彩色图像处理

彩色图像处理第一页，共六十四页，2022年，8月28日6.1彩色基础人观察物体的颜色由物体反射光的性质决定彩色光波长400~700nm第二页，共六十四页，2022年，8月28日光混合（原色相加）原色：红、绿、蓝二次色：深红、青、黄颜料混合（原色相减）原色：深红、青、黄二次色：红、绿、蓝第三页，共六十四页，2022年，8月28日三色值系数色度图X、Y、Z为三色值第四页，共六十四页，2022年，8月28日6.2彩色模型6.2.1RGB彩色模型图像由3个原色图像分量组成（R,G,B）像素深度：每一个像素的比特数第五页，共六十四页，2022年，8月28日R分量图G分量图B分量图第六页，共六十四页，2022年，8月28日第七页，共六十四页，2022年，8月28日216种安全RGB色第八页，共六十四页，2022年，8月28日第九页，共六十四页，2022年，8月28日6.2.2CMY和CMYK模型

针对彩色打印机和复印机

RGB到CMY的转换C—青M—深红Y—黄第十页，共六十四页，2022年，8月28日6.2.3HSI彩色模型色调（Ｈ）：表示观察者接收的主要颜色。饱和度（Ｓ）：与所加白光数量成反比，纯谱色是全饱和的。强度（Ｉ）：单色图像中的灰度。ＨＳＩ空间：垂直强度轴和位于垂直于该轴的平面的彩色点轨道。第十一页，共六十四页，2022年，8月28日当平面沿强度轴向上或向下移动时，由平面与立方体表面构成的横截面决定的边界呈三角形或六边形第十二页，共六十四页，2022年，8月28日色调：点Ｓ与原点连线的向量与红轴的夹角

饱和度：向量的长度

强度：由平面在垂直强度轴的位置给出第十三页，共六十四页，2022年，8月28日第十四页，共六十四页，2022年，8月28日从ＲＧＢ到ＨＳＩ的彩色转换第十五页，共六十四页，2022年，8月28日从ＨＳＩ到ＲＧＢ的彩色转换ＲＧ扇形（０°≤Ｈ＜120°

）ＧＢ扇形（120°≤Ｈ＜240°

）第十六页，共六十四页，2022年，8月28日从ＨＳＩ到ＲＧＢ的彩色转换ＢＲ扇形（240°≤Ｈ＜360°

）第十七页，共六十四页，2022年，8月28日RGB立方体图像的HSI值(a)色调(b)饱和度(c)强度第十八页，共六十四页，2022年，8月28日(a)RGB图像(b)色调(c)饱和度(d)强度第十九页，共六十四页，2022年，8月28日(a)色调(b)饱和度(c)强度(d)RGB图像第二十页，共六十四页，2022年，8月28日6.3伪彩色处理伪彩色处理是把灰度图像的各个灰度值按照一种线性或非线性函数关系映射成相应的彩色。强度（灰度）分层法设一幅灰度图像f(x,y)，在某一个灰度级（如f(x,y)=L1）上设置一个平行于xy平面的切割平面，灰度级小于L1的像素分配给一种颜色（如蓝色），灰度级大于L1的像素分配给另一种颜色（如红色）。第二十一页，共六十四页，2022年，8月28日灰度分层技术的示意图第二十二页，共六十四页，2022年，8月28日

若将灰度图像级用M个切割平面去切割。就会得到M+1个不同灰度级的区域S1，S2，…，SM，SM+1。对这M+1个区域中的像素人为分配给M+1种不同颜色，就可以得到具有M+1种颜色的伪彩色图像。优点是简单易行，便于用软件或硬件实现。

第二十三页，共六十四页，2022年，8月28日

(a)单色图像(b)强度分为8个彩色的结果第二十四页，共六十四页，2022年，8月28日(a)X光图像(b)彩色编码结果第二十五页，共六十四页，2022年，8月28日

(a)降雨的灰度图像(b)对强度值赋予的彩色(c)彩色编码图像(d)南美区域的放大图第二十六页，共六十四页，2022年，8月28日伪彩色处理的灰度分层方法I=imread('moon.tif');imshow(I);x=grayslice(I,16);figure;imshow(x,hot(16));第二十七页，共六十四页，2022年，8月28日6.3.2灰度级到彩色转换其变换过程为：将灰度图像送入具有不同变换特性的红、绿、蓝3个变换器，再将输出分别送到彩色显像管的红、绿、蓝电子枪，从而在彩色显像管里合成某种色彩。可见，不同大小灰度级一定可以合成不同色彩。第二十八页，共六十四页，2022年，8月28日

从图中可见，若f（x,y）=0，则IB(x,y)=L,IR(x,y)=IG(x,y)=0，从而显示蓝色。同样，若f(x,y)=L／2，则IG(x,y)=L，IR(x,y)=IB(x,y)=0，从而显示绿色。若f(x,y)=L,则IR(x,y)=L，IB(x,y)=IG(x,y)=0，从而显示红色。因此不难理解，若灰度图像f(x,y)灰度级在0～L之间变化，IR

、IB

、IG会有不同输出，从而合成不同的彩色图像。第二十九页，共六十四页，2022年，8月28日突出装在行李内的爆炸物的伪彩色应用第三十页，共六十四页，2022年，8月28日多光谱图像彩色编码(a)红图像(b)绿图像(c)蓝图像(d)近红外图像(e)RGB图像（由(a)(b)(c)合成）(f)由(d)(b)(c)合成（生物显示红色，混凝土显示浅蓝色）第三十一页，共六十四页，2022年，8月28日(a)木星的伪彩色图像(b)靠近的图像第三十二页，共六十四页，2022年，8月28日

从原来的三基色变成新的一组三基色的彩色坐标变换。I=imread('onion.png');imshow(I);new(:,:,1)=I(:,:,3);new(:,:,2)=I(:,:,1);new(:,:,3)=I(:,:,2);figure;imshow(new);第三十三页，共六十四页，2022年，8月28日6.4彩色变换彩色图像处理包括：（1）分别处理每一个分量图像，再合成（2）直接对彩色像素处理第三十四页，共六十四页，2022年，8月28日6.4.1彩色变换公式

或若选择RGB彩色空间，n=3若选择CMYK彩色空间，n=4若选择HSI彩色空间，n=3第三十五页，共六十四页，2022年，8月28日全彩色CMYK图像RGB图像HSI图像第三十六页，共六十四页，2022年，8月28日要改进图像的亮度HSI彩色空间，RGB彩色空间，CMY彩色空间，第三十七页，共六十四页，2022年，8月28日第三十八页，共六十四页，2022年，8月28日6.4.2补色与一种色调直接相对立的另一种色调称为补色。类似彩色照片的负片

RGB彩色图像g(x,y)=1-f(x,y)第三十九页，共六十四页，2022年，8月28日(a)原像(b)补色变换函数(c)基于RGB的变换(d)基于HSI的变换第四十页，共六十四页，2022年，8月28日6.4.3彩色分层目的：突出图像中特殊的彩色区域基本思路：（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，以便进一步处理第四十一页，共六十四页，2022年，8月28日设感兴趣的颜色由宽为W，中心在原彩色点并具有分量（a1,a2…,an）的立方体所包围，则变换为设感兴趣的颜色为球体，则变换为第四十二页，共六十四页，2022年，8月28日第四十三页，共六十四页，2022年，8月28日6.4.4色调和彩色校正对灰度进行变换主调型：一幅图像的灰度范围。高主调图像的多数信息集中在高亮度处。RGB和CMY空间，用相同的变换函数映射3个彩色分量HSI彩色空间，则仅改进亮度分量等量地调整红、绿、蓝分量没有改变图像色调第四十四页，共六十四页，2022年，8月28日第四十五页，共六十四页，2022年，8月28日彩色平衡第四十六页，共六十四页，2022年，8月28日6.4.5直方图处理均匀地扩展彩色强度，保留彩色本身（即色调）不变独立地进行彩色图像分量的直方图均衡，将产生不正确的彩色第四十七页，共六十四页，2022年，8月28日(a)原像(b)变换函数(c)只均衡强度分量(d)增加饱和度分量，再调整强度分量第四十八页，共六十四页，2022年，8月28日6.5平滑和锐化6.5.1彩色图像平滑

RGB彩色图像的邻域SxyHSI彩色模型，只对强度分量平滑（原色调和饱和度不变）第四十九页，共六十四页，2022年，8月28日原图像RGB分量图像HSI分量图像第五十页，共六十四页，2022年，8月28日用5×5均值模板平滑滤波(a)RGB分量处理(b)处理强度分量并转换为RGB(c)两种结果的差别第五十一页，共六十四页，2022年，8月28日6.5.2彩色图像锐化

RGB彩色系统中，分别计算每一分量图像的拉普拉斯再去计算全彩色图像

HSI彩色系统中，只计算强度分量的拉普拉斯而色调和饱和度分量不变第五十二页，共六十四页，2022年，8月28日用拉普拉斯进行图像锐化(a)RGB分量处理(b)处理强度分量并转换为RGB(c)两种结果的差别第五十三页，共六十四页，2022年，8月28日6.6彩色分割6.6.1HSI彩色空间分割为了在色调图像中分离出感兴趣的特征区，饱和度被用做一个模板图像。在彩色图像分割中强度图像不常使用，因为它不携带彩色信息。第五十四页，共六十四页，2022年，8月28日(a)原像(b)色调(c)饱和度(d)强度(e)二值饱和度模板(f)(b)*(e)(g)(f)的直方图(h)(a)中红分量的分割第五十五页，共六十四页，2022年，8月28日6.6.2RGB向量空间分割给定—个感兴趣彩色的有代表性的彩色点样品集，可得到一个彩色“平均”估计，令其用RGB向量a来表示。D(z，a)≤D0，包含在球内部和表面上的点符合特定的彩色准则；球外面上的点则不符合准则。

第五十六页，共六十四页，2022年，8月28日样本协方差矩阵D(z，a)≤D0的点的轨道描述了一个实心的三维球体。最大特点是，主轴在最大数据范围的方向旋转。第五十七页，共六十四页，2022年，8月28日使用边界盒，盒的中心在a上，沿每一彩色轴的尺度选择与沿每一个轴取样的标准差成比例，标准差的计算只使用一次样本彩色数据。第五十八页，共六十四页，2022年，8月28日(a)利用矩形区域求平均向量a和标准差σ(a-1.25σ)与(a+1.25σ)之间(b)分割结果第五十九页，共六十四页，2022年，8月28日定义向量为：向量的点乘，如下所示：6.6.3彩色边缘检测

第六十页，共六十四页，2022年，8月28日c(x,y)的最大变化率方向可以由角度给出(x,y)点在θ方向上变化率的值第六十一页，共六十四页，2022年，8月28日(a)RGB图像(b)在RGB彩