第五讲彩色图像处理

第五讲彩色图像处理第1页，共49页，2023年，2月20日，星期一(一)色彩知识简介颜色与视觉颜色：物体将光源投射光反射到人的眼睛中的光刺激作用于人的视觉器官而产生的主观感觉。确定物体的颜色的因素：物体本身(吸收、反射性质)、光源(发出光的性质)、周围环境的颜色、视觉系统差异(如色盲、色弱)。(一)色彩知识简介第2页，共49页，2023年，2月20日，星期一颜色特性从视觉的角度出发，颜色有如下三个特性：色调(Hue),饱和度(Saturation)和亮度(Lightness)。色调：是由于某种波长的颜色光使观察者产生的颜色感觉，每个波长代表不同的色调。它反映颜色的种类，决定颜色的基本特性，例如红色、棕色等都是指色调。饱和度：是颜色强度的度量。对于同一色调的彩色光，饱和度越深颜色越鲜明或者越纯。例如鲜红色的饱和度高，而粉红色的饱和度低；亮度：就是是发射光或物体反射光明亮度程度的量度光的强度，是光给人的刺激的强度。(一)色彩知识简介第3页，共49页，2023年，2月20日，星期一颜色特性从光学的量化角度出发，颜色有如下三个特性:主波长(DominantWavelength)：所见颜色光的波长，对应于色彩；纯度(Purity)：是指颜色的纯度，对应于饱和度；辉度(Luminance)：就是颜色的亮度。(一)色彩知识简介彩色光单色光第4页，共49页，2023年，2月20日，星期一颜色特性从物理学角度出发，光是波长为350nm至780nm电磁波，被我们的视觉系统感知为颜色。光的光谱能量分布不同，感知到的颜色可能不同(一)色彩知识简介第5页，共49页，2023年，2月20日，星期一光的属性光(可见光)：人的视觉系统能感受到的电磁波，波长范围350nm~780nm光谱能量分布白光(一)色彩知识简介第6页，共49页，2023年，2月20日，星期一三基色原理自然界常见的各种颜色光，都可由红(R)、绿(G)、蓝(B)三种颜色按不同的比例相配而成，这就是色度学中最基本的原理——RGB三基色原理。三基色的选择必须遵循一条规律：任一种颜色都不能由其他两种颜色合成。因为人的眼睛对红、绿、蓝这三种色光最敏感，因此，以这三种颜色作为基色相配来获得彩色得到了最为广泛的应用。(一)色彩知识简介第7页，共49页，2023年，2月20日，星期一相加混色(一)色彩知识简介相加混色:指三种色光(红色、绿色和蓝色)，当按照不同的组合将这三种色光添加在一起时，可以生成可见色谱中的所有颜色。添加等量的红色、蓝色和绿色光可以生成白色。完全缺少红色、蓝色和绿色光将导致生成黑色。

计算机的显示器是使用加色原色来创建颜色的设备。红色(100%)+绿色(100%)+蓝色(0%)=黄色红色(100%)+蓝色(100%)+绿色(0%)=洋红绿色(100%)+蓝色(100%)+红色(0%)=青色红色(100%)+绿色(100%)+蓝色(100%)=白色我们称青色、洋红和黄色为红、绿、蓝三色的补色第8页，共49页，2023年，2月20日，星期一相减混色相减混色:利用了滤光特性，即在白光中减去不需要的彩色，留下所需要的颜色，如打印机、颜料等都采用相减混色。当两种以上的色料相混和重叠时，白光就必须减去各种色料的吸收光，其剩余部分的反射色混合结果就是色料混合或重叠产生的颜色。在白光照射下，青色颜料能吸收红色而反射青色，黄色颜料吸收蓝色而反射黄色，洋红颜料吸收绿色而反射洋红。也就是：白色-红色=青色白色-绿色=洋红白色-蓝色=黄色(一)色彩知识简介颜料(黄色+青色)=白色-红色-蓝色=绿色颜料(洋红+青色)=白色-红色-绿色=蓝色颜料(黄色+洋红)=白色-绿色-蓝色=红色

(青色+黄色+洋红)=白色-红色-蓝色-绿色=黑色第9页，共49页，2023年，2月20日，星期一(二)彩色变换模型面向硬件设备的彩色模型诸如彩色显示器或打印机之类的硬件设备 (RGB模型，CMY模型，YIQ模型)面向视觉感知(面向用户)的彩色模型以彩色处理为目的的应用 (HSI模型，Lab模型)(二)彩色变换模型第10页，共49页，2023年，2月20日，星期一面向硬件设备的彩色模型-RGB模型显示彩色图象用RGB相加混色模型颜色＝R(红色的百分比)＋G(绿色的百分比)＋B(蓝色的百分比)(二)彩色变换模型

当三基色等量相加时，得到白色；等量的红绿相加而蓝为0值时得到黄色；等量的红蓝相加而绿为0时得到品红色；等量的绿蓝相加而红为0时得到青色。三基色的大小决定彩色光的亮度，混合色的亮度等于各基色分量亮度之和。三基色的比例决定混合色的色调，当三基色混合比例相同时，是灰色。

第11页，共49页，2023年，2月20日，星期一印刷机或彩色打印机就不能用RGB颜色来印刷或打印，它只能使用一些能够吸收特定的光波而反射其他光波的油墨或颜料来实现。油墨或颜料的三基色是青(cyan)、品红(magenta)和黄(yellow)，简称为CMY。理论上说，任何一种由颜料表现的色彩都可以用这三种基色按不同的比例混合而成，这种色彩表示方法称CMY色彩空间表示法。CMY又写成CMYK。在实际应用中，一幅图像在计算机中用RGB空间或其他空间表示并处理，最后打印输出时要转换成CMY空间表示。面向硬件设备的-CMY模型(二)彩色变换模型从CMY到RGB的转换为:CMY111RGB=-白色第12页，共49页，2023年，2月20日，星期一YIQ颜色模型(NTSC)美国、日本等国家采用的NTSC电视制式选用YIQ彩色空间Y：亮度，I、Q：色度应用：电视传播系统目的：向后兼容黑白电视；节约带宽电视台RGB信号EncoderYIQ信号家庭RGB信号DecoderYIQ信号(二)彩色变换模型第13页，共49页，2023年，2月20日，星期一YIQ模型与RGB模型的关系YIQ=0.2990.5870.1440.596-0.275-0.3210.212-0.5280.311RGBRGB=1.0000.9560.6201.000-0.272-0.6471.000-1.1081.705YIQY=0.5(二)彩色变换模型YIQ第14页，共49页，2023年，2月20日，星期一面向视觉感知的彩色模型-HSI模型HSI（HSB）色彩空间:指从人的视觉系统出发，用色调H（hue）、色饱和度S（saturation或chroma）和亮度I（intensity或brightness或lightness）来描述色彩。两个基本特点：I（B）

分量与图象的彩色信息无关H和S分量与人感受颜色的方式紧密相连(合称色度)(二)彩色变换模型第15页，共49页，2023年，2月20日，星期一HSI

双圆锥图H：色调，0-360度

S：饱和度，0：100%I：亮度，0：100%(二)彩色变换模型亮度值I是沿着圆锥的轴线度量的，沿着圆锥轴线上的点S=0表示完全不饱和的颜色。按照不同的灰度等级，最亮点为纯白色，最暗点为纯黑色。圆锥截面的圆周一圈上的颜色为完全饱和的纯颜色。第16页，共49页，2023年，2月20日，星期一Lab彩色模式Lab模式:既不依赖光线，也不依赖于颜料，其数值描述正常视力的人能够看到的所有颜色。因为Lab描述的是颜色的显示方式，而不是设备（如显示器、桌面打印机或数码相机）生成颜色所需的特定色料的数量，所以Lab被视为与设备无关的颜色模型L：亮度(0~100)A：颜色，从深绿色(底亮度值)到灰色(中亮度值)再到亮粉红色(高亮度值)(127~-128)；B：颜色，从亮蓝色(底亮度值)到灰色(中亮度值)再到黄色(高亮度值)(127~-128)(二)彩色变换模型第17页，共49页，2023年，2月20日，星期一(三)、伪彩色增强-原理

人眼的视觉特性：分辨的灰度级介于十几到二十几级之间；彩色分辨能力可达到灰度分辨能力的百倍以上。

伪彩色增强技术是把黑白图像的各个不同灰度级按照线性或非线性的映射函数变换成不同的彩色，得到一幅彩色图像的技术。使原图像细节更易辨认，目标更容易识别。伪彩色增强的方法主要有密度分割法、灰度级-彩色变换等。(三)伪彩色增强第18页，共49页，2023年，2月20日，星期一密度分割法把黑白图像的灰度级从0（黑）到M0（白）分成N个区间Li(i=1，2，…，N),给每个区间Li指定一种彩色Ci，这样，便可以把一幅灰度图像变成一幅伪彩色图像。该方法比较简单、直观。缺点是变换出的彩色数目有限。(三)伪彩色增强

密度分割平面示意图第19页，共49页，2023年，2月20日，星期一灰度级-彩色变换根据色度学原理，将原灰度图像f(x,y)的灰度范围分段，经过红、绿、蓝三种不同变换TR(•)、TG(•)和TB(•)，变成三基色分量IR(x,y)、IG(x,y)、IB(x,y)，然后用它们分别去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。(三)伪彩色增强变换过程第20页，共49页，2023年，2月20日，星期一(三)伪彩色增强变换函数典型的变换函数第21页，共49页，2023年，2月20日，星期一(三)伪彩色增强2005QuickBird卫星武汉片图像第22页，共49页，2023年，2月20日，星期一2005QuickBird卫星武汉片图像-伪彩色增强图像

密度分割平面示意图

颜色索引表密度分割伪彩色增强实例：第23页，共49页，2023年，2月20日，星期一彩色变换合成实例：2005QuickBird卫星彩色变换增强图像三通道的变换函数第24页，共49页，2023年，2月20日，星期一(四)、假彩色合成原理：是对一幅自然彩色图像或同一景物的多光谱图像，通过映射函数变换成新的三基色分量，彩色合成使感兴趣目标呈现出与原图像中不同的、奇异的彩色。目的：一是使感兴趣的目标呈现奇异的彩色或置于奇特的彩色环境中，从而更引人注目；一是使景物呈现出与人眼色觉相匹配的颜色，以提高对目标的分辨力。(四)假彩色合成第25页，共49页，2023年，2月20日，星期一对于自然景色图像，通用的线性假彩色映射可表示为例如采用以下的映射关系则原图像中绿色物体会呈红色，蓝色物体会呈绿色，红色物体则呈兰色。(四)假彩色合成第26页，共49页，2023年，2月20日，星期一原图RGB三通道图像假彩色合成图1假彩色合成图2RGB新的RGBRGB新的RGB第27页，共49页，2023年，2月20日，星期一(五)彩色平衡(五)彩色平衡图像的三原色“不平衡”

彩色图像所有物体的颜色都偏离了原有的真实色彩。颜色平衡的目的就是纠正偏色，以得到色彩正常的图像。外城.tif花期.tif第28页，共49页，2023年，2月20日，星期一(五)彩色平衡(五)彩色平衡判断偏色的方法：

1.灰平衡检查

2.高饱和度的颜色检查现实中是纯色的物体，在图像中是否有偏色调整方法：ps-图像-调整-色彩平衡第29页，共49页，2023年，2月20日，星期一(五)Photoshop处理实例Ps关于色彩处理的一些工具和命令实例一----六小作业第30页，共49页，2023年，2月20日，星期一Adobe拾色器A.拾取的颜色B.原稿颜色C.调整后的颜色D.“溢色”警告图标E.“非Web安全”警告图标F.“Web颜色”选项G.色域H.颜色滑块I.颜色值Ps关于色彩的工具Web安全颜色是浏览器使用的216种颜色，与平台无关。在8位屏幕上显示颜色时，浏览器将图像中的所有颜色更改成这些颜色。216种颜色是MacOS的8位颜色调板的子集。只使用这些颜色时，准备的Web图片在256色的系统上绝对不会出现仿色。第31页，共49页，2023年，2月20日，星期一Ps关于色彩的工具使用【颜色】调板

【颜色】调板显示当前前景色和背景色的颜色值。使用【颜色】调板中的滑块，可以利用几种不同的颜色模型来编辑前景色和背景色。也可以从显示在调板底部的四色曲线图中的色谱中选取前景色或背景色。

使用【色板】调板

【色板】调板存储您需要经常使用的颜色。可以在调板中添加或删除颜色，或者为不同的项目显示不同的颜色库。

第32页，共49页，2023年，2月20日，星期一Ps关于色彩处理的一些命令Photoshop在“图像/调整”命令的下拉菜单下，提供了一系列命令来帮助调整图像色调和色彩平衡。色彩调整菜单如右图。“色阶”命令：允许通过调整图像的明暗度来改变图像的明暗反差及反差效果，调整图像的色调范围和色彩平衡。“自动色阶”命令：用来调整图像的明暗度。“自动对比度”命令：可以自动调节整幅图像亮部和暗部的对比度。“自动颜色”命令：可以让系统自动对图像进行颜色校正，如图像有色偏或是饱和度过高，均可以使用该命令进行自动调整。“曲线”命令：也是用来调整图像的整个色调范围，但“曲线”命令调节更为精确、细致，可以调整灰阶曲线中的任何一点，而色阶命令只能调整亮部、暗部和中间灰度。色彩调整菜单命令Ps关于色彩的命令第33页，共49页，2023年，2月20日，星期一“色彩平衡”命令：可以进行一般性的色彩校正，简单快捷地调整图像颜色构成，并混合各色彩达到平衡。“亮度/对比度”命令：用来调整图像的亮度和对比度，只能很简单、直观地对图像做较粗略的调整。“色相/饱和度”命令：主要用于改变图像像素的色相、饱和度和明度，而且还可以通过给像素定义新的色相和饱和度，实现给灰度图像上色的功能，或创作单色调效果。“去色”命令：能够去除图像中的饱和色彩，将图像中所有颜色的饱和度都变为0，使之转变为灰度图像。“替换颜色”命令：能让用户围绕要替换的颜色创建一个暂时的蒙板，并用其他颜色替换所选颜色。“可选颜色”命令：可以调整颜色的平衡，使用该命令可以有选择性的在图像某一主色调成份中增加或减少印刷颜色的含量，而不影响该印刷色在其他主色调中的表现，从而对图像的颜色进行调整。“通道混合器”命令：利用此命令可以混合当前通道中的像素与其他颜色通道中的像素，以此来改变主通道的颜色，创建一些其他颜色调整工具不易做到的效果。Ps关于色彩的命令第34页，共49页，2023年，2月20日，星期一Ps关于色彩的命令“渐变映射”命令：主要功能为将预设的几种渐变模式作用于图像，可以自动根据图像中的灰阶数值来填充所选取的渐变颜色。“反相”命令：利用此命令可以反转图像的颜色和色调，将一张正片转换为负片。“色调均化”命令：可以重新分配图像像素的亮度值，使它们能更均匀地表现所有的亮度级别。“阈值”命令：可以将一张灰度图像或彩色图像转变为高对比度的黑白图像。“色调分离”命令：让用户为图像的每个颜色通道定制亮度级别，只要在色阶中输入想要的色阶数，就可以将像素以最接近的色阶显示出来。色阶数越大则颜色的变化越细腻，色调分离的效果不是很明显；相反，色阶数越少效果越明显。“变化”命令：使用户在调整图像、选取范围或图层的色彩平衡、对比度和饱和度的同时，很容易的在预览图像或选取调整前和调整后的缩略图，使调节更为精确、方便。第35页，共49页，2023年，2月20日，星期一Photoshop实例实例一：认识颜色模式实例二：伪彩色增强实例三：假彩色合成实例四：彩色平衡实例五：褪色变鲜艳实例六：修补照片-抹去小桥行人中的行人实例七：修补工具去斑实例八：嵌入融合第36页，共49页，2023年，2月20日，星期一实例一：认识颜色模式三基色原理索引色颜色模式颜色模式-RGB颜色模式-Lab颜色模式-CMYKPs实例第37页，共49页，2023年，2月20日，星期一三基色原理新建一个800*600像素，颜色模式为RGB，背景内容为透明的新文件。使用画笔工具，选取RGB(255,0,0)红色，在当前图层点一下得到一个红色的圆。新建图层，同样方法得到一个绿色的圆。再新建图层，画出一个蓝色的圆。设置这两层图层混合模式为“滤色”。选择移动工具，设置属性为“自动选择”，“图层”。移动圆，观察相加混色效果。第38页，共49页，2023年，2月20日，星期一索引色颜色模式打开5.jpg，点击图像-模式-索引颜色。把当前图像颜色转换为最多只有256种颜色的索引色图像。（网页上常见的.gif图像就是索引色图像）“调板”实际：小于256色可选；系统：使用系统定义好的调色板；局部：适用于人眼的调色板。“颜色”：8,16,32,256越大越丰富。“强制”：强制加入某种颜色。“仿色”：对表中没有的颜色使用表中颜色取代或近似。图像-模式-颜色表，查看索引色调色板。第39页，共49页，2023年，2月20日，星期一实例二：伪彩色增强1.密度分割法打开2005qb4.bmp，观察其索引色模式，在该模式下，图层命令不可用。执行图像-模式-颜色表，为不同灰度等级设置颜色，观察伪彩色增强图像效果。Ps实例第40页，共49页，2023年，2月20日，星期一实例二：伪彩色增强2.灰度级彩色变换打开2005qb4.bmp，执行图像-模式-RGB颜色，执行图像-调整-曲线，设置红、绿、蓝通道变换曲线如下图，点击确定。Ps实例红通道灰度变换绿通道灰度变换蓝通道灰度变换Tip：可以设置其它的变换曲线，进行伪彩色增强，观察合成效果。第41页，共49页，2023年，2月20日，星期一实例三：假彩色合成打开花.jpg，查看“通道”控制面板，选择面板菜单，点击分离通道，得到花._R.jpg;花._G.jpg;花._B.jpg;文件。点击通道控制面板菜单中的合并通道，选择模式为RGB颜色，确定，合并RGB通道中指定通道为如图所示，确定，查看最终图像效果。Ps实例Tip：可以设置其它的通道组合方式，观察合成效果。第42页，共49页，2023年，2月20日，星期一实例四：彩色平衡打开甜蜜的微笑.tif，执行图像-调整-色彩平衡命令，设置参数如图，确定。执行图像-调整-色阶命令，设置参数如图，确定，得到最终效果。Ps实例Tip：参数的设置来自于经验和艺术感。第43页，共49页，2023年，2月20日，星期一实例五：褪色变鲜艳打开褪色照片.tif，执行图像-调整-色相饱和度命令，设置参数如图，确定。执行图像