数字图像处理课件

Chapter 6 Color Image ProcessingChapter 6 Color Image ProcessingChapter 6 Color Image Processing科学家&艺术家论颜色准确地说，光线是没有颜色的。它所拥有的只是引起这样或者那样颜色知觉的能量分布。Newton,Sir Isaac（1642-1727）For a long time I limited myself to one coloras a form of disciplinePablo Picasso（1881-1973）Chapter 6 Color Image Processing颜 色现代心理学研究表明：颜色颜色是人类认知系统对物体表面、光照以及视觉环境的综合反映。缺少了其中的任何一个，都不会有颜色感觉。Lightness and color are field phenomena,not point phenomena.-Edwin H.Land.Chapter 6 Color Image Processing6.1 Color Fundamentals1666年Newton发现棱镜的色散现象Chapter 6 Color Image Processing电磁波谱中可见光波长范围不同色光之间过渡平滑Chapter 6 Color Image Processing在人眼视网膜上 两种人眼感光细胞：锥状，彩色、昼视觉。700万个细胞杆状，灰色、夜视觉。7500万1.5亿个细胞 锥状细胞进一步分为3种。感蓝蓝,感绿绿,感红红Chapter 6 Color Image Processing人眼锥状体(R,G,B)的光线吸收是波长函数,1956年测得的吸收率波谱Chapter 6 Color Image Processing1931年CIE定义的标准三原色三原色波长Blue=435.8nm，Green=546.1nm,Red=700nm(与上述锥状体吸收率的波峰有差异)Chapter 6 Color Image ProcessingColor Imaging 彩色成像民用数码相机常用Chapter 6 Color Image Processing专业数码相机常用,3CCD和棱镜分光Chapter 6 Color Image Processing仅适合于静物摄影Chapter 6 Color Image Processing光线和颜料的原色和合成色参考白参考白R=G=B=1加加色色合合成成减减色色合合成成Chapter 6 Color Image ProcessingXYZ三刺激值 CIE_RGB不能合成所有可见光谱的颜色.比色法Chapter 6 Color Image Processing 为克服RGB的不足，CIE定义了与设备无关的XYZ颜色空间:CIEBGRZYX990.0010.0000.0011.0813.0177.0200.0310.0490.0Chapter 6 Color Image ProcessingCIE_xy色度图x=X/(X+Y+Z)y=Y/(X+Y+Z)z=Z/(X+Y+Z)=1-x-yx+y+z=1x,y即可决定z参考白为X=Y=Z=1 x=y=1/3Chapter 6 Color Image ProcessingChapter 6 Color Image ProcessingRGB与XYZChapter 6 Color Image ProcessingRGB2XYZNTSCBGRZYX117.1066.0000.0114.0587.0299.0200.0174.0607.0Y分量常作为从RGB图像到灰度图像的转换式.Chapter 6 Color Image Processing任何颜色都可以由XYZ的正加权系数线性合成CIE_XYZ颜色空间的三刺激值敏感度曲线Chapter 6 Color Image Processing Name colors Define color mixing Define and compare color gam Chapter 6 Color Image Processing两色相加时,所产生的新色在它们的连线上.A=tC+(1 t)B where B is a spectral color比值 AC/BC is excitation purity of AChapter 6 Color Image Processing6.2 Color Models (Color Space/System)RGB是加色/色光合成CIE_RGB的参考白为R=G=B=1 Chapter 6 Color Image ProcessingFig.6.8 RGB24-Bit Color CubeChapter 6 Color Image Processinga.彩色剖面产生的彩色图像b.色立体的3个隐藏面Chapter 6 Color Image ProcessingWeb Safe ColorRGB分量 的有效值：216种安全的RGB彩色：在256色中的灰色，其中带下划线的属WSCChapter 6 Color Image Processing6*6*6=216色Fig 6.11 The RGB safe-color cube颜色不准确Chapter 6 Color Image ProcessingCMY&CMYK Color ModelsBGRYMC111用K来代替等量的C,M,Y,称为undercolor remove.更黑，省墨。K=min(C,M,Y);C=C-KM=M-KY=Y-KChapter 6 Color Image ProcessingChapter 6 Color Image ProcessingChapter 6 Color Image ProcessingHSI Color ModelHue,Saturation,IntensityHSV,VolumeBGRV31BGRI31Chapter 6 Color Image Processing某个Intensity平面上的Hue和 Saturation：H是角度，S是矢量长度Chapter 6 Color Image Processing),min(31BGRBGRS)()(22cos2BGBRGRBGRHBGRI31RGB2HSI:Where:H=if BGHSI2RGB,page299-300Chapter 6 Color Image ProcessingHSIChapter 6 Color Image ProcessingHSIChapter 6 Color Image Processing 改变HIS成分及其合成图Chapter 6 Color Image Processing6.3 Pseudocolor Image Processing灰度分层伪彩色伪彩色Chapter 6 Color Image Processing6.3.1 灰度分层法(a)灰度分层L(灰度)C(彩色)Chapter 6 Color Image Processing灰度分层实例1：Chapter 6 Color Image Processing灰度分层实例1：焊接缝的X线图像Chapter 6 Color Image Processing6.3.2 变换法 (b)灰度映射函数LGL(灰度)LBLRChapter 6 Color Image Processing密度分层实例2：Chapter 6 Color Image Processing密度分层实例3：世界平均月降雨量南美Chapter 6 Color Image Processing灰阶到彩色的变换灰阶到彩色的变换实例4：伪彩色图像处理的功能模块图Chapter 6 Color Image Processing伪伪彩色增强彩色增强灰阶到彩色的变换灰阶到彩色的变换机场机场X光扫描图像：光扫描图像：带塑料炸弹(b)(c)图6.24(a)Chapter 6 Color Image Processing利用各正弦型的相位和频率变化，可以用彩色(分量）来增强不同灰度范围 图6.25表示所用的（多对一多对一）转换。这些正弦形函数包含峰值附近的相对不变值的区域，以及谷底附近的变化强烈的区域。每个正弦形的相位和频率变化可以用彩色(分量）来增强灰度的范围。例如，如果所有3个变换有相同的相位和频率，输出图像将是单色的。3个变换之间相位的小变化会使那些灰度级对应峰值的像素产生很小的变化，特别是正弦形低频时。对应正弦形陡峭区域的像素灰度值被赋予更强的彩色，作为由于相位间位移引起的3个正弦形幅值间的显著差异的效果。Chapter 6 Color Image Processing 图6.24(b)的图像是用图6.25(a)的变换函数获得的。注意炸弹和背景具有相当不同的灰度值，但是由于正弦波的周期性，它们都用近似的色彩编码。图6.24(c)的图像是用图6.25(b)的变换函数获得的。这时炸弹和衣袋灰度波段用相似的变换映射，因此实际上得到相同的色彩。注意，这使得观察注意，这使得观察者能够看透炸弹。者能够看透炸弹。背景采用与图6.24(b)基本相同的映射，产生几乎相同的彩色。Chapter 6 Color Image Processing可以用不同相位差和频率进行变色观察炸弹、衣物和背景的X线灰度值不同，而且相对固定。图6.24(b)用：图6.24(c)用：Chapter 6 Color Image Processing6.3.3 不同单色图像对应不同彩色波段：Chapter 6 Color Image Processing华盛顿特区多光谱卫片：a.b.c.d.e.f.e真彩色合成e.=a.+b.+c.f假彩色假彩色合成f.=d.+b.+c.Chapter 6 Color Image Processing假彩色合成飞船多通道照片：木卫Io合适的波段与彩色合适的波段与彩色组合可反映木卫表组合可反映木卫表面的化学成分和阳面的化学成分和阳光反射。光反射。如下图的红色是活火山喷出物，黄色是旧的硫磺沉积。Chapter 6 Color Image Processing彩色像素：c(x,y)=R(x,y),G(x,y),B(x,y)T两种基本方法(不一定等效)：分量图像分别处理，然后合成彩色图像；直接对彩色像素(向量）处理。6.4 Basics of Full-Color Image Processing两种基本方法等效的2条件：处理过程对标量标量(分量图像)和向量向量(彩色图像)均可用；对向量各分量的运算独立各分量的运算独立于其他分量。Chapter 6 Color Image Processing6.4 全彩色图像处理基础一种等效的平滑模板算法Chapter 6 Color Image Processing6.5 Color Transformations处理单幅图内各分量),(),(yxfTyxgnirrrTsnii,2,1),(21n是彩色模型的维数。下式说明：在某一个彩色分量上的输出是各个彩色分量的函数。Chapter 6 Color Image Processing6.5 Color TransformationsCMYKRGBHSI处理单幅图内各分量Chapter 6 Color Image Processing用彩色变换调整图像的强/亮度不同彩色空间需要不同的变换函数IH,S修改：Chapter 6 Color Image Processing理论上，任何变换可在任何彩色模型中进行。理论上，任何变换可在任何彩色模型中进行。实际上，实际上，有些运算更适合于在特定彩色模型中有些运算更适合于在特定彩色模型中。对给定的变换，到实现该变换的彩色空间的转换代价必须考虑。例如，要修正亮度，g(x,y)=kf(x,y),其中0k10%(f)=(b)*(e)，一定浓度的紫红(b)=H,紫红的H值高(d)=I，不用(h)=(f)90%Chapter 6 Color Image Processing球形，欧氏距L2椭球，马氏距长方体，方差为边长，棋盘距在RGB向量空间的分割Chapter 6 Color Image Processing在RGB空间中彩图分割（用选区的均值和方差）Chapter 6 Color Image Processing彩色边缘检测 d图与h图在中点上的梯度相同，但d图中的应该比h图的强。因此，应该也考虑到梯度的方向，不能简单地由各分量的梯度幅值组合Chapter 6 Color Image Processing分量边缘的叠加：彩色向量边缘C图与d图的差异Chapter 6 Color Image Processing图6.46c的GRB分量边缘Chapter 6 Color Image Processing用DIPUM作出的实况图像,ColorgradChapter 6 Color Image Processing灰度与彩色边缘的比较陈锻生、刘政凯，彩色图像边缘特征及其人脸检测性能评价.软件学报2005.5Chapter 6 Color Image Processing6.8 彩色图像中的噪声照明较弱的分量倾向于有更多的噪声RGB分量分别有高斯噪声，但是合成后的彩图中的噪声较不明显Chapter 6 Color Image Processing将上图d转换到HSI中,噪声在HS中比在I中明显，原因在变换式。Chapter 6 Color Image Processinga仅在G分量中有椒盐噪声，但是变换到HSI后影响到各分量。Chapter 6 Color Image Processing6.9 彩色图像压缩原图24bitJPEG2000Chapter 6 Color Image Processing上机作业:利用彩色分层技术进行肤色检测。