数字图像处理chcolorimageprocessing资料学习教案.pptx

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1、会计学1数字图像处理数字图像处理chcolorimageprocessing资料资料(zlio)第一页，共86页。BackgroundBackground 在图像处理中要引入颜色主在图像处理中要引入颜色主要由以下两个因素驱动。要由以下两个因素驱动。其一，颜色是一个强有力的描述其一，颜色是一个强有力的描述子，它常常可以简化目标物的子，它常常可以简化目标物的区分及从场景中抽取目标；区分及从场景中抽取目标；其二，人类可以辨别几千种颜色其二，人类可以辨别几千种颜色色调和亮度，相比之下只能色调和亮度，相比之下只能(zh nn)辨别几十种灰度层辨别几十种灰度层次。次。第2页/共86页第二页，共86页。9.

2、1.1 9.1.1 彩色图像的概念彩色图像的概念彩色图像的概念彩色图像的概念(ginin)(ginin)（Concepts of Color ImageConcepts of Color Image）彩色图像（Color Image）直观地说对应我们对周围彩色环境的感知（即对应人的视觉器官的感知）。从计算的角度，一幅彩色图像被看做一个向量函数（一般具有三个分量），设函数的范围是一个具有范数的向量空间，也称为彩色空间（Color Space）。对于一幅（三通道(tngdo)的）彩色数字图像c，赋给一个像素三个向量分量f1、f2、f3：=（9.1）设向量分量各自具有L个量化等级（通常情况下L可以取

3、256)。第3页/共86页第三页，共86页。9.1.1 9.1.1 彩色图像的概念彩色图像的概念彩色图像的概念彩色图像的概念(ginin)(ginin)（Concepts of Color ImageConcepts of Color Image）假彩色图像（False-Color Image）与真彩色图像的定义形式类似，它允许将可见光以外的光谱也转换为彩色图像的向量分量。比如红外图像，其信息内容并不是来自可见光，将处在红外光谱的信息转换到了可见光的范围内。伪彩色图像（Pseudocolor Image）是指将所选的像素编码或彩色化的图像。对这些像素，相关联的像素值（灰度值或彩色向量）被给定的

4、彩色向量所替换。原始图像可以是灰度图像。彩色量化一般通过索引的彩色（Indexed Color）来实现。例如，根据量化算法，从图像中选择(xunz)256个彩色向量并放入彩色图（Colormap）或调色板（Palette）中，对每个像素列出其相关联的索引值，基于这个索引值，在显示器上选择(xunz)索引彩色来表示彩色图像。第4页/共86页第四页，共86页。9.1.2 9.1.2 彩色彩色彩色彩色(c(c is)is)基础基础基础基础（Color Fundamentals Color Fundamentals）白光白光 在在17世纪，牛顿通过三棱世纪，牛顿通过三棱镜研究对白光的折射就已发现：镜研

5、究对白光的折射就已发现：白光可被分解成一系列从紫白光可被分解成一系列从紫到红的连续光谱，从而证明白到红的连续光谱，从而证明白光是由不同颜色（而且这些光是由不同颜色（而且这些(zhxi)颜色并不能再进一步颜色并不能再进一步被分解）的光线相混合而组成被分解）的光线相混合而组成的。的。第5页/共86页第五页，共86页。n n可见光可见光 n n 可见光是由电磁波谱中相可见光是由电磁波谱中相对较窄的波段组成，如果一个对较窄的波段组成，如果一个物体比较均衡地反射各种光谱，物体比较均衡地反射各种光谱，则人看到的物体是白的；则人看到的物体是白的；n n 而如果一个物体对某些可而如果一个物体对某些可见光谱反射

6、的较多，则人看到见光谱反射的较多，则人看到的物体就呈现相对应的颜色的物体就呈现相对应的颜色(yns)。n n 例如，绿色物体反射具有例如，绿色物体反射具有500570nm（纳米）范围的光，（纳米）范围的光，吸收其他波长光的多数能量。吸收其他波长光的多数能量。9.1.2 彩色彩色(cis)基基础础（Color Fundamentals）第6页/共86页第六页，共86页。图图9.1 可见范围电磁波谱的波长可见范围电磁波谱的波长(bchng)组成组成9.1.2 彩色彩色(cis)基基础础（Color Fundamentals）第7页/共86页第七页，共86页。n n人眼的吸收人眼的吸收(xshu)特

7、性：特性：n n 人眼的锥状细胞是负责彩色视觉的传人眼的锥状细胞是负责彩色视觉的传感器，人眼的锥状细胞可分为三个主要的感器，人眼的锥状细胞可分为三个主要的感觉类别。感觉类别。n n 大约大约65%的锥状细胞对红光敏感，的锥状细胞对红光敏感，33%对绿光敏感，只有对绿光敏感，只有2%对蓝光敏感。对蓝光敏感。n n 由于人眼的这些吸收由于人眼的这些吸收(xshu)特性，被特性，被看到的彩色是所谓的原色红（看到的彩色是所谓的原色红（R，red）、）、绿绿(G，green)和蓝（和蓝（B，blue）的各种组合。）的各种组合。9.1.2 彩色彩色(cis)基基础础（Color Fundamentals）

8、第8页/共86页第八页，共86页。n n三原色原理三原色原理(yunl)n n 其基本内容是：其基本内容是：n n 任何颜色都可以用任何颜色都可以用3种不同种不同的基本颜色按照不同比例混合的基本颜色按照不同比例混合得到，即得到，即n n C=aC1+bC2+cC3 (9.1)n n 式中式中a，b，c=0 为三种原色为三种原色的权值或者比例，的权值或者比例，C1、C2、C3为三原色（又称为三基色）。为三原色（又称为三基色）。9.1.2 彩色彩色(cis)基基础础（Color Fundamentals）第9页/共86页第九页，共86页。n n三原色原理指出三原色原理指出n n自然界中的可见颜色都

9、可以用三种原色按自然界中的可见颜色都可以用三种原色按一定比例混合得到；反之，任意一种颜色一定比例混合得到；反之，任意一种颜色都可以分解为三种原色。都可以分解为三种原色。n n作为原色的三种颜色应该相互独立作为原色的三种颜色应该相互独立(dl)，即其中任何一种都不能用其他两种混合，即其中任何一种都不能用其他两种混合得到。得到。9.1.2 彩色彩色(cis)基基础础（Color Fundamentals）第10页/共86页第十页，共86页。n n三原色原理三原色原理n n 为了标准化起见，国际照明为了标准化起见，国际照明(zhomng)委员会（委员会（CIE）规定用波长为）规定用波长为700nm、

10、546.1nm、435.8nm的单色光分别作的单色光分别作为红为红(R)、绿、绿(G)、蓝、蓝(B)三原色。三原色。n n 红绿蓝三原色按照比例混合可以得到红绿蓝三原色按照比例混合可以得到各种颜色，其配色方程为：各种颜色，其配色方程为：n n C=aR+bG+cB (9.4)9.1.2 彩色彩色(cis)基基础础（Color Fundamentals）第11页/共86页第十一页，共86页。n n原色相加可产生二次色。原色相加可产生二次色。n n 例如：红色例如：红色+蓝色蓝色=深红色深红色(M，magenta)，n n 绿色绿色(l s)+蓝色蓝色=青色青色(C，cyan)，n n 红色红色+

11、绿色绿色(l s)=黄色黄色(Y，yellow)。n n以一定的比例混合光的三种原色或者以一以一定的比例混合光的三种原色或者以一种二次色与其相反的原色相混合可以产生种二次色与其相反的原色相混合可以产生白色白色(W，white)，n n 即：红色即：红色+绿色绿色(l s)+蓝色蓝色=白色。白色。9.1.2 彩色彩色(cis)基基础础（Color Fundamentals）第12页/共86页第十二页，共86页。n n彩色到灰度的转换彩色到灰度的转换n n相同亮度的三原色，人眼看去的感觉是，相同亮度的三原色，人眼看去的感觉是，绿色光的亮度最亮，而红色光其次，蓝色绿色光的亮度最亮，而红色光其次，蓝色

12、光最弱。光最弱。n n如果用如果用Y来表示来表示(biosh)光的亮度光的亮度(灰度灰度)，则有如下关系：，则有如下关系：n n Y=0.299R+0.587G+0.114B 9.1.2 彩色彩色(cis)基基础础（Color Fundamentals）第13页/共86页第十三页，共86页。n n区分颜色常用三种基本特性量区分颜色常用三种基本特性量n n 亮度：如果无彩色就只有亮度一个维量的亮度：如果无彩色就只有亮度一个维量的变化。变化。n n 色调：是光波混合中与主波长有关的属性，色调：是光波混合中与主波长有关的属性，色调表示观察者接收的主要颜色。色调表示观察者接收的主要颜色。n n 这样这

13、样(zhyng)，当我们说一个物体是，当我们说一个物体是红色、橘黄色、黄色时，是指它的色调。红色、橘黄色、黄色时，是指它的色调。n n 饱和度：与一定色调的纯度有关，纯光谱饱和度：与一定色调的纯度有关，纯光谱色是完全饱和的，随着白光的加入饱和度色是完全饱和的，随着白光的加入饱和度逐渐减少。逐渐减少。9.1.2 彩色彩色(cis)基基础础（Color Fundamentals）第14页/共86页第十四页，共86页。色调(s dio)和饱和度一起称为彩色，因此，颜色用亮度和彩色表征。形成任何特殊颜色需要的红、绿、蓝的量称做三色值，并分别表示为X，Y，Z。进一步，一种颜色可用它的3个色系数表示，它们

14、分别是：从以上(yshng)公式可得：x+y+z=1 9.1.2 彩色彩色(cis)基基础础（Color Fundamentals）第15页/共86页第十五页，共86页。1931年CIE制定(zhdng)了一个色度图，如图9.4所示，图中波长单位是nm，用组成某种颜色的三原色的比例来规定这种颜色。图中横轴代表红色色系数，纵轴代表绿色色系数，蓝色系数可由z=1-(x+y)求得。例如，图9.4中标记为绿的点有62%的绿和25%的红成分，从而得到蓝的成分约为13%。9.1.2 彩色彩色(cis)基基础础（Color Fundamentals）第16页/共86页第十六页，共86页。9.2 彩色彩色(c

15、is)模型（模型（Color Models）n n彩色模型（也称彩色空间或彩彩色模型（也称彩色空间或彩色系统）的用途是在某些标准色系统）的用途是在某些标准下用通常可接受下用通常可接受(jishu)的方的方式简化彩色规范。式简化彩色规范。n n本质上，彩色模型是坐标系统本质上，彩色模型是坐标系统和子空间的规范。位于系统中和子空间的规范。位于系统中的每种颜色都由单个点来表示。的每种颜色都由单个点来表示。n n本节主要讨论几种图像处理应本节主要讨论几种图像处理应用的主要模型。用的主要模型。第17页/共86页第十七页，共86页。模型模型(mxng)（RGB Color Model）n nRGB模型模型

16、n nRGB模型是目前常用的一种彩模型是目前常用的一种彩色信息表达方式，它使用红、色信息表达方式，它使用红、绿、蓝三原色的亮度来定量表绿、蓝三原色的亮度来定量表示颜色示颜色(yns)。n n该模型也称为加色混色模型，该模型也称为加色混色模型，是以是以RGB三色光相互叠加来实三色光相互叠加来实现混色的方法，因而适合于显现混色的方法，因而适合于显示器等发光体的显示。示器等发光体的显示。第18页/共86页第十八页，共86页。模型模型(mxng)（RGB Color Model）图图9.5 RGB混色效果图混色效果图 第19页/共86页第十九页，共86页。模型模型(mxng)（RGB Color Mo

17、del）n n 图图9.69.6中，中，R R，GG，B B位于三个角上；二次色深红位于三个角上；二次色深红(Magenta)(Magenta)、青、青(Cyan)(Cyan)、黄、黄(Yellow)(Yellow)位于另外位于另外3 3个角上，黑色在原点处，白色位于个角上，黑色在原点处，白色位于离原点最远的角上（点（离原点最远的角上（点（1 1，1 1，1 1）。）。n n 在本模型中，不同的颜色处在立方体上或其内部，并可用从原在本模型中，不同的颜色处在立方体上或其内部，并可用从原点分布的向量点分布的向量(xingling)(xingling)来定义。为方便起见，假定所有的颜色来定义。为方便

18、起见，假定所有的颜色值都归一化，即所有值都归一化，即所有R R，GG，B B的值都在的值都在0 0，1 1范围内取值。范围内取值。第20页/共86页第二十页，共86页。模型模型(mxng)（RGB Color Model）考虑考虑RGB图像，其中每一图像，其中每一幅红、绿、蓝图幅红、绿、蓝图(lnt)像都是像都是一幅一幅8bit图像，在这种条件下，图像，在这种条件下，每一个每一个RGB彩色像素有彩色像素有24bit深深度（度（3个图像平面乘以每平面比个图像平面乘以每平面比特数，即特数，即38）。）。24bit的彩色图像也称全彩色的彩色图像也称全彩色图像。在图像。在24bitRGB图像中颜色图像

19、中颜色总数是总数是224=16777216。第21页/共86页第二十一页，共86页。模型模型(mxng)（RGB Color Model）一幅一幅(y f)m*n（m，n为为正整数，分别表示图像的高度正整数，分别表示图像的高度和宽度）的和宽度）的RGB彩色图像可以彩色图像可以用一个用一个m*n*3的矩阵来描述，的矩阵来描述，图像中的每一个像素点对应于图像中的每一个像素点对应于红、绿、蓝三个分量组成的三红、绿、蓝三个分量组成的三元组。元组。在在Matlab中，不同的图像中，不同的图像类型，其图像矩阵的取值范围类型，其图像矩阵的取值范围也不一样。例如若一幅也不一样。例如若一幅(y f)RGB图像是

20、图像是 double类型的，类型的，则其取值范围在则其取值范围在0,1之间，而之间，而如果是如果是uint8或者或者uint16类型的，类型的，则取值范围分别是则取值范围分别是0,255和和0,65535。第22页/共86页第二十二页，共86页。模型模型(mxng)（RGB Color Model）n n在在Matlab中要生成一幅中要生成一幅RGB彩彩色图像可以采用色图像可以采用cat函数来得到。函数来得到。n n其基本其基本(jbn)语法如下：语法如下：n n B=cat(dim,A1,A2,A3,)n n 其中，其中，dim为维数，为维数，cat函数函数将将A1，A2，A3等矩阵连接成等

21、矩阵连接成维数为维数为dim的矩阵。的矩阵。第23页/共86页第二十三页，共86页。模型模型(mxng)（RGB Color Model）n n对图像生成而言，可以取对图像生成而言，可以取dim=3，然后，然后(rnhu)将三个将三个分别代表分别代表RGB分量的矩阵连接分量的矩阵连接在一起：在一起：n n I=cat(3,rgb_R,rgb_G,rgb_B)n n在这里，在这里，rgb_R，rgb_G，rgb_B分别为生成的分别为生成的RGB图像图像I的三个分量的值，可以使用下的三个分量的值，可以使用下列语句：列语句：n nrgb_R=I(:,:,1);n nrgb_G=I(:,:,2);n

22、nrgb_B=I(:,:,3);第24页/共86页第二十四页，共86页。模型模型(mxng)（RGB Color Model）n n例：生成一幅例：生成一幅例：生成一幅例：生成一幅(y f)128*128(y f)128*128的的的的RGBRGB图像，该图像左上角图像，该图像左上角图像，该图像左上角图像，该图像左上角为红色，左下角为蓝色，右上角为绿色，右下角为黑色。为红色，左下角为蓝色，右上角为绿色，右下角为黑色。为红色，左下角为蓝色，右上角为绿色，右下角为黑色。为红色，左下角为蓝色，右上角为绿色，右下角为黑色。clearrgb_R=zeros(128,128);rgb_R(1:64,1:6

23、4)=1;rgb_G=zeros(128,128);rgb_G(1:64,65:128)=1;rgb_B=zeros(128,128);rgb_B(65:128,1:64)=1;rgb=cat(3,rgb_R,rgb_G,rgb_B);figure,imshow(rgb),title(RGB彩彩色图像色图像);结果结果(ji gu)：第25页/共86页第二十五页，共86页。和和CMYK模型模型(mxng)在用彩色打印机将彩色图像打印输出时，使用的是CMY和CMYK彩色模型。红、绿、蓝称为(chn wi)加色基色，RGB模型称为(chn wi)加色混色模型。在CMY彩色模型中，青（Cyan）、品

24、红（Magenta）、黄（Yellow）是在白光中减去红、绿、蓝而得到的，它们分别是红、绿、蓝的补色，所以，青、品红、黄称为(chn wi)减色基色，CMY模型称为(chn wi)减色混色模型。大多数在纸上沉积彩色颜料的设备，如彩色打印机和复印件，要求输入CMY数据或在内部做RGB到CMY的转换。转换操作（假设所有的彩色值都归一化为0，1范围）：第26页/共86页第二十六页，共86页。模型模型(mxng)（HSI Color Model）n nHSI(Hue-Saturation-HSI(Hue-Saturation-IntensityIntensity，HSI)HSI)模型用模型用H H、S

25、 S、I I三参数描述颜色特性。三参数描述颜色特性。n nH H定义颜色的波长，称为色调；定义颜色的波长，称为色调；n nS S表示颜色的深浅表示颜色的深浅(shnqin)(shnqin)程程度，称为饱和度；度，称为饱和度；n nI I表示强度或亮度。表示强度或亮度。第27页/共86页第二十七页，共86页。模型模型(mxng)（HSI Color Model）n nHSI模型在图像处理和识别中模型在图像处理和识别中广泛采用广泛采用n n主要基于两个重要的事实主要基于两个重要的事实(shsh)：n n其一其一 I分量与图像的彩色信息分量与图像的彩色信息无关；无关；n n其二其二 H和和S分量与人

26、感受颜色分量与人感受颜色的方式是紧密相连的。的方式是紧密相连的。第28页/共86页第二十八页，共86页。模型模型(mxng)（HSI Color Model）n n包含彩色信息的两个包含彩色信息的两个包含彩色信息的两个包含彩色信息的两个(li(li n n )参数是色调参数是色调参数是色调参数是色调(H)(H)和饱和度和饱和度和饱和度和饱和度(S)(S)。n n色调色调色调色调HH由角度表示，彩色的色调反映了该彩色最接近什么样的由角度表示，彩色的色调反映了该彩色最接近什么样的由角度表示，彩色的色调反映了该彩色最接近什么样的由角度表示，彩色的色调反映了该彩色最接近什么样的光谱波长（即彩虹中的那种

27、颜色）。光谱波长（即彩虹中的那种颜色）。光谱波长（即彩虹中的那种颜色）。光谱波长（即彩虹中的那种颜色）。n n不失一般性，可以假定不失一般性，可以假定不失一般性，可以假定不失一般性，可以假定0o0o的彩色为红色，的彩色为红色，的彩色为红色，的彩色为红色，120o120o的为绿色，的为绿色，的为绿色，的为绿色，240o240o的为蓝色。色度从的为蓝色。色度从的为蓝色。色度从的为蓝色。色度从0o360o0o360o覆盖了所有可见光谱的彩色。覆盖了所有可见光谱的彩色。覆盖了所有可见光谱的彩色。覆盖了所有可见光谱的彩色。第29页/共86页第二十九页，共86页。模型模型(mxng)（HSI Color

28、Model）n n 饱和度S表示颜色的深浅程度(chngd)，饱和度越高，颜色越深，如深红，深绿等。饱和度参数是色环的原点（圆心）到彩色点的半径的长度。n n 如图9.9所示。在环的外围圆周是纯的或称饱和的颜色，其饱和度值为1。在中心是中性（灰色），即饱和度为0。n n亮度I是指光波作用于感受器所发生的效应，其大小由物体反射系数来决定。反射系数越大，物体的亮度越大，反之越小。第30页/共86页第三十页，共86页。模型模型(mxng)（HSI Color Model）如果把亮度作为色如果把亮度作为色环的垂线，那么环的垂线，那么H、S、I构成一个柱形彩色构成一个柱形彩色空间。空间。HSI模型模型(

29、mxng)的三个属性定义了一的三个属性定义了一个三维柱形空间，个三维柱形空间，如如图图9.10所示：所示：图图9.10 柱形彩色柱形彩色(cis)空间空间第31页/共86页第三十一页，共86页。1.Converting Colors from RGB to HSI1.Converting Colors from RGB to HSI 从从RGBRGB到到HSIHSI的变换是一个的变换是一个(y)(y)非线性变换。非线性变换。对任何三个在对任何三个在00，11范围内的范围内的R R，G G，B B值，值，其中(qzhng)：第32页/共86页第三十二页，共86页。若设H，S，I的值在0，1之间，

30、R，G，B的值也在0，1之间，则从HSI到RGB的转换(zhunhun)公式为：(1)当H在0，2/3之间B=I(1-S)G=3I-(B+R)(2)当H在2/3，4/3之间(3)当H在4/3，2之间2.Converting Colors from HSI to RGB2.Converting Colors from HSI to RGB第33页/共86页第三十三页，共86页。【例9.2】将一幅彩色图像从RGB空间转换到HSI空间。其主要MATLAB程序如下：rgb=imread(i_flower673.jpg);rgb1=im2double(rgb);r=rgb1(:,:,1);g=rgb1(

31、:,:,2);b=rgb1(:,:,3);I=(r+g+b)/3;tmp1=min(min(r,g),b);tmp2=r+g+b;tmp2(tmp2=0)=eps;%避免(bmin)除数为0S=1-3.*tmp1./tmp2;tmp1=0.5*(r-g)+(r-b);tmp2=sqrt(r-g).2+(r-b).*(g-b);theta=acos(tmp1./(tmp2+eps);H=theta;H(bg)=2*pi-H(bg);H=H/(2*pi);H(S=0)=0;hsi=cat(3,H,S,I);figure,imshow(rgb);figure,imshow(H);figure,ims

32、how(S);figure,imshow(I);（a）RGB原图像(t xin)（b）H分量 （c）S分量 （d）I分量图9.11 RGB原图像(t xin)到HSI空间的转换ExampleExample第34页/共86页第三十四页，共86页。9.3 9.3 伪彩色伪彩色伪彩色伪彩色(c(c is)is)处理处理处理处理（Pseudocolor Image ProcessingPseudocolor Image Processing）在遥感、医学、安全检查等图像处理中，为了直观地观察和分析图像数据，常采用将灰度图像映射到彩色空间的方法，突出兴趣区域或待分析的数据段，这种显示方法称为伪彩色处理。

33、伪彩色处理不改变像素的几何位置，而仅仅改变其显示的颜色。伪彩色处理是一种很实用的图像增强技术，主要(zhyo)用于提高人眼对图像的分辨能力。这种处理可以用计算机来完成，也可以用专用硬件设备来实现。第35页/共86页第三十五页，共86页。9.3 9.3 伪彩色伪彩色伪彩色伪彩色(c(c is)is)处理处理处理处理（Pseudocolor Image ProcessingPseudocolor Image Processing）背景（背景（Background）已知人类仅可以区分几十级灰度值而可以分辨几千种已知人类仅可以区分几十级灰度值而可以分辨几千种彩色，所以通过使用彩色，所以通过使用(shy

34、ng)彩色可以增加人类所能辨识彩色可以增加人类所能辨识的目标种类。在此之上，彩色还能增强图像的活泼性，这的目标种类。在此之上，彩色还能增强图像的活泼性，这样就会减少厌倦感并增加安检人员的关注度。样就会减少厌倦感并增加安检人员的关注度。彩色编码的主要作用就是利用人类视觉系统的感知能彩色编码的主要作用就是利用人类视觉系统的感知能力以从图像中提取更多的信息，这也将提供更好的对复杂力以从图像中提取更多的信息，这也将提供更好的对复杂数据集合的定性综合观察，并能帮助在场景中相邻的相似数据集合的定性综合观察，并能帮助在场景中相邻的相似区域中辨识出感兴趣区域以进行更仔细的定量分析。区域中辨识出感兴趣区域以进行

35、更仔细的定量分析。第36页/共86页第三十六页，共86页。基本原理：将灰度图像或者单色图像的各个灰度级匹配到彩色空间中的一基本原理：将灰度图像或者单色图像的各个灰度级匹配到彩色空间中的一点点(y din)(y din)，从而使单色图像映射成彩色图像。，从而使单色图像映射成彩色图像。设设f(xf(x，y)y)为一幅灰度图像，为一幅灰度图像，R(xR(x，y)y)，G(xG(x，y)y)，B(xB(x，y)y)为为f(xf(x，y)y)映射到映射到RGBRGB空间的三个颜色分量，则伪彩色处理可以表示为：空间的三个颜色分量，则伪彩色处理可以表示为：R(x R(x，y)=fR(f(xy)=fR(f(x

36、，y)(9.20)y)(9.20)G(x G(x，y)=fG(f(xy)=fG(f(x，y)(9.21)y)(9.21)B(x B(x，y)=fB(f(xy)=fB(f(x，y)(9.22)y)(9.22)其中其中fRfR，fGfG，fBfB为某种映射函数。给定不同的映射函数就能将灰度图为某种映射函数。给定不同的映射函数就能将灰度图像转化为不同的伪彩色图像。像转化为不同的伪彩色图像。伪彩色处理虽然能将灰度转化为彩色，但这种彩色并不是真正表现图伪彩色处理虽然能将灰度转化为彩色，但这种彩色并不是真正表现图像的原始颜色，而仅仅是一种便于识别的伪彩色。像的原始颜色，而仅仅是一种便于识别的伪彩色。伪彩色

37、处理方法主要有强度分层和灰度级到彩色变换。伪彩色处理方法主要有强度分层和灰度级到彩色变换。第37页/共86页第三十七页，共86页。9.3.9.3.2 2 Intensity Slicing Intensity Slicing 强度分层技术是伪彩色图像处理最简单的例子之一。强度分层技术是伪彩色图像处理最简单的例子之一。如果一幅图像被描述为空间坐标（如果一幅图像被描述为空间坐标（x，y）的强度函数）的强度函数f(x，y)，分，分层的方法可以看成是放置一些平行于图像坐标平面层的方法可以看成是放置一些平行于图像坐标平面(x，y)的平面，的平面，然后每一个平面在相交的区域然后每一个平面在相交的区域(qy

38、)中切割图像函数。中切割图像函数。图图9.12显示了利用平面把图像函数显示了利用平面把图像函数f(x，y)=li（li表示灰度级）切割表示灰度级）切割为两部分的情况。为两部分的情况。第38页/共86页第三十八页，共86页。一般地，该技术可以总结如下：令0，L-1表示灰度级，使l0代表黑色（f(x，y)=0），lL-1代表白色（f(x，y)=L-1）。假定垂直于强度轴的P个平面定义为量级l1，l2，lM。并假定，0M0.3*(max(max(S);F=S1.*H;第65页/共86页第六十五页，共86页。Segmentation in HSI Color SpaceSegmentation in

39、HSI Color Spaceabcdef图图9.14 在在HSI空间的图像分割。空间的图像分割。(a)原原RGB图像，图像，(b)色调色调(s dio)分量分量H，(c)饱和度分量饱和度分量S，(d)强度分量强度分量I，(e)二值饱和度模板（黑二值饱和度模板（黑=0），（），（f）红色花的分割结果）红色花的分割结果第66页/共86页第六十六页，共86页。（Segmentation in RGB Color SpaceSegmentation in RGB Color Space）n n虽然在虽然在HSI空间彩色图像较直空间彩色图像较直观观(zhgun)。n n通常用通常用RGB彩色向量进行分

40、割。彩色向量进行分割。n n方法：方法：假设目标是在假设目标是在RGB图像图像(t xin)中分割特殊彩色中分割特殊彩色区域的物体区域的物体,给定一个感兴趣彩色的有代表性的彩色点样给定一个感兴趣彩色的有代表性的彩色点样品集，可得到一个彩色品集，可得到一个彩色“平均平均”估计，这种彩色是我们估计，这种彩色是我们希望分割的彩色。希望分割的彩色。第67页/共86页第六十七页，共86页。n n令这个平均彩色用令这个平均彩色用RGB向量向量(xingling)a来表示。来表示。n n分割的目标是对给定图像中每分割的目标是对给定图像中每一个一个RGB像素进行分类。这就像素进行分类。这就需要一个相似性度量。

41、需要一个相似性度量。n n令令z代表代表RGB空间中的任意一点，空间中的任意一点，如果它们之间的距离小于特定如果它们之间的距离小于特定的阈值的阈值D0，我们就说，我们就说z与与a是相是相似的。似的。n n最简单的度量之一是欧氏距离，最简单的度量之一是欧氏距离，n n z和和a之间的距离可以是欧氏距之间的距离可以是欧氏距离，如：离，如：Segmentation in RGB Color SpaceSegmentation in RGB Color Space第68页/共86页第六十八页，共86页。z和和a之间的距离之间的距离(jl)Segmentation in RGB Color SpaceS

42、egmentation in RGB Color Space第69页/共86页第六十九页，共86页。n n对一幅对一幅RGB彩色图像，选择要分割的区域，彩色图像，选择要分割的区域，计算该区域中的彩色点的平均向量计算该区域中的彩色点的平均向量a。n n盒子盒子(h zi)的中点在的中点在a，它的尺度沿每一个，它的尺度沿每一个RGB轴以沿相应轴的数据标准差的轴以沿相应轴的数据标准差的1.25倍选倍选择。择。n n例如，令例如，令 R代表样点红分量的标准偏差，代表样点红分量的标准偏差，aR代表平均向量代表平均向量a的红分量：的红分量：n n （aR-1.25 R，aR+1.25 R），），n n这里

43、在整个彩色图像中编码每一点的结果这里在整个彩色图像中编码每一点的结果为：如果点位于盒子为：如果点位于盒子(h zi)表面或内部为白表面或内部为白色，否则为黑色。色，否则为黑色。Segmentation in RGB Color SpaceSegmentation in RGB Color Space第70页/共86页第七十页，共86页。n nrgb=imread(flower608.jpg);rgb=imread(flower608.jpg);n nrgb1=im2double(rgb);rgb1=im2double(rgb);n nr=rgb1(:,:,1);r=rgb1(:,:,1);n

44、ng=rgb1(:,:,2);g=rgb1(:,:,2);n nb=rgb1(:,:,3);b=rgb1(:,:,3);n nr1=r(129:256,86:170);r1=r(129:256,86:170);n nr1_u=mean(mean(r1(:);r1_u=mean(mean(r1(:);n nm,n=size(r1);m,n=size(r1);n nsd1=0.0;sd1=0.0;n nfor i=1:mfor i=1:mn n for j=1:n for j=1:nn n sd1=sd1+(r1(i,j)-r1_u)*(r1(i,j)-r1_u);sd1=sd1+(r1(i,j)

45、-r1_u)*(r1(i,j)-r1_u);n n end endn nendendn nr1_d=sqrt(sd1/(m*n);r1_d=sqrt(sd1/(m*n);n nr2=zeros(size(rgb1,1),size(rgb1,2);r2=zeros(size(rgb1,1),size(rgb1,2);n nind=find(rr1_u-1.25*r1_d)&(rr1_u-1.25*r1_d)&(rr1_u+1.25*r1_d);n nr2(ind)=1;r2(ind)=1;Segmentation in RGB Color SpaceSegmentation in RGB Col

46、or Space第71页/共86页第七十一页，共86页。Segmentation in RGB Color SpaceSegmentation in RGB Color Spaceabcde图图9.15 RGB空间分割。（空间分割。（a）RGB原图像，（原图像，（b）R分量，（分量，（c）G分量，（分量，（d）B分量，（分量，（e）RGB向量向量(xingling)空间彩色分割的结果空间彩色分割的结果第72页/共86页第七十二页，共86页。（Color Edge DetectionColor Edge Detection）边缘检测对图像分割是一个重要边缘检测对图像分割是一个重要的工具。的工具。

47、比较：比较：（1）以各个单独颜色）以各个单独颜色(yns)分分量图像为基础计算边缘量图像为基础计算边缘（2）在彩色空间直接计算边缘的）在彩色空间直接计算边缘的问题。问题。第73页/共86页第七十三页，共86页。n n标量函数(hnsh)的梯度Color Edge DetectionColor Edge Detection第74页/共86页第七十四页，共86页。一般方法：分别计算(j sun)各个颜色分量图像的梯度，然后形成彩色图像的梯度。得到的结果行否？向量的梯度?Color Edge DetectionColor Edge Detection第75页/共86页第七十五页，共86页。n n令令

48、c代表代表RGB彩色空间中的任意彩色空间中的任意(rny)向向量，量，c的分量是一幅彩色图像在一点上的的分量是一幅彩色图像在一点上的RGB分量。分量。n n彩色分量是坐标（彩色分量是坐标（x，y）的函数，表示为：）的函数，表示为：Color Edge DetectionColor Edge Detection首要的问题：定义向量c在任意(rny)点（x，y）处的梯度（幅度和方向）。第76页/共86页第七十六页，共86页。n n标量函数标量函数f（x，y）在坐标（）在坐标（x，y）处的梯度：是指向）处的梯度：是指向f的最的最大变化率方向的向量。大变化率方向的向量。n n将这一思想扩展到向量梯度，

49、将这一思想扩展到向量梯度，下面介绍下面介绍(jisho)各种方法中各种方法中的一种。的一种。n n令令r，g，b是是RGB彩色空间沿彩色空间沿R，G，B轴的单位向量，可定义轴的单位向量，可定义向量为：向量为：Color Edge DetectionColor Edge Detection第77页/共86页第七十七页，共86页。n n数量数量gxx，gyy，gxy定义为这些向量定义为这些向量(xingling)的点乘，如下所示：的点乘，如下所示：Color Edge DetectionColor Edge Detection第78页/共86页第七十八页，共86页。n n参考文献指出参考文献指出(

50、zh ch)，c（x，y）的最大变化率方向由角度）的最大变化率方向由角度给出：给出：（x，y）点在）点在 方向方向(fngxing)上变化率的值上变化率的值由下式给出：由下式给出：Color Edge DetectionColor Edge Detection Di Zenzo,S.“A Note on the Gradient of a Multi-Image”,Computer Vision,Graphics,and Image Processing,1986,33:116125第79页/共86页第七十九页，共86页。Color Edge DetectionColor Edge Detec