彩色图像——RGB色系、HSI色系、YUV、YCbCr

1、第七章 彩色图像一、彩色的描述原理：彩色的描述原理： 可视光区的波长在400nm700nm，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。 400nm700nm紫外光红外光可见光区546.1nm435.8nm780nm第七章 彩色图像 二、感兴趣的范围：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。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

2、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。一、RGB色系R:200 G:50B:120黄(255,255,0)黑(0,0,0)绿(0,255,0)青(0,255,255)蓝(0,0,255)品红(255,0,255)白(255,255,255)红(255,0,0)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。 二、 HSI色系I： 表示光照强度或

3、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）。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色系黑白IS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 1. RGB到

4、HSI的转换： )(31BGRIBGRBGRS),min(31BGBGH2)()()()(cos2211BGBRGRBRGR二、HSI 色系2. HSI到RGB的转换1）)60cos()cos(1 3HHSRI)1 (3SBIBRIG3时当1200 H二、HSI 色系)180cos()120cos(1 3HHSGI)1 (3SRIGRIB3时当240120 H2. HSI到RGB的转换2）二、HSI 色系时当300240 H)300cos()240cos(1 3HHSBI)1 (3SGIBGIR32. HSI到RGB的转换3）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

5、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BGRY114. 0587. 0299. 0YBUYRV三、YUV电视信号表色系2、 YUV到RGB的转换 VYRVUYG509. 0192. 0UYB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。四、YCbCr色系1

6、. RGB到YCbCr的转换BGRY114. 0587. 0299. 0)(114. 01 (2YBCb)(299. 01 (2YRCr四、YCbCr色系2. YCbCr到RGB的转换)299. 01(21rk)114. 01(21bkrrCkYRbbCkYBbbrrCkCkYG*587.0/114.0*587.0/299.07.2 彩色图像处理n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。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

7、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。这种现象称为颜色颜色扩散扩散。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）。),(1111BGRp ),(2222BGRp ),(3333BGRp 它们的理想值为：)0 , 0 ,(*1Rp)0 , 0(*2Gp), 0 , 0(*3Bp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：111*11.059.030.0BGRR222*11.059.030.0BGR

8、G333*11.059.030.0BGRB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。3213213211BBBGGGRRRA*2000000BGRA 一、 彩色补偿4）进行彩色补偿 设n分别为新、旧图像的像素值，则：),(),(),(),(yxByxGyxRyxSsss),(),(),(),(yxByxGyxRyxFFFF),(*),(1yxFCyxS其中：121*AAC 一、 彩色补偿3. 彩色补偿的作用： 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

9、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：),(1111BGRF ),(2222BGRF 二、彩色平衡 2) 设以G分量为基准，匹配R和B分量，则： ),(1111BGRF ),(2222BGRF ),(111*1GGGF ),(222*2GGGF 三、彩色平衡3) 由2*11*1kRkR2*12*2kRkR求出：k1和k22*11*1lBlB2*12*2lBlB求出：l1和l2 二、彩色平衡4) 用2),(*1),(*kyxRkyxR2)

10、,(*1),(*lyxBlyxB得到的图像就是彩色平衡后的图像。),(),(*yxGyxG7.3 用彩色信息进行图像识别对灰度图像：n灰度跳变的视觉反映是边界的存在。对彩色图像：n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彩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110084的NNF7.3 用彩色信息进行图像识别164的NNF7.3 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？基于色差压缩的效果图原图基于Y