彩色圖像處理.ppt

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1、第9章彩色圖像處理9.1色度學(xué)基礎(chǔ)與顏色模型9.2顏色變換9.3平滑與銳化9.4彩色圖像處理的應(yīng)用9.1色度學(xué)基礎(chǔ)與顏色模型9.1.1色度學(xué)基礎(chǔ)灰度圖像的像素值是光強(qiáng),即二維空間變量的函數(shù)f(x,y)。如果把灰度值看成是二維空間變量和光譜變量的函數(shù)f(x,y,λ),則為多光譜圖像,也就是通常所說的彩色圖像。計(jì)算機(jī)顯示一幅彩色圖像時(shí),每一個(gè)像素的顏色是通過三種基本顏色(紅、綠、藍(lán))合成的,即利用了最常見的RGB顏色模型。要理解顏色模型,首先應(yīng)了解人的視覺系統(tǒng)。1.三色原理   在人的視覺系統(tǒng)中存在著桿狀細(xì)胞和錐狀細(xì)胞兩種感光細(xì)胞。桿狀細(xì)胞為暗視器官,主要功能是辨別亮度信息;錐狀細(xì)

2、胞是明視器官,在照度足夠高時(shí)起作用,其功能是分辨顏色。錐狀細(xì)胞將電磁光譜的可見部分分為三個(gè)波段:紅、綠、藍(lán)。由于這個(gè)原因,這三種顏色被稱為三基色,圖9-1表示了人類視覺系統(tǒng)三類錐狀細(xì)胞的光譜敏感曲線。圖9-1人類感光細(xì)胞的敏感曲線根據(jù)人眼的結(jié)構(gòu),所有顏色都可看做是三種基本顏色——紅(Red,R)、綠(Green,G)和藍(lán)(Blue,B)按照不同的比例組合而成的。國(guó)際照明委員會(huì)(CIE)早在1931年就規(guī)定三種基本色的波長(zhǎng)分別為R:700nm,G:546.1nm,B:435.8nm。   一幅彩色圖像的像素值可看做是光強(qiáng)和波長(zhǎng)的函數(shù)值f(x,y,λ),但實(shí)際使用時(shí),將其看做是一幅

3、普通二維圖像,且每個(gè)像素有紅、綠、藍(lán)三個(gè)灰度值會(huì)更直觀些。2.顏色的三個(gè)屬性   顏色是外界光刺激作用于人的視覺器官而產(chǎn)生的主觀感覺。顏色分兩大類:非彩色和彩色。非彩色是指黑色、白色和介于這兩者之間深淺不同的灰色,也稱為無色系列。彩色是指除了非彩色以外的各種顏色。顏色有三個(gè)基本屬性,分別是色調(diào)、飽和度、亮度?;谶@三個(gè)基本屬性,提出了一種重要的顏色模型HSI(Hue,Saturation,Intensity)。在HSI顏色模型部分,將詳細(xì)介紹這三個(gè)基本屬性。9.1.2顏色模型為了科學(xué)地定量描述和使用顏色,人們提出了各種顏色模型。目前常用的顏色模型按用途可分為三類:計(jì)算顏色模型、

4、視覺顏色模型和工業(yè)顏色模型。   計(jì)算顏色模型用于進(jìn)行有關(guān)顏色的理論研究。常見的RGB模型、CIEXYZ模型、Lab模型等均屬于此類型。視覺顏色模型是指與人眼對(duì)顏色感知的視覺模型相似的模型,它主要用于色彩的理解,常見的有HSI模型、HSV模型和HSL模型。   工業(yè)顏色模型側(cè)重于實(shí)際應(yīng)用,包括彩色顯示系統(tǒng)、彩色傳輸系統(tǒng)及電視傳輸系統(tǒng)等。如印刷中用的CMYK模型、電視系統(tǒng)用的YUV模型、用于彩色圖像壓縮的YCbCr模型等。1.RGB模型RGB模型采用CIE規(guī)定的三基色構(gòu)成表色系統(tǒng)。自然界的任一顏色都可通過這三種基色按不同比例混合而成。由于RGB模型將三基色同時(shí)加入以產(chǎn)生新的顏色,

5、所以,它是一個(gè)加色系統(tǒng)。   設(shè)顏色傳感器把數(shù)字圖像上的一個(gè)像素編碼成(R,G,B),每個(gè)分量量化范圍為[0,255]共256級(jí)。因此,RGB模型可以表示28×28×28=224=256×256×256=16777216≈1670萬種顏色。這足以表示自然界的任一顏色,故又稱其為24位真彩色。一幅圖像中的每一個(gè)像素點(diǎn)均被賦予不同的RGB值,便可以形成真彩色圖像,如紅色(255,0,0)、綠色(0,255,0)、藍(lán)色(0,0,255)、青色(0,255,255)、品紅(255,0,255)、黃色(255,255,0)、白色(255,255,255)、黑色(0,0,0)等,等比例混合

6、三基色產(chǎn)生的是灰色。RGB顏色模型可用一個(gè)三維空間中的單位立方體來表示,如圖9-2所示。圖9-2RGB顏色模型單位立方體在RGB立方體中,所有數(shù)據(jù)都進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化,其取值范圍為[0,1]。原點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的顏色為黑色,它的三個(gè)分量值都為零。距離原點(diǎn)最遠(yuǎn)的頂點(diǎn)對(duì)應(yīng)的顏色為白色,它的三個(gè)分量值都為1。從黑到白的灰色分布在這兩個(gè)點(diǎn)的連線上,該線稱為灰色線。立方體內(nèi)其余各點(diǎn)對(duì)應(yīng)不同的顏色。彩色立方體中有三個(gè)角對(duì)應(yīng)于三基色紅、綠、藍(lán),剩下的三個(gè)角對(duì)應(yīng)于三基色的補(bǔ)色,即青色(藍(lán)綠色)、品紅(紫色)、黃色。RGB模型與顯示器等設(shè)備有著很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系,RGB顯示器中,有三種熒光粉能夠分別發(fā)射出紅、綠、

7、藍(lán)三種顏色,三個(gè)相鄰的熒光點(diǎn)構(gòu)成了一個(gè)像素,這些熒光點(diǎn)受到三束強(qiáng)度分別為c1、c2、c3的電子束的轟擊,會(huì)發(fā)出不同的亮度,通過物理上的疊加或混合,便可顯示出相應(yīng)的顏色。2.CIEXYZ模型   采用RGB模型表示各種不同顏色時(shí),存在有負(fù)值表示顏色。為此,CIE1931年制定了XYZ模型,其中,X、Y、Z分別表示三種標(biāo)準(zhǔn)原色。對(duì)于可見光中的任一種顏色F,可以找到一組權(quán)值使:(9-1)式中:x、y、z稱為標(biāo)準(zhǔn)計(jì)色系統(tǒng)下的色度坐標(biāo),可表示為(9-2)顯然,x+y+z≡1。x、y、z中,只有兩個(gè)是相

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