《彩色图像处理》PPT课件.ppt
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1、第五讲 彩色图像处理(一)色彩知识简介(二)彩色变换模型(三)伪彩色增强(四)假彩色合成(五)彩色平衡(六)Photoshop彩色图像处理实例(一一)色彩知识简介色彩知识简介o颜色与视觉颜色与视觉n颜色:颜色:物体物体将光源投射光将光源投射光反射反射到人的眼到人的眼睛中的睛中的光刺激光刺激作用于人的作用于人的视觉器官视觉器官而而产产生的主观感觉。生的主观感觉。n确定物体的颜色的因素:确定物体的颜色的因素:物体本身物体本身(吸收、吸收、反射性质反射性质)、光源光源(发出光的性质发出光的性质)、周周围环境的颜色围环境的颜色、视觉系统差异视觉系统差异(如色盲、如色盲、色弱色弱)。(一一)色彩知识简介
2、色彩知识简介颜色特性颜色特性o从视觉的角度出发从视觉的角度出发,颜色有如下三个特性:色调,颜色有如下三个特性:色调(Hue),饱和度饱和度(Saturation)和亮度和亮度(Lightness)。n色调色调:是由于某种波长的颜色光使观察者产生的颜色感觉,: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每个波长代表不同的色调。它反映颜色的种类,决定颜。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。色的基本特性,例如红色、棕色等都是指色调。n饱和度饱和度:是颜色强度的度量。对于同一色调的彩色光,饱: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
3、鲜明或者越纯。例如鲜红色的饱和度高,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;而粉红色的饱和度低;n亮度亮度:就是:就是是发射光或物体反射光明亮度程度的量度是发射光或物体反射光明亮度程度的量度光的光的强度,是光给人的刺激的强度。强度,是光给人的刺激的强度。(一一)色彩知识简介色彩知识简介颜色特性颜色特性o从光学的量化角度出发从光学的量化角度出发,颜色有如下三个特性,颜色有如下三个特性:n主波长主波长(Dominant Wavelength):所见颜色光的波长,:所见颜色光的波长,对应于色彩;对应于色彩;n纯度纯度(Purity):是指颜色的纯度,对应于饱和度;:是指
4、颜色的纯度,对应于饱和度;n辉度辉度(Luminance):就是颜色的亮度。:就是颜色的亮度。(一一)色彩知识简介色彩知识简介彩色光彩色光单色光单色光颜色特性颜色特性o从物理学角度出发从物理学角度出发,光是波长为,光是波长为350nm至至780 nm电磁波,被我们的视觉系统感电磁波,被我们的视觉系统感知为颜色。知为颜色。o光的光谱能量分布不同,感知到的颜色可光的光谱能量分布不同,感知到的颜色可能不同能不同(一一)色彩知识简介色彩知识简介光的属性光的属性o光光(可见光可见光):人的视觉系统能感受到的电磁波,:人的视觉系统能感受到的电磁波,波长范围波长范围350nm780 nmo光谱能量分布光谱能
5、量分布o白光白光(一一)色彩知识简介色彩知识简介三基色原理三基色原理o自然界常见的各种颜色光,自然界常见的各种颜色光,都可由都可由红红(R)、绿、绿(G)、蓝、蓝(B)三种颜色按不同的比例相配而成三种颜色按不同的比例相配而成,这这就是就是色度学中最基本的原理色度学中最基本的原理RGBRGB三基色三基色原理。原理。o三基色的选择必须遵循一条规律:三基色的选择必须遵循一条规律:任一种颜色任一种颜色都不能由其他两种颜色合成都不能由其他两种颜色合成。因为人的眼睛对。因为人的眼睛对红、绿、蓝这三种色光最敏感,因此,以这三红、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种颜
6、色作为基色相配来获得彩色得到了最为广泛的应用。泛的应用。(一一)色彩知识简介色彩知识简介相加混色相加混色(一一)色彩知识简介色彩知识简介o相加混色相加混色:指三种色光指三种色光(红色、绿色和蓝色红色、绿色和蓝色),当按照不同的,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。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计算机的显示器是使用加色原色来 创建颜色的
7、设备创建颜色的设备。红色红色(100%)+绿色绿色(100%)+蓝色蓝色(0%)=黄色黄色红色红色(100%)+蓝色蓝色(100%)+绿色绿色(0%)=洋红洋红绿色绿色(100%)+蓝色蓝色(100%)+红色红色(0%)=青色青色红色红色(100%)+绿色绿色(100%)+蓝色蓝色(100%)=白色白色我们称我们称青色、洋红和黄色青色、洋红和黄色为红、绿、蓝三色的补色为红、绿、蓝三色的补色相减混色o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,如颜色,如打印机、颜料等都采用相减混色打印机、颜料等都采用相减
8、混色。当两种以上的色料相混和重叠时,。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,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: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:白色白色-红色红色=青色青色 白色白色-绿色绿色=洋红洋红 白色白色-蓝色蓝色=黄色黄色(一一)色彩知识简介色彩知识简介颜料颜料(黄色黄色+
9、青色青色)=白色白色-红色红色-蓝色蓝色=绿色绿色颜料颜料(洋红洋红+青色青色)=白色白色-红色红色-绿色绿色=蓝色蓝色颜料颜料(黄色黄色+洋红洋红)=白色白色-绿色绿色-蓝色蓝色=红色红色(青色青色+黄色黄色+洋红洋红)=白色白色-红色红色-蓝色蓝色-绿色绿色=黑色黑色(二)彩色变换模型o面向硬件设备的彩色模型面向硬件设备的彩色模型 n诸如彩色显示器或打印机之类的硬件设备诸如彩色显示器或打印机之类的硬件设备(RGB模型,模型,CMY模型,模型,YIQ模型模型)o面向视觉感知面向视觉感知(面向用户面向用户)的彩色模型的彩色模型n以彩色处理为目的的应用以彩色处理为目的的应用(HSI模型模型,La
10、b模型模型)(二二)彩色变换模型彩色变换模型面向硬件设备的彩色模型面向硬件设备的彩色模型-RGB模型模型o显示彩色图象用显示彩色图象用RGB相加混色模型相加混色模型n颜色颜色R(红色的百分比红色的百分比)G(绿色的百分比绿色的百分比)B(蓝色的蓝色的百分比百分比)(二二)彩色变换模型彩色变换模型 当三基色等量相加时,得到白色;当三基色等量相加时,得到白色;等量的红绿相加而蓝为等量的红绿相加而蓝为0值时得到黄色;值时得到黄色;等量的红蓝相加而绿为等量的红蓝相加而绿为0时得到品红色;时得到品红色;等量的绿蓝相加而红为等量的绿蓝相加而红为0时得到青色。时得到青色。三基色的大小决定彩色光的亮度,混合三
11、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。色混合比例相同时,是灰色。o印刷机或彩色打印机就不能用印刷机或彩色打印机就不能用RGB颜色来印刷颜色来印刷或打印,它只能或打印,它只能使用一些能够吸收特定的光波而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反射其他光波的油墨或颜料来实现。油墨或颜料。油墨或颜料的三基色是青的三基色是青(cyan)、品红、品红(magenta)和黄和黄(yellow),简称为,简称为CMY。理论上说,任何一种
12、。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比例混合而成,这种色彩表示方法称CMY色彩色彩空间表示法。空间表示法。oCMY又写成又写成CMYK。在实际应用中,一幅图像。在实际应用中,一幅图像在计算机中用在计算机中用RGB空间或其他空间表示并处理,空间或其他空间表示并处理,最后打印输出时要转换成最后打印输出时要转换成CMY空间表示。空间表示。面向硬件设备的面向硬件设备的-CMY模型模型(二二)彩色变换模型彩色变换模型p从CMY到RGB的转换为:CMY111RGB=-白色YIQYIQ颜色模型颜色模型(NTS
13、C)(NTSC)o美国、日本等国家采用的美国、日本等国家采用的NTSC电视制式选用电视制式选用YIQ彩色空间彩色空间oY:亮度,:亮度,I、Q:色度:色度o应用:电视传播系统应用:电视传播系统o目的:向后兼容黑白电视;节约带宽目的:向后兼容黑白电视;节约带宽电电视视台台RGB信号EncoderYIQ信号家家庭庭RGB信号DecoderYIQ信号(二二)彩色变换模型彩色变换模型YIQ模型与RGB模型的关系YIQ=0.299 0.587 0.1440.596 -0.275 -0.3210.212 -0.528 0.311RGBRGB=1.000 0.956 0.6201.000 -0.272 -0
14、.6471.000 -1.108 1.705YIQY=0.5(二二)彩色变换模型彩色变换模型YIQ面向视觉感知的彩色模型-HSI 模型模型oHSI(HSB)色彩空间色彩空间:指从人的视觉系统出发,指从人的视觉系统出发,用色调用色调H(hue)、色饱和度)、色饱和度S(saturation或或chroma)和亮度)和亮度I(intensity或或brightness或或lightness)来描述色彩。)来描述色彩。o两个基本特点:两个基本特点:nI(B)分量与图象的彩色信息无关分量与图象的彩色信息无关nH 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(合称合称色度色度)
15、(二二)彩色变换模型彩色变换模型HSI 双圆锥图 H:色调,:色调,0-360度度 S:饱和度,:饱和度,0:100%I:亮度,亮度,0:100%(二二)彩色变换模型彩色变换模型亮度值亮度值I是是沿着沿着圆锥的轴线度量圆锥的轴线度量的,沿着圆锥轴线上的点的,沿着圆锥轴线上的点S=0表示完全不饱和的颜色。按照表示完全不饱和的颜色。按照不同的灰度等级,最亮点为纯不同的灰度等级,最亮点为纯白色,最暗点为纯黑色。圆锥白色,最暗点为纯黑色。圆锥截面的圆周一圈上的颜色为完截面的圆周一圈上的颜色为完全饱和的纯颜色。全饱和的纯颜色。Lab彩色模式oLab模式模式:既不依赖光线,也不依赖于颜料,其数值既不依赖光
16、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描述正常视力的人能够看到的所有颜色。因为。因为 Lab 描描述的是颜色的显示方式,而不是设备(如显示器、桌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,所以量,所以 Lab 被视为与设备无关的颜色模型被视为与设备无关的颜色模型 oL:亮度:亮度(0100)oA:颜色,从深绿色:颜色,从深绿色(底亮度值底亮度值)到灰色到灰色(中亮度值中亮度值)再再到亮粉红色到亮粉红色(高亮度值高亮度值)(127-128);oB:颜色,从亮蓝色:颜色,从亮蓝色
17、(底亮度值底亮度值)到灰色到灰色(中亮度值中亮度值)再再到黄色到黄色(高亮度值高亮度值)(127-128)(二二)彩色变换模型彩色变换模型(三三)、伪彩色增强、伪彩色增强-原理原理o 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。o 伪彩色增强技术伪彩色增强技术是把黑白图像的各个不同灰度级按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,到一幅彩
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