matlab rgb2ntsc函数,Matlab图处理与应用(第8章)色彩调整.doc

第8章 彩色图像处理及MATLAB实现

8.1 概述

彩色对我们并不陌生，比如说日常生活中通过摄影相机用彩色胶卷所拍的照片。它是指用各种观测系统，以不同形式和手段，观测客观世界而获得的，可以直接和间接作用于人眼，进而产生视觉的实体。小到分子内部结构图片，大至宇宙星体照片，人类通过视觉识别文字、图片和周围环境，人的视觉系统就是一个观测系统，通过它得到的图像就是客观景物在人的心目中形成的影像。

我们生活在一个信息时代，科学研究和统计表明，人类感知的外界信息，80％以上是通过视觉得到的，也就是从图像中获得。生活在色彩斑斓的世界中，人的视觉系统产生的图像多为彩色图像。对人类而言，对彩色图像信息的感知，具有至关重要的意义。彩色图像信息可以从科学和艺术两方面来理解。本章仅从科学角度讨论彩色图像信息处理，当然通过科学手段对彩色图像进行处理自然也可能使彩色图像更具有艺术效果。

对彩色图像的科学处理，称为图像技术，也称为图像工程。内容非常丰富，根据抽象程度和研究方法等的不同可分为三个层次：彩色图像处理、彩色图像分析和彩色图像理解。彩色图像处理着重强调在图像之间进行的变换，彩色图像分析则主要是对彩色图像中感兴趣的目标进行检测和测量，以获得它们的客观信息，从而建立对图像的描述。彩色图像理解的重点是在彩色图像分析的基础上，进一步研究图像中各目标的性质和它们之间的相互联系，并得到图像内容含义的理解，以及对原来客观场景的解释，从而指导和规划行为，彩色图像处理的最终研究目标为：通过二维彩色图像认识三维环境的信息。

随着信号处理及计算机技术和彩色图像处理技术的发展，人们试图用摄像机获取环境彩色图像并转换成数字信号，用计算机实现人类对视觉信息处理的全过程，进而形成了一门新学科—计算机视觉，从而大大推动人工智能系统的发展，彩色图像处理技术是开发智能机器人的关键突破口，当前彩色图像技术已涉及人类生活和社会发展的各个方面，展望未来，彩色图像处理技术将能得到进一步发展和应用，从而改变人们的生活方式以及社会结构。

本章第二节讨论人类彩色视觉系统有关知识，第三节讨论彩色图像处理，第四节讨论彩色图像分析。由于篇幅的关系，有关彩色图像理解的内容请参考有关计算机视觉的论著。

8.2彩色视觉与彩色图像

彩色图像处理的许多目标是帮助人更好地观察和理解图像中的信息，处理方案的选择和设计与信源和信宿的特征密切相关。所谓信源就是处理前或者处理后的图像，而信宿就是处理前后信息的接收者——人的视觉系统。因此了解图像特点和人的视觉系统对彩色的感知规律是十分必要的，本节将介绍有关这方面的内容，即色度学的知识。

8.2.1彩色视觉

人的视觉的产生是一个复杂的过程，除了光源对眼睛的刺激，还需要人脑对刺激的解释。即人的视觉系统是由眼球、神经系统及大脑的视觉中枢构成，人眼的形状为一球形，其平均直径约20毫米，这球形之外壳有三层薄膜，最外层是角膜和巩膜，最里层的膜是视网膜，它布满在整个后部的内壁上。视网膜可看做是大脑分化出来的一部分，其构造比其他感觉器官都要复杂，具有高度的信息处理机能。眼睛中的光感受器主要是视觉细胞，视网膜上存在不同的光感受器，即锥状细胞与杆状细胞。杆状细胞对彩色不敏感，锥状细胞具有辨别光波波长的能力，因此对彩色十分敏感，锥状细胞又分为对不同光谱(红、绿、蓝)敏感的三种细胞，对外膝体与大脑视觉皮层的分析表明，它们都有专门的区域从事彩色信息的处理与识别，这就是人类视觉系统的彩色信息通道。

周围环境中的物体，在可见光的照射下，通过眼球的聚焦作用，在人眼的视网膜上形成彩色图像，通过人类视觉信息系统彩色信息通道各个环节的处理，使人获得彩色图像信息的感知觉。对彩色图像信息的感知觉就是人类的彩色视觉，彩色视觉是一种明视觉，常用亮度、色调和饱和度三个基本特性量来描述，称为彩色三要素。

亮度是指彩色光所引起的人眼对明暗程度的感觉，亮度和照射光的强度有关。

色调是指光的颜色，例如，红、橙、黄、绿……等都表示光的不同色调，改变色光的光谱成分，就会引起色调的变化。

色饱和度是指色的颜色的深浅程度。如深红、淡红等等。

色调和饱和度又合称为色度，它既表示色光颜色类别，又能表示颜色的深浅程度。

8.2.2 三色成像原理

人眼视网膜中存在着对不同光谱(红、绿、蓝)敏感的三种锥状细胞，由这三种锥状细胞，人类产生自然界所有彩色的感知觉。科学实验与分析表明，自然界里常见的各种色光都可以由红、绿、蓝三种色光，按不同比例相配而成，同样，绝大多数色光也可以分解成红、绿、蓝三种色光。这便是色度学中的最基本原理—三基色原理。三基色的选择并不是惟一的，也可以选其他三种颇色为三基色。但是三种基色必须是相互独立的，即任何一种颜色都不能由其他两种颜色合成。由于人眼对红(R)、绿(G)、蓝(B)三种色光最为敏感，因此由这三