第十讲彩色图像处理课件.ppt

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1、第十讲彩色图像处理第1页，此课件共50页哦n 颜色视觉颜色视觉彩色图像处理的动机：彩色图像处理的动机：1、颜色是一个强有力的描绘子，它常常可简化目标物的区分及从、颜色是一个强有力的描绘子，它常常可简化目标物的区分及从场景中抽取目标；场景中抽取目标；2、人可以辨别几千种颜色色调和亮度，与此相对比的是，人眼、人可以辨别几千种颜色色调和亮度，与此相对比的是，人眼只能辨别几十种灰度层次。只能辨别几十种灰度层次。彩色基础彩色基础 人感受到的物体颜色主要取决于人感受到的物体颜色主要取决于反射光反射光的特性，所以如果物体的特性，所以如果物体比较均衡地反射各种光谱，则物体看起来是白色的。而如果物比较均衡地反射

2、各种光谱，则物体看起来是白色的。而如果物体对某些光谱反射得较多，则物体看起来就呈现相对应的颜色体对某些光谱反射得较多，则物体看起来就呈现相对应的颜色。第2页，此课件共50页哦1、基色与补色、基色与补色光的所有颜色都可看作是由以下三个基本颜色组合成。光的所有颜色都可看作是由以下三个基本颜色组合成。基色基色 波长波长 补色补色 红（R,red）700nm 青(C,cyan，绿+蓝)绿（G,green）546.1nm 品红（M,magenta，红+蓝）蓝（B,blue）435.8nm 黄（Y,yellow，红+绿）按一定的比例混合按一定的比例混合3 3基色或者将一个补色与相对的基色混合就可基色或者将

3、一个补色与相对的基色混合就可以产生白色。以产生白色。第3页，此课件共50页哦 基色基色+补色补色=红红+绿绿+蓝蓝=白白 第4页，此课件共50页哦颜料：基色是指吸收一种光基色并让其他颜料：基色是指吸收一种光基色并让其他2种光基色反射的颜色。种光基色反射的颜色。基色基色 补色补色 品红（红品红（红+蓝蓝）绿绿 青（绿青（绿+蓝蓝）红红 黄（红黄（红+绿绿）蓝蓝以一定的比例混合颜料的以一定的比例混合颜料的3基色或者将一个补色与相对应的基色混合就可基色或者将一个补色与相对应的基色混合就可以得到黑色。以得到黑色。第5页，此课件共50页哦基色基色+补色补色=品红品红+青青+黄黄=黑黑第6页，此课件共50

4、页哦2、颜色表示法：、颜色表示法：（1）分量表示法：）分量表示法：a.HSI表示法：表示法：色调色调(Hue)：观察者接收的主要颜色。观察者接收的主要颜色。如：说物体为红色、橘黄色、黄色时，如：说物体为红色、橘黄色、黄色时，是指它的色调。是指它的色调。饱和度饱和度(Saturation)：颜色的纯度，与所颜色的纯度，与所 加白光成反比。如：粉红（红加白光成反比。如：粉红（红+白）和白）和 淡紫色（紫淡紫色（紫+白）是欠饱和的。白）是欠饱和的。亮度亮度(Intensity)：色彩明亮度。色彩明亮度。颜色颜色彩色彩色色调与饱和度一起称为彩色，因此，颜色用亮度和彩色表征。色调与饱和度一起称为彩色，因

5、此，颜色用亮度和彩色表征。第7页，此课件共50页哦b.RGB表示法：表示法：如果形成任何特殊颜色的红、绿、蓝的量称做三色值，并分别如果形成任何特殊颜色的红、绿、蓝的量称做三色值，并分别表示为表示为X,Y,Z。一种颜色由三色值系数定义为：。一种颜色由三色值系数定义为：1zyxZYXZzZYXYyZYXXxZYX三色值系数蓝：绿：红：颜色第8页，此课件共50页哦(2)色度图法：色度图法：确定颜色的另一种方法是用确定颜色的另一种方法是用CIE色度图。该图以色度图。该图以x（红（红）和）和y（绿）表示颜色组成（绿）表示颜色组成，对于，对于x和和y的任何值，其相的任何值，其相应的蓝值可由公式得到（见应的

6、蓝值可由公式得到（见右图），图中标记为绿的点右图），图中标记为绿的点有有62的绿和的绿和25的红成分的红成分，由公式得到蓝的成分约为，由公式得到蓝的成分约为13。第9页，此课件共50页哦从观察可知：从观察可知：u 色度图中每点都对应一种可见的颜色；色度图中每点都对应一种可见的颜色；u 色度图边界上的点代表纯颜色；色度图边界上的点代表纯颜色；u 白色的等能量点白色的等能量点C由由3原色各原色各1/3组合而成；组合而成；u 颜色点颜色点P的色调：由的色调：由CP连线与色度图边界交点连线与色度图边界交点Q决定；决定；u 颜色点颜色点P的饱和度：由的饱和度：由CP/CQ决定；决定；u 三角形内的任意颜

7、色由三角形三顶点上的三色组合而成。三角形内的任意颜色由三角形三顶点上的三色组合而成。第10页，此课件共50页哦 颜色模型颜色模型1、RGB模型：模型：面向硬件的模型。面向彩色显示器、彩色视频摄像面向硬件的模型。面向彩色显示器、彩色视频摄像机。根据这个模型，每幅彩色图包括机。根据这个模型，每幅彩色图包括3个独立的基色平面。个独立的基色平面。第11页，此课件共50页哦function rgbcube(vx,vy,vz)%RGBCUBE DISPLAY an RGB cube on the MATLAB desktop.%RGBCUBE(VX,VY,VZ)displays an RGB color

8、cube,viewed from point%(VX,VY,VZ).With no input arguments,RGBCUBE uses(10,10,4)%as the default viewing coordinates.To view individual color%planes,use the following viewing coordinates,where the first%color in the sequence is the closest to the viewing axis,and the 第12页，此课件共50页哦%other colors are as

9、seen from that axis,proceeding to the right%(or above),and then moving clockwise.%-%COLOR PLANE (vx,vy,vz)%-%Blue-Magenta-White-Cyan (0,0,10)%Red-Yellow-White-Magenta (10,0,0)%Green-Cyan-White-Yellow (0,10,0)%Black-Red-Magenta-Blue (0,-10,0)%Black-Blue-Cyan-Green (-10,0,0)%Black-Red-Yellow-Green (0,

10、0,-10)%Set up parameters for function patch.第13页，此课件共50页哦vertices_matrix=0 0 0;0 0 1;0 1 0;0 1 1;1 0 0;1 0 1;1 1 0;1 1 1;faces_matrix=1 5 6 2;1 3 7 5;1 2 4 3;2 4 8 6;3 7 8 4;5 6 8 7;colors=vertices_matrix;%The order of the cube vertices was selected to be the same as%the order of the(R,G,B)colors(e.

11、g.,(0,0,0)corresponds to%black,(1,1,1)corresponds to white,and so on.)%Generate RGB cube using function patch.patch(Vertices,vertices_matrix,Faces,faces_matrix,.FaceVertexCData,colors,FaceColor,interp,.EdgeAlpha,0)%Set up viewing point.第14页，此课件共50页哦if nargin=0 vx=10;vy=10;vz=4;elseif nargin=3 error(

12、Wrong number of inputs.)endaxis offview(vx,vy,vz)axis square第15页，此课件共50页哦第16页，此课件共50页哦在在RGB彩色模型中，所表示的图像由三个图像分量组成，每一个彩色模型中，所表示的图像由三个图像分量组成，每一个分量图像都是其原色图像，当送入分量图像都是其原色图像，当送入RGB监视器时，这三幅图像在监视器时，这三幅图像在荧光屏上混合产生一幅合成的彩色图像，其中每一幅红、绿、蓝荧光屏上混合产生一幅合成的彩色图像，其中每一幅红、绿、蓝图像都是一幅图像都是一幅8比特图像，全彩色图像常用来定义比特图像，全彩色图像常用来定义24比特的

13、彩色图比特的彩色图像。在像。在24比特比特RGB图像中颜色总数是图像中颜色总数是 种。种。16777216)2(3800255800255240240255R02550160255255801600G25525525524000160800B第17页，此课件共50页哦/输入图像转换为输入图像转换为RGB分量分量 for(i=0;iM;i+)for(j=0;jCanvas-Pixelsji;rv=temp&0 x000000FF;gv=(temp&0 x0000FF00)/256;bv=(temp&0 x00FF0000)/256/256;image_in_rij=rv;image_in_gij

14、=gv;image_in_bij=bv;第18页，此课件共50页哦2、HSI模型：模型：面向视觉感知的模型面向视觉感知的模型色调（色调（H）：）：与混合光谱中主要光波长相联系与混合光谱中主要光波长相联系饱和度饱和度(S)：与色调的纯度有关，纯光谱色是完全饱和的，随着白与色调的纯度有关，纯光谱色是完全饱和的，随着白光的加入饱和度逐渐减少。光的加入饱和度逐渐减少。亮度亮度(I)：与物体的反射率成正比，对彩色来说，颜色种掺入白色越与物体的反射率成正比，对彩色来说，颜色种掺入白色越多就越明亮，掺入黑色越多亮度就越小。多就越明亮，掺入黑色越多亮度就越小。适合于彩色图像处理算法研究。原因：适合于彩色图像处

15、理算法研究。原因：I分量与图像的彩色（色调和饱和度）信息无关；分量与图像的彩色（色调和饱和度）信息无关；H和和S分量与人感受颜色的方式紧密相连。分量与人感受颜色的方式紧密相连。第19页，此课件共50页哦第20页，此课件共50页哦3、模型间的转换：、模型间的转换：（1）从）从RGB转换到转换到HSI:1/221331min(,)/2arccosIRGBSR G BRGBRGRBHRGRBGB 第21页，此课件共50页哦function hsi=rgb2hsi(rgb)%RGB2HSI Converts an RGB image to HSI.%HSI=RGB2HSI(RGB)converts a

16、n RGB image to HSI.The input image%is assumed to be of size M-by-N-by-3,where the third dimension%accounts for three image planes:red,green,and blue,in that%order.If all RGB component images are equal,the HSI conversion%is undefined.The input image can be of class double(with values%in the range 0,1

17、),uint8,or uint16.第22页，此课件共50页哦%The output image,HSI,is of class double,where:%hsi(:,:,1)=hue image normalized to the range 0,1 by%dividing all angle values by 2*pi.%hsi(:,:,2)=saturation image,in the range 0,1.%hsi(:,:,3)=intensity image,in the range 0,1.%Extract the individual component images.第23

18、页，此课件共50页哦rgb=im2double(rgb);r=rgb(:,:,1);g=rgb(:,:,2);b=rgb(:,:,3);%Implement the conversion equations.num=0.5*(r-g)+(r-b);den=sqrt(r-g).2+(r-b).*(g-b);theta=acos(num./(den+eps);H=theta;H(bg)=2*pi-H(bg);%BG时，时，H 1800,3600，而，而2-H 1800,3600 H=H/(2*pi);第24页，此课件共50页哦num=min(min(r,g),b);den=r+g+b;den(de

19、n=0)=eps;S=1-3.*num./den;H(S=0)=0;I=(r+g+b)/3;%Combine all three results into an hsi image.hsi=cat(3,H,S,I);第25页，此课件共50页哦（2）从）从HSI转换到转换到RGB：a.当当H在在 之间时：之间时：000,12001cos1cos 603BISSHRIHGIBR00120,240001cos1201cos 1803RISSHGIHBIRGb.当当H在在 之间时：之间时：第26页，此课件共50页哦c.当当H在在 之间时：之间时：00240,360001cos2401cos 3003G

20、ISSHBIHRIGBfunction rgb=hsi2rgb(hsi)%HSI2RGB Converts an HSI image to RGB.%RGB=HSI2RGB(HSI)converts an HSI image%to RGB,where HSI%is assumed to be of class double with:%hsi(:,:,1)=hue image,assumed to第27页，此课件共50页哦%be in the range%0,1 by having been divided by 2*pi.%hsi(:,:,2)=saturation image,in the

21、 range%0,1.%hsi(:,:,3)=intensity image,in the range%0,1.%The components of the output image are:%rgb(:,:,1)=red.%rgb(:,:,2)=green.第28页，此课件共50页哦%rgb(:,:,3)=blue.%Extract the individual HSI component images.H=hsi(:,:,1)*2*pi;S=hsi(:,:,2);I=hsi(:,:,3);%Implement the conversion equations.R=zeros(size(hs

22、i,1),size(hsi,2);G=zeros(size(hsi,1),size(hsi,2);B=zeros(size(hsi,1),size(hsi,2);%RG sector(0=H2*pi/3).第29页，此课件共50页哦idx=find(0=H)&(H2*pi/3);B(idx)=I(idx).*(1-S(idx);R(idx)=I(idx).*(1+S(idx).*cos(H(idx)./.cos(pi/3-H(idx);G(idx)=3*I(idx)-(R(idx)+B(idx);%BG sector(2*pi/3=H4*pi/3).idx=find(2*pi/3=H)&(H4

23、*pi/3);R(idx)=I(idx).*(1-S(idx);G(idx)=I(idx).*(1+S(idx).*cos(H(idx)-2*pi/3)./.cos(pi-H(idx);第30页，此课件共50页哦B(idx)=3*I(idx)-(R(idx)+G(idx);%BR sector(4*pi/3=H=2*pi).idx=find(4*pi/3=H)&(H=2*pi);G(idx)=I(idx).*(1-S(idx);B(idx)=I(idx).*(1+S(idx).*cos(H(idx)-4*pi/3)./.cos(5*pi/3-H(idx);R(idx)=3*I(idx)-(G(

24、idx)+B(idx);%Combine all three results into an RGB image.Clip to 0,1 to第31页，此课件共50页哦%compensate for floating-point arithmetic rounding effects.rgb=cat(3,R,G,B);rgb=max(min(rgb,1),0);例题：正确显示彩色图像的例题：正确显示彩色图像的R，G，B分量。分量。解：彩色图像中的各分量可以用灰度图形式表示，例如解：彩色图像中的各分量可以用灰度图形式表示，例如浅色表示分量值较大，而深色表示分量值较小。浅色表示分量值较大，而深色表

25、示分量值较小。显示彩色图像显示彩色图像R，G，B分量的源程序如下：分量的源程序如下：第32页，此课件共50页哦%RGBimage.m%该程序产生冈萨雷斯数字图像处理（第二版）该程序产生冈萨雷斯数字图像处理（第二版）P.260 图图6.38f=imread(E:chenpcdatathrychpt6Fig6.38(a).jpg);fR=f(:,:,1);fG=f(:,:,2);fB=f(:,:,3);g=cat(3,fR,fG,fB);subplot(121)imshow(f,)title(原图原图)subplot(122)imshow(g,)title(分量合成图分量合成图)第33页，此课件共

26、50页哦figuresubplot(131)imshow(fR,)title(红色分量红色分量)subplot(132)imshow(fG,)title(绿色分量绿色分量)subplot(133)imshow(fB,)title(蓝色分量蓝色分量)本程序运行结果如下：本程序运行结果如下：第34页，此课件共50页哦第35页，此课件共50页哦第36页，此课件共50页哦例题：正确显示彩色图像例题：正确显示彩色图像H，S，I分量。分量。解：源程序如下：解：源程序如下：%HSIimage.m%该程序产生冈萨雷斯数字图像处理（第二版）该程序产生冈萨雷斯数字图像处理（第二版）%P.260 图图6.39f=i

27、mread(E:chenpcdatathrychpt6Fig6.38(a).jpg);subplot(121)imshow(f,)title(原图原图)f=rgb2hsi(f);fH=f(:,:,1);fS=f(:,:,2);第37页，此课件共50页哦fI=f(:,:,3);g=cat(3,fH,fS,fI);g=hsi2rgb(g);%为正确显示彩色图像，需把为正确显示彩色图像，需把HSI转换为转换为RGB形式形式subplot(122)imshow(g,)title(分量合成图分量合成图)figuresubplot(131)imshow(fH,)title(色调分量色调分量)第38页，此课

28、件共50页哦subplot(132)imshow(fS,)title(饱和度分量饱和度分量)subplot(133)imshow(fI,)title(亮度分量亮度分量)本程序运行结果如下：本程序运行结果如下：第39页，此课件共50页哦第40页，此课件共50页哦第41页，此课件共50页哦例题：例题：RGB彩色立方体图像的彩色立方体图像的HSI分量图像。分量图像。解：解：完成本例题的源程序：完成本例题的源程序：%fig6d9m.m%本程序产生冈萨雷斯数字图像处理（本程序产生冈萨雷斯数字图像处理（MATLAB版）版）P.214 FIGURE 6.9f=imread(E:chenpcdatamtlbc

29、hpt06rgbcube.tif);subplot(221)imshow(f,)title(原图原图)第42页，此课件共50页哦hsi=rgb2hsi(f);subplot(222)imshow(hsi(:,:,1),)title(色调分量色调分量)subplot(223)imshow(hsi(:,:,2),)title(饱和度分量饱和度分量)subplot(224)imshow(hsi(:,:,3),)title(亮度分量亮度分量)第43页，此课件共50页哦第44页，此课件共50页哦n 彩色增强技术 人眼的视觉特性人眼的视觉特性：分辨的灰度级介于十几到二十几级之间分辨的灰度级介于十几到二十几

30、级之间；彩色分辨能力可达到灰度分辨能力的百倍以上。彩色分辨能力可达到灰度分辨能力的百倍以上。彩色增强技术彩色增强技术是利用人眼的视觉特性，将灰度图像变成彩是利用人眼的视觉特性，将灰度图像变成彩色图像或改变彩色图像已有彩色的分布，改善图像的可分辨色图像或改变彩色图像已有彩色的分布，改善图像的可分辨性。彩色增强方法可分为伪彩色增强和假彩色增强两类。性。彩色增强方法可分为伪彩色增强和假彩色增强两类。伪彩色伪彩色(false color)增强增强 伪彩色增强伪彩色增强是把黑白图像的各个不同灰度级按照线性或非线性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

31、术。使原图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。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伪彩色增强的方法主要有密度分割法、灰度级一彩色变换和频率密度分割法、灰度级一彩色变换和频率域伪彩色增强域伪彩色增强三种。三种。第45页，此课件共50页哦密度分割法密度分割法 密度分割法密度分割法是把黑白图像的灰度级从是把黑白图像的灰度级从0（黑）到（黑）到M0（白）分成（白）分成N个区间个区间Ii(i=1，2，N),给每个区间给每个区间Ii指定一种彩色指定一种彩色Ci，这样，便可以把，这样，便可以把一幅灰度图像变成一幅伪彩色图像。一幅灰度图像

32、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。该方法比较简单、直观。缺点是变换出的彩色数目有限。第46页，此课件共50页哦2.2.空间域灰度级一彩色变换空间域灰度级一彩色变换 根据色度学原理，将原图像根据色度学原理，将原图像f(x,y)的灰度范围分段，经过的灰度范围分段，经过红、绿、蓝三种不同变换红、绿、蓝三种不同变换TR()、TG()和和TB()，变成三基色分量，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，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红、绿、蓝电子枪，便可以

33、在彩色显示器的屏幕上合成一幅彩色图像。图像。第47页，此课件共50页哦3.3.频率域伪彩色增强频率域伪彩色增强频率域伪彩色增强的方法是：频率域伪彩色增强的方法是：把黑白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把黑白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；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，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）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

34、色显示器的红、绿、蓝显示通道，得到一幅彩色图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。像。第48页，此课件共50页哦 假彩色增强假彩色增强 假彩色增强假彩色增强是对一幅自然彩色图像或同一景物的多光谱图像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，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。标呈现出与原图像中不同的、奇异的彩色。假彩色增强目的假彩色增强目的：一是使感兴趣的目标呈现奇异的彩色或置于奇：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

35、更引人注目；一是使景物呈现出与人眼色觉相特的彩色环境中，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。匹配的颜色，以提高对目标的分辨力。多光谱图像的假彩色增强可表示为多光谱图像的假彩色增强可表示为 将可见光与非可见光波段结合起来，通过假彩色处理，就能获得更丰将可见光与非可见光波段结合起来，通过假彩色处理，就能获得更丰富的信息，便于对物体识别。富的信息，便于对物体识别。)15.4(,.,.,.,.,.,.,212121iBFiGFiRFgggfBgggfGgggfR第49页，此课件共50页哦对于自然景色图像，通用的线性假彩色映射可表示为对于自然景色图像，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，红色物体则呈蓝色。体则呈蓝色。伪彩色增强与假彩色增强有何区别？伪彩色增强与假彩色增强有何区别？)25.4(333222111fffFFFBGRcbacbacbaBGR)35.4(001100010fffFFFBGRBGR？第50页，此课件共50页哦