彩色图像处理研究分为两大类。第一类是分别处理 每一分量图像，然后，从分别处理过的分量图像形成合成 彩色图像。第二类是直接对彩色像素处理。 全彩色图像至少有3个分量，彩色像素实际上是一个 向量。 令c代表RGB彩色空间中的任意向量：



这个公式指出：c的分量是一幅彩色图像在一点上的RGB分 量。可以这样认为，彩色分量是坐标(x,y)的函数，表示为：



第一,处理必须对向量和标量都可用，
第二，对向量每一分量的操作对于其他分量必须是独 立的。
显示了邻域灰度空间处理和全彩色处理。


6.4彩色变换
涉及在单一彩色模型的范围中处理彩色图像分量，而不是模型间的那些分 量的转换。

1.公式 灰度变换 f(x,y)是彩色输入图像，g(x,y)是变换或处理过的彩色输出 图像，T是在空间邻域(x,y)上对f的操作。 而彩色图像处理中，像素值是从彩色空间选择的3元组或 4元组，用来描述图像。


= k ri
i=1，2，3
（6.5.5）

CMY空间要求一个相似的线性变换集

虽然HSI变换包含最少的操作，把RGB或CMYK图像转换为HSI空间 所要求的计算大大抵消了简单变换的优点，即转换计算量比亮度变换 本身计算量大。 然而，不考虑所选择的彩色空间，其输出是相同的。





理论上，任何变换都可在任何模型中执行。然而，实 际上，某些操作对特定的模型比较适用。对给定的变换， 表达式之间转换的代价必须转换为与彩色空间有关的判决， 然后在该空间执行该转换。
例如，假设要改进图6.30(a)图像的亮度，使用 (6.5.3) 这里0< k <1。在HSI彩色空间，可以做简单变换 （6.5.4） 这里s1=r1,s2=r2，仅仅HSI亮度分量r3被改变。 在RGB彩色空间，3个分量都必须变换：CMY空间要 求一个相似的线性变换集： Si


行。

2.补色
在图6.32的彩色环上，与一种色调直接相对立的另 一种色调称为补色。对补色的兴趣源于一个事实，即补色 类似于灰度负值。正如在灰度情况下那样，补色对于增强 嵌在彩色图像暗区的细节，特别是在大小上占支配地位的 细节很有用。

例6.7 计算彩色图像的补色

图6.33(a)和(c)显示了来自图6.30(a)的图像和它的补色图像。 用于计算补色的RGB变换画在图6.33(b)中。等同于定义的灰度变换。 注意，计算补色使人想到通常照片的彩色负片。原图像的红色在补 色中用青色代替，当原始图像是黑色时，补色是白的，等等。 补色图像中每种色调都可从原图像用图6.32的彩色图来预测。涉及 补色计算的每一个RGB分量变换仅是对应的输入彩色分量的一个函数。 不像图6.31的亮度变换，在这个例子中使用的RGB补色变换函数没有 直接的HSI空间等效当量。 补色的饱和度分量不能单独从输入图像的饱和度分量计算出来。图 6.33(d)提供了一种使用图6.33(b)给出的色调、饱和度和亮度变换的 补色的一种近似。注意，输入图像的饱和度分量是不可改变的，它对 图6.33(c)和(d)之间的视觉差别有响应。



类似于以前讲述的灰度变换，有下列式子：
ri和si是f(x,y)和g(x,y)在任何点处彩色分量的变量，{T1,T2, …,Tn}是一个ri对 操作产生si的变换或彩色映射函数集，注意到n个变换Ti合并执行上式中的 单一变换函数T。


所选择的用于描述 f 和 g 像素的彩色空间决定 n 的值。如 果选择RGB彩色空间，则n=3，r1, r2和r3分别表示输入图 像的红、绿、蓝分量。如果选择CMYK或HSI彩色空间， 则n=4或n=3。 例 图6.30

对大小为M×N的图像，有MN个这样的向量，c(x,y),x=0， 1，2，…，M-1；y：0，1，2，…，N-1。 分量是x和y的空间变量 我们感兴趣的用x和y公式化的图像处理技术 像素是彩色像素。 在其最简单的公式中允许用标准的灰度图像处理方法去分 别处理彩色图像的每一分量。


问题，单独的彩色分量的处理结果并不总等同于在彩色向 量空间的直接处理，在这种情况，就必须采取新的公式化 方法。 为了使每一彩色分量处理和基于向量的处理等同，必 须满足两个条件：