彩色图像增强

1、D DIGITALIGITAL IMAGEIMAGE PROCESSINGPROCESSING-C-COLOROLOR IMAGEIMAGE ENHANCEMENTENHANCEMENT -孙亚容孙亚容The importance of the studyThe basic concepts The methods for color image enhancementExperiments and analysisConclusionThe color image contains more information than gray-scale image, whether it is t

2、he visual experience of the people or follow-up image understanding and analysis of color images to gray-scale images incomparable. And the color image enhancement has became the important key technology in image applying and disposing, medical imaging, and so on.T THEHE IMPORTANCEIMPORTANCE OFOF TH

3、ETHE STUDYSTUDYT THEHE BASICBASIC CONCEPTSCONCEPTS彩色图像和灰度图像的根本区别是：在彩色空间中，彩色图像的像素用一个矢量来表示，一般包括三个分量，而灰度图像里的像素性质只用一个标量来表示。这样，在彩色图像处理中需要面对矢量函数，而在灰度图像处理中只需要面对标量函数。彩色图像处理技术根据其主要处理过程分为两类：基于单色的技术（monochromatic-based techniques）和矢量技术（vector-valued techniques）。基于单色的技术就是先对单个彩色通道或彩色矢量分量的信息进行加工，再将各个结果结合起来。矢量技术就是

4、根据矢量规范将彩色信息当矢量空间中的彩色矢量来加工。彩色图像就是由红、绿、蓝三基色叠加而成，每一基色便是一副灰度图像，因此，彩色图像增强可以说是建立在灰度图像增强基础上的。彩色图像增强可以分为伪彩色增强和真彩色增强。HIS彩色空间 人们观察一个彩色的物体时，往往倾向于用它的色调、饱和度和明度来描述它。饱和度给出纯彩色被白光冲淡程度的度量，色调描述纯色的属性，即颜色，亮度（灰度级）是描述单色图像的一个最有用的描述符。HIS(hue,色度;saturation,饱和度; intensity,亮度)彩色模型亮度与一幅图像中携带的彩色信息分开。因此，HIS模型对于开发基于彩色描述的图像处理算法是一个理

5、想的工具，对于人类来说，它们看起来更自然和直观。T THEHE METHODSMETHODS FORFOR COLORCOLOR IMAGEIMAGE ENHANCEMENTENHANCEMENT1 1、伪彩色增强（伪彩色增强（Pseudo-color EnhancementPseudo-color Enhancement）伪彩色图像的每个像素值实际上是一个索引值或代码，该代码值作为色彩查找表中某一项的入口地址，根据该地址可查找出包含实际R、G、B的强度值。这种用查找映射的方法产生的色彩成为伪彩色。伪彩色处理，就是将图像中的黑白灰度级变成不同的彩色。如果分层越多，人眼所能提取的信息也多，从而达

6、到图像增强的效果。伪彩色图像处理技术不仅适用于航空摄影和遥感图片，也可以用于X光片及云图的判读等处理中。伪彩色增强的方法主要有：密度分割、彩色变换和频率域伪彩色增强三种。（1）密度分割法（灰度分割法）设一幅黑白图像f(x,y)，可以看成是坐标（x,y）的一个密度函数。把图像的灰度分为若干等级，设原黑白图像的灰度范围为0f(x,y) L，用k+1灰度级把该灰度范围分为k段，给每一段灰度映射一种颜色，映射关系为：g(x,y)=Ci I(i-1) f(x,y) I（i）, i=1,2,k这里g(x,y)为输出的伪彩色图像，Ci为灰度在(I(i-1),I(i)中所映射的彩色。经过这种映射处理，原始黑白

7、图像f(x,y)就变成了伪彩色图像g(x,y)。（2）彩色变换增强根据色度学原理，将原图像f(x,y)的灰度范围分段，经过红、绿、蓝三种不同变换，变成三基色分量，然后用他们分别控制彩色显示器的红、绿、蓝电子枪，便可以在彩色显示器的屏幕上合成一幅彩色图像。其映射函数为：0 f 63时 R(x,y)=0，G(x,y)=4*f(x,y) B(x,y)=255；64 f 127时 R(x,y)=0， G(x,y)= 255，B(x,y)=511- 4*f(x,y)；128 f 191时 R(x,y)= 4*f(x,y) -511，G(x,y)=255，B(x,y)=0；192 f 255时 R(x,y

8、)=255，G(x,y)=1023-4*f(x,y) ，B(x,y)=0；经过以上的映射变换曲线，可以实现对灰度图像的着色，最后再将每一个像素的三个矢量分量相加，就可以将每一个像素进行伪彩色处理，最终得到伪彩色图像。2 2、真彩色增强、真彩色增强真彩色是指图像中的每个像素值都分为R、G、B三个基色分量。每个基色直接决定基色的强度，这样产生的色彩称为真彩色。真彩色增强是对彩色图像进行的增强，一般在某个颜色空间里进行，常采用的颜色空间有RGB、HIS和HSV。右图为一种常用的彩色增强方法，原理如框图所示：彩色图像RGB模型变换为HSV模型直方图修改色度(H)亮度(B)饱和度(S)HSB模型变换为R

9、GB模型增强的彩色图像(RGB)其原理可叙述为：（1）将R、G、B分量图转化为H、S、I分量图对任何3个在0,1范围内的R、G、B值，其对应的HSI模式中的H、S、I分量可由下面给出的公式计算：I=1/3*(R+G+B)S=1-3*min(R,G,B)/(R+G+B)H=arcos(R-G)+(R-B)/2/(R-G)2+(R-B)*(G-B)(1/2)/360（2）利用对灰度增强的方法增强其中需要增强的I分量。（3）再将结果转换为R、G、B分量图来显示。 若HIS的值在0,1之间，R、G、B的值在0,1之间，将颜色从HIS转换为RGB，公式为当H在0,1/3区间： B=V*(1-S) R=V

10、*1+S*cos(2*pi*H)/cos(3*pi-2*pi*H)G=3*V-(B+R)当H在1/3,2/3区间：R=V*(1-S)G=V*1+S*cos(2*pi*H-2*pi/3)/cos(2*pi*H)B=3*V-(G+R)当H在2/3,1区间：G=V*(1-S)B=V*1+S*cos(2*pi*H-4*pi/3)/cos(pi*3/5-2*pi*H)R=3*V-(G-B)原 始 图 像变 换 后 的 图 像EXPERIMENTS AND ANALYSISPseudo-color Enhancement密度分割法程序详见文档原 始 图 像彩 色 变 换 后 图 像Pseudo-color

11、 Enhancement 彩色变换法I分 量 均 衡 化 的 HSI图HSI变 换 到 RGBReal color enhancement设置亮度为imadjust(I,gamma)函数中的gamma参数为1I分 量 均 衡 化 的 HSI图HSI变 换 到 RGBI分 量 均 衡 化 的 HSI图HSI变 换 到 RGB设置亮度为imadjust(I,gamma)函数中的gamma参数为0.6设置亮度为imadjust(I,gamma)函数中的gamma参数为1.5对 R、 G、 B分 量 灰 度 调 整 后 图 像直 方 图 均 衡 化 图 像RGB5*5 均 值 平 滑 滤 波CONCLUSION对于伪彩色图像来说，我们可以根据需要，设置图像中每一段中映射的各彩色值，应用比较灵活，也是最简单、最直观的一种。如果分层越多，人眼所能提取的信息也多，但是同时也存在变换出的彩色数目有限的缺点。 彩色变换法可以得到具有多种颜色渐变的连续彩色图像，在一定程度上达到了图像增强的效果。为了更能看清图像，对灰度图像映射为色彩较丰富的伪彩色图