数字图像处理-第11章彩色图像

第11彩像处内容提要11.1三基色原理、光度学基本11.2RGB模型、HSV模型、HSI模型、YUV模 RGB与HSV空间的相互转RGB与YUV空间的相互转RGB与HSI空间的相互转11.3颜色空抖动技 像增强、真彩色增强、伪彩色增人类色除了光源对眼睛的刺激，还需要人脑对光刺激人感受到如果物体比较色度学进行图像的彩色分析，建立的研究彩色计量的人类的视觉系杆状细胞为暗视锥状细胞是明视，在度足高时作用并分锥状细胞大致将电磁光谱的可见部分分为三个、绿、蓝这三种颜色被称为三基图人类视觉系统三类锥状细胞的光谱敏感人类视觉对颜色的感颜色的三种感觉：色调、色饱和度和亮度色调从一个物体反射过来的或透过物体的光是由颜色种类色饱和度即色纯度，指颜色的深例如：深红和浅亮度颜色的明暗程三基色由三基色混配各种颜色通常有两相加混色法彩色电视机上的颜相减混色法彩、幻灯片、绘画原相加混色和相减混色的主（1）相加法是由发光体发出的光相加而产生的各种颜法是先有白色光，然后从中减去某些成份（吸收）得到各种颜（2）相加混色的三基色是红、绿、蓝，而相减混色的三基色、青、品红。相加混色的补色就是相减混色的基（3）相加混色和相减混色有不同的规律Grassman了视觉对颜色的响应取决于红、绿、蓝（1）所有颜色都可以用相互独立的三基色混合得（2）混合色的光亮度是原来各分量光亮度（）等。光的物理光是波长在400nm到700nm之光可以由它的光谱能量分为白

来表光谱光谱三色学颜色具有混合性，在十七世纪后期用棱镜把光分散成光谱上的颜色光十九红（R）、绿（G）、蓝（B）三三原色Maxwell用旋转圆盘证实了Yaung理是颜色科学中最重要的原理和学CIE色度颜色CIE－国际照CIE-RGB光的权值r、g、b为颜色匹配中所需要的R、GB三色光的CIE-XYZ计算不便任何颜色都能由标准三原色混合匹配（三激值是正的色度复现颜色起点的向量，向量的方向代三刺激色度色度在三刺激空间上取通过（R）、（G）程为（R）＋（G）＋（B）＝1CIE色度CIE色度图－色度图投影到XY马蹄形区域的边界和内部代表了所有可边界弯曲部分代表了光谱在某种纯度为CIE二维表颜色空实际应用RGB、HSV、HSI、YUV、YIQ等常用的颜面向硬设备的RGB颜色空间，如：彩色显示器、面向以彩色处理为目的的HSI颜色空间以及HSV颜色空RGB颜色模规定了颜色的建立、描述和观察方式颜色模型都是建立在三中与颜色空间密不可RGB模用三中的一个点来表示一种颜每个点有三个分量，分别代表该点颜色的红、绿、蓝亮度亮度值限定在[0，1]RGB图图像的R、G、B（a）原图 （b）R分（c）G分 （d）B分量彩色CMYK模式（相减混色模型，用于不发光物体颜色颜色颜色混合结黄色洋红红青色黄色绿青色洋红蓝彩色彩色采用CMYK模式的原白 RG YM纸RG 纸

RG YC纸RG CYM纸

RG CM纸RGB和CMY颜色模型的区HSVHSV模由色度（H），饱和度（S），亮度（V）三个分量HSV立方体演化而来。设想从G消除了亮度成分V在图像色调H和饱和度S分量与人的视觉感受密切相HSV颜色模SH（a）HSV颜色模 （b）颜色SH

0°

红蓝红蓝I柱形彩色空HSV 如，要得到深蓝色，V=0.4S=1H=240度。要得到淡蓝色，V=1S=0.4H=240彩色在绘画艺术上，饱和度的概念可描是一种纯色加白后结，时彩饱同样在绘画艺术上，亮度的概念可描述如是一种纯色加上黑色后的结果，此时色彩的亮度生变化而色彩的饱和度不发生变HSB空间的坐标HSI准HSI三角形三角形的顶点代表了三个归一化的彩色分量（R、G、）的三角系色调H定义为颜色点P至中心的线段与R轴之间HSI彩色模（a）HSI彩色模型坐标系 （b）HSI彩色三角YUVYUV颜色模型在广泛性方面仅次于RGB模型在彩色电视系统中，采用的就是YUV色彩空间UV的基本思想是通过损失色度信息来达到节省空间的目的可以定义出许多YUV相邻两个像素使用一个色度值的YUYV，JPEG、MPEG中相邻个像素使用一个色度值的YUV12其他的彩色NTSC模型广泛应用于等国家的电视信号特点是信号的强度信息和颜色信息相分离，同一个号可以方便地同时表示彩像和黑白图像在NTSC格式中，图像由三个分量表示：亮度用Y表；色度用I表示；饱和度用Q表示YCbCr模型广泛应用于数字在YbCYC和C、CRGB与HSV同一颜色可以用不同的彩色空间表示，自然可以相互转1．从RGB转换到R'

Temp1Temp1

Temp1G

B'

Temp1B 5 1R'H135

BTemp1且RTemp2

S=(Temp1-图图像的HSV（a）原RGB图 （b）H分（c）S分 （d）V分if(h hih f60 其中％为取余数运算，即f为h除以60的余pv*(1qv*(1s*ftv*(1s*(1f))rv,gt,brq,gv,brp,gv,brp,gq,brt,gp,brv,gp,b

iiiiiiRGB与YUV空间的相互Y

R U

G G

图图像的YUV（a）原RGB图 （b）Y分（c）U分 （d）V分RGB与HSI空间的相互 [(RG)(RB)]/

RG或R [(RG)2(RB)(GB)]1/2H

[(RG)(RB)]/ 2

1/2

B [(R (RB)(G S1 min(R,G,RGI1(RGB)图图像的HSI R

cos(600H)G3I(BBI(1S)颜色空间的以HSV模型为例，讨论颜色空间的量化过HS如果对HS计算量要少得多。HSV色彩空间中颜色特 0H20或316H1 21H1 41H 76H

0SH

156H191H271H296HV 0V

S22

0.2S0.7S 0.2V2 0.7V2 把量化后的3I=HQsQv+SQv+I9H3SV抖动技产生抖Bayer有序抖动的基本设v为输出像素值，c为输入像素值，d(x，y)M×M的抖动矩阵，则抖动过程可用下式表示v(x,y)

c(x,y)d(x, c(x,y)d(x,图抖动处（a）原图像（24位显示 （b）抖动图像（16色显示假彩对自然图像，假彩色的方法之一：将关注的目标物映射为与原色不同，即原有的彩像变换成给定彩色分布的图像绿色草原置成红色，蓝色海洋换成绿色等。这样做的目的是目标物置于奇特的环境中以引起观察者的注意自然RF

T13RfG

G F 21 22

23 f

彩像增11.6.1真彩色一般指能达到质量的24位彩像一种真彩色增强方法基本在增强图像中对应同一个像素的R、G、B这三个分量生了变化，它们的相对数值与原来不同若将RGB图转化为HSI图，亮度分量和色度分量，避免了相对数值发生变（1）将原始彩、、B量图化为、I分量图；（2）利用对灰度图增强的方法增强其中的某个分量（3）再将结果转换为用R、G、B分量图以便用彩色器显图图像的饱和度（a）原图像（b）饱和度增强后的图像（c）饱和度减弱后的图图像的（a）原图 （b）亮度增强后的图 （c）亮度减弱后的图11.6.2伪彩色而人眼对彩色分辨率较强，达几