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数字图像处理学习笔记（十六）——彩色图像处理

数字图像处理(Digital Image Processing)是通过计算机对图像进行去除噪声、增强、复原、分割、提取特征等处理的方法和技术。本专栏将以学习笔记形式对数字图像处理的重点基础知识进行总结整理，欢迎大家一起学习交流！
 专栏链接：数字图像处理学习笔记

 

目录

彩色图像基础

彩色空间（也称彩色模型或彩色系统）

彩色空间转换

伪彩色图像处理

强度分层技术

灰度级到彩色的转换

全彩色图像处理基础

彩色变换

彩色图像平滑

彩色图像尖锐化（拉普拉斯微分）

彩色分割（把一幅图像分成区域）

RGB彩色空间分割

彩色图像基础

为什么要研究彩色图像处理？

符合人类视觉特点

  • 人类可以辨别几千种颜色色调和亮度
  • 只能辨别几十种灰度层次

有用的描绘子

  • 简化目标物的区分
  • 目标识别：根据目标的颜色特征

彩色图像处理可分为：

全彩色处理

  • 数码相机
  • 数码摄像机
  • 彩色扫描仪

伪彩色处理

  • 对不同的灰度或灰度范围赋予不同的颜色

当一束白光通过一个玻璃棱镜时，出现的光束 不是白光，而是由一端为紫色到另一端为红色的 连续彩色谱组成

数字图像处理学习笔记（十六）——彩色图像处理_第1张图片

光特性是颜色科学的核心

描述彩色光的3个基本量：

  • 辐射率：从光源流出能量的总量，用瓦特(W) 度量
  • 光强：观察者从光源接收的能量总和
  • 亮度：主观描绘子

三原色 ：红色（Red）、绿色（Green）、蓝色（Blue）

原色相加可产生二次色

  • 深红色：红＋蓝
  • 青    色：绿＋蓝
  • 黄    色：红＋绿

 

彩色空间（也称彩色模型或彩色系统）

RGB

  • CCD技术直接感知R,G,B三个分量
  • 是图像成像、显示、打印等设备的基础

CMY(青、深红、黄)、CMYK (青、深红、 黄、黑）

运用在大多数在纸上沉积彩色颜料的设备， 如彩色打印机和复印机

CMYK

  • 打印中的主要颜色是黑色
  • 等量的CMY原色产生黑色，但不纯
  • 在CMY基础上，加入黑色，形成CMYK彩色 空间

HSI(色调、饱和度、亮度）

两个特点：

  • 分量与图像的彩色信息无关
  • H和S分量与人感受颜色的方式是紧密相连的

将亮度(I)与色调（H）和饱和度（S）分开
避免颜色受到光照明暗(I)等条件的干扰
仅仅分析反映色彩本质的色调和饱和度
广泛用于计算机视觉、图像检索和视频检索

YIQ

  • Y指亮度(Brightness),即灰度值
  • I和Q指色调，描述色彩及饱和度
  • 用于彩色电视广播，被北美的电视系统 所采用（属于NTSC系统）
  • Y分量可提供黑白电视机的所有影像信息

YUV

  • Y指亮度,与YIQ的Y相同
  • U和V也指色调，不同于YIQ的I和Q
  • 用于彩色电视广播，被欧洲的电视系统所采用（属于PAL系统）
  • Y分量也可提供黑白电视机的所有影像信息

YCbCr 

  • Y指亮度,与YIQ和YUV的Y相同
  •  Cb和Cr由U和V调整得到
  • JPEG采用的彩色空间

彩色空间转换

                数字图像处理学习笔记（十六）——彩色图像处理_第2张图片

                   数字图像处理学习笔记（十六）——彩色图像处理_第3张图片
RGB和CMY值都归一化到[0,1]

                    数字图像处理学习笔记（十六）——彩色图像处理_第4张图片

                         数字图像处理学习笔记（十六）——彩色图像处理_第5张图片

                           数字图像处理学习笔记（十六）——彩色图像处理_第6张图片

                              数字图像处理学习笔记（十六）——彩色图像处理_第7张图片

                                数字图像处理学习笔记（十六）——彩色图像处理_第8张图片

伪彩色图像处理

什么叫伪彩色图像处理?

  • 也叫假彩色图像处理
  • 根据一定的准则对灰度值赋以彩色的处理
  • 区分：伪彩色图像、真彩色图像、单色图像

为什么需要伪彩色图像处理?

  • 人类可以辨别上千种颜色和强度
  • 只能辨别二十几种灰度

应用

  • 为人们观察和解释图像中的灰度目标

怎样进行伪彩色图像处理？

  • 1.    强度分层技术
  • 2.    灰度级到彩色转换技术

强度分层技术

把一幅图像描述为三维函数（x,y,f(x,y)）

分层技术：放置平行于(x,y)坐标面的平面

每一个平面在相交区域切割图像函数

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)。假设垂直于强度轴的P 个平面定义为量级l1,l2,…,lP。0

                                 

  • ck  是与强度间隔 Vk
  • 第K级强度有关的颜色
  • Vk  是由在l=k-1和l=k分割平面定义的

灰度级到彩色的转换

  • 对任何输入像素的灰度级执行3个独立变换
  • 3个变换结果分别送入彩色监视器的红、绿、 蓝三个通道
  •  产生一幅合成图像

全彩色图像处理基础

全彩色图像处理研究分为两大类：

  • 分别处理每一分量图像，然后，合成彩色图像
  • 直接对彩色像素处理：3个颜色分量表示像素 向量。令c代表RGB彩色空间中的任意向量

                    数字图像处理学习笔记（十六）——彩色图像处理_第9张图片

对大小为 M * N 的图像

                       数字图像处理学习笔记（十六）——彩色图像处理_第10张图片

                      数字图像处理学习笔记（十六）——彩色图像处理_第11张图片

彩色变换

彩色变换函数

                         

数字图像处理学习笔记（十六）——彩色图像处理_第12张图片

数字图像处理学习笔记（十六）——彩色图像处理_第13张图片

补色

补色：在如图所示的彩色环上，与一种色调直接 相对立的另一种色调称为补色

                数字图像处理学习笔记（十六）——彩色图像处理_第14张图片

作用：增强嵌在彩色图像暗区的细节

彩色图像平滑

令Sxy表示在RGB彩色图像中定义一个中心在(x,y) 的邻域的坐标集，在该邻域中RGB分量的平均值为

                         数字图像处理学习笔记（十六）——彩色图像处理_第15张图片

彩色图像尖锐化（拉普拉斯微分）

RGB彩色空间，分别计算每一分量图像的拉普拉斯变换

                               数字图像处理学习笔记（十六）——彩色图像处理_第16张图片

彩色分割（把一幅图像分成区域）

HSI彩色空间分割——直观

  • H色调图像方便描述彩色
  • S饱和度图像做模板分离感兴趣的特征区
  • 强度图像不携带彩色信息

RGB彩色空间——直接

RGB彩色空间分割

令z代表RGB空间中的任意一点，a是分割 颜色样本集的平均颜色向量

                                         

D0是距离阈值

数字图像处理学习笔记（十六）——彩色图像处理_第17张图片

 

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