09第六章 彩色图像处理

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第六章 彩色图像处理,*,彩色图像处理,6.1,引 言,彩色图像提供了比单色图像更丰富的信息。,人眼的视觉特性：,能够分辨的灰度级介于十几到二十几级之间；,但是对彩色的分辨能力可达到灰度分辨能力的,上百倍以上。,6.2,彩色变换及其应用,一、,RGB,三基色,国际照明委员会（,CIE,）,规定以,700nm(,红,),、,546.1nm(,绿,),、,435.8nm(,蓝,),三个色光为三基色。自然界的所有颜色都可以通过选用这三基色按不同比例混合而成。,黄,(1,1,0),黑,(0,0,0),绿,(0,1,0),青,(0,1,1),蓝,(0,0,1),品红,(1,0,1),白,(1,1,1),红,(1,0,0),一、,RGB,三基色,红绿蓝三基色按照比例混合可以得到各种颜色，其配色方程为：,C=,aR+bG+cB,a,b,c0,黄,(1,1,0),黑,(0,0,0),绿,(0,1,0),青,(0,1,1),蓝,(0,0,1),品红,(1,0,1),白,(1,1,1),红,(1,0,0),一、,RGB,三基色,把三基色按不同比例相加进行混色称为相加混色。,其中：,红色,+,绿色,=,黄色,红色,+,蓝色,=,品红,绿色,+,蓝色,=,青色,红色,+,绿色,+,蓝色,=,白色,称黄色、品红、青色为相加二次色。,彩色加法系统,利用3基色叠加可,产生光的3补色,：,品红,（,M,magenta，,即红加蓝）、,蓝绿,（,C,cyan，,即绿加蓝或称,青,）、,黄,（,Y,yellow，,即红加绿）。按一定的比例混合3基色或,将,1,个补色与相对的基色混合就可以产生白色。光的混合满足加色定理。,一、,RGB,三基色,三基色原理：,1,、自然界中的可见颜色都可以用这三基色按一定比例混合得到。,2,、三基色彼此之间,相互独立,。任何一种都不能用另外两种混合得到。,3,、三基色之间的混合比例直接决定,混合色调的饱和度,。,4,、,混合色的亮度,等于各个基色的亮度之和。,对于强度相同的不同单色光，人眼的主观亮度感觉不同，相同亮度的三基色，人眼的感觉是：,绿色光,的亮度最亮，,红色光,其次，,蓝色光,最弱。,如果用,Y,表示白色：,根据,NTSC,（美国国家电视制式委员会）电视制式：,Y=0.299R+0.587G+0.114B,而根据,PAL,（相位逐行交变）电视制式：,Y=0.222R+0.707G+0.071B,二、,HSI,模型,HSI,（,Hue-Saturation-Intensity,）模型用,H,、,S,、,I,三参数描述颜色特性。,H,定义颜色的波长，称为,色调,S,定义颜色的深浅程度，称为,饱和度,I,表示颜色的,亮度,HSI,模型反映了人的视觉对,颜色色彩的感觉。,黑,白,I,S,H,H,：由角度表示。反映了该颜色最接近哪种光谱波长。,0,为红色，,120,为绿色，,240,为蓝色。,0,到,360,覆盖了所有可见光谱的颜色（红橙黄绿蓝青紫）。,S,：饱和度越高，颜色越深，如深红，深绿，深蓝。,饱和度的参数是,色环的原点到彩色点的半径的长度,。,在外环上是纯的颜色，其饱和度值为,1,。在中心轴上是中性（灰色）影调，饱和度为,0,。,在,HSI,模型中，,色调,H,和,饱和度,S,包含了颜色的信息，而,亮度,I,与颜色信息无关。,二、,HSI,模型,黑,白,I,S,H,I,：表示光照强度或称为亮度，其大小由物体的反射系数决定。它确定了颜色的整体亮度，而不管其颜色是什么。,三、,HSI,与,RGB,的相互转换,1,、,RGB,到,HSI,的变换,(,正变换）,2,、,HIS,到,RGB,的转换（反变换）,2,、,HIS,到,RGB,的转换（反变换）,2,、,HIS,到,RGB,的转换（反变换）,彩色图像处理,彩色图像处理可分为两个主要领域：,1,、真彩色处理,2,、伪彩色处理,真,彩色处理：被处理的对象一般本身就是彩色图像，是从全彩色传感器中获得。,伪彩色处理：将黑白图像或者灰度图像转化为彩色图像。,一、真彩色增强,真彩色增强目的：,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；,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。,一、真彩色增强,一幅彩色图像另一幅彩色图像,，以,达到增强对比度,的目的。,改变彩色,一张三基色彩色图像另一彩色空间,如：蓝天红色，绿草地蓝色等，以引起观察者对它更注意。,彩色图像增强,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。,？,二 伪彩色增强,伪彩色增强是把,灰度图像,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：,1,、密度分割法,2,、灰度级一彩色变换法,3,、频率域伪彩色增强法,二 伪彩色增强,伪彩色是一种,彩色映射,。,由于人眼对黑白灰度等级的分辨力有限（约,20,余种）,但可分辨数千种不同色度与不同亮度的彩色。,伪彩色技术：,黑白图像彩色图像，可提高图像鉴别度，有利于对图像的分析。,像素的映射：,黑白彩色，像素的空间位置不变。,1,、密度分割法：灰度分层法,图,6-15,密度切割分层空间示意图,灰度图像,：,0f(x,y)L,k+1,灰度级：,L,0,L,1,L,2,L,k-1,L,k,映射成,k,段：,C,1,C,2,C,k-1,C,k,K,种彩色,优点：此法直观、简单。仅用硬件就能实现。,不足：映射彩色的种类不多。所得到的伪彩色图像色彩生硬，量化噪声大（即分割误差）。,图,6-16,密度切割分层平面示意图,图,6,17,伪彩色增强效果,（,a,）灰度图像,（,b,）伪彩色图像,2,、灰度级,-,彩色变换法,根据三基色原理，绝大部分,彩色,都可以,用三基色红、绿、蓝按不同比例合成。,把图像中的每个象元，按其灰度值独立地进行三种不同的彩色变换 电子枪 彩色显示（彩色图像）。,(,见图,6-18,）,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,TR(),、,TG(),和,TB(),，变成三基色分量,IR(x,y,),、,IG(x,y,),、,IB(x,y,),，,即：,2,、灰度级,-,彩色变换法,图,6-18,伪彩色变换,可知，,f(x,y,)=0;,f(x,y,)=L/2;,f(x,y,)=L,蓝色,绿色,红色,其它为混合色。,为增强变换的效果，事先可对原图像进行一系列其它增强处理，例如：先进行一次直方图均衡化等等。,是一种在频率域进行伪彩色处理的技术，与图像的灰度级无关，取决于图像中不同空间频率域成分,。,如,为了突出图像中高频成分（图像细节）将其变为红色，只要将红色通道滤波器设计成高通特性即可。,4.,频率域伪彩色增强,频域的伪彩色处理,4.,频率域伪彩色增强,频率域伪彩色增强的方法是：,把灰度图像经傅立叶变换到频率域，在频率域内,用三个不同传递特性的滤波器,分离成三个独立分量；,然后对它们进行逆傅立叶变换，便得到三幅代表不同频率分量的单色图像，接着对这三幅图像作进一步的处理（如直方图均衡化）,最后将它们,作为三基色分量,分别加到彩色显示器的红、绿、蓝显示通道，得到一幅彩色图像。,(2),频域的伪彩色处理的流程图：,图,6-38,频率域伪彩色增强处理,三个频段可由低通，带通（阻）和高通滤波器获得，附加处理为其它增强处理，如直方图均衡化等。,低通、带通、带阻滤波器组合实现伪彩色增强,（,a,）灰度图像,（,b,）红通道输入,（,c,）绿通道输入,（,d,）蓝通道输入,图,频率域伪彩色增强原理及效果,a b c d e f,右图从,(,a),(,d,),是,4,个波段的华盛顿的光谱卫星图象,，包括托马克河部分。前,3,幅分别是可见光红、绿、蓝图象，第,4,幅,(,图,(d),是近红外图象。,图,(e),是,(a),、,(b),、,(c)3,幅合成的真彩色图象，但不好辨读。,图,(f),是,由图,(d),、图,(b),、图,(c),合成的伪彩色增强图象，,由于近红外波段对场景的生物分量有较强反应,，所以能较清楚地区分生物,(,红色,),和场景中人造目标，如混凝土和柏油路,(,浅蓝色,),。,图,(a),是,木星的伪彩色图象,，是由,Galileo,宇宙飞船的几幅多光谱图象组合而成的伪彩色图象，其中一些是人眼不可见的频谱范围；,图,(b),是,木星表面放大的图象,，图中的伪彩色，亮红色表示从火山所喷出的物质，而周围黄色物质是陈旧的硫沉积物。这种图传递的信息比单独分析分量图要快得多。,本章小结,彩色增强：,真彩色增强,伪彩色增强：,1,、密度切割法；,2,、灰度级,-,彩色变换,3,、查表法；,4,、用频率滤波法实现伪彩色增强,