彩色图像处理

6.1.1 三基色原理
◆对不同颜料配色过程的理解：
品红色颜料+黄色颜料=红色颜料=>白色–绿色–蓝色
青色颜料+黄色颜料=绿色颜料 => 白色–红色–蓝色
品红色颜料+青色颜料=蓝色颜料=>白色–绿色–红色 品红色颜料+青色颜料+黄色颜料=黑色颜料 =>白色–绿色–红色–蓝色
6.1.1 三基色原理
2. 相减混色
6.3.2 彩色图像的灰度化
(1) 最大值法 即将输入图像中的每个像素的R、G、B分量值的 最大者赋给输出图像中对应像素的R、G、B分量的方 法。用公式可表示为：
g R ( x, y) g G ( x, y) g B ( x, y) max( f R ( x, y), f G ( x, y), f B ( x, y))
B 3I ( R G)
（6.19）
6.2.4 HSI彩色模型到RGB彩色模型的转换
（3）当240º≤H < 360º：
G I (1 S )
S cos(H 240 ) B I [1 ] cos(300 H )
（6.20）
（6.21）
（6.22）
R 3I (G B)
I=1
绿 青
黄
H
S 蓝 品红
红
I=0.5
I=0
6.2.1 HSI彩色模型
HSI色系 —— 亮度分量I

I 表示光照强度或称为亮度，它确定了像 素的整体亮度，而不管其颜色是什么。
I:
小
大
6.2.1 HSI彩色模型
HSI色系 —— 亮度(I)效果示意图
6.2.1 HSI彩色模型
HSI色系 —— 色度分量H

在这种色系中
Y：亮度；U，V：色差信号

目的是为了可以使电视节目可用同时被黑白 电视及彩色电视接收。
电视信号在发射时，转换成YUV形式；接收 时再还原成RGB三基色信号，由显像管显示。

6.2.5 其它彩色模型简介
YUV模型
—— 电视信号接收原理示意图
彩 色 电 视 信 号 Y,U,V Y 黑 白 电 视 信 号
品红 蓝
黑 红 绿
青
白色 – 红色 = 青色 白色 – 绿色 = 品红色 白色 – 蓝色 = 黄色 白色 – 绿色 – 红色 – 蓝色 = 黑色
黄
图6.2 相减混色的三基色及其补色的关系
6.1.2 CIE色度图
1、相关概念
CIE（）际照明委员会） 国
◆对于无彩色（消色）图像来说，亮度（也即灰
度）是唯一的属性。
品红 白 黑 (1,0,0) R 红 黄 灰度级 (0,1,0) 绿 青
G
图6.4
RGB彩色立方体示意图
6.2.1 HSI彩色模型
HSI（hue-saturation-intensity）彩色模型比 较适合于人用色调（H）、饱和度（S）和亮度（I） 描述被观察物体颜色的解释，对于开发基于彩色描述 的图像处理方法是一个理想的工具。 白
白 白 品红 青 I=1
黄
绿 青 H 蓝 S 品红 黄 红 I
蓝
红 I=0.5 绿
黑
I=0 黑
图6.6 RGB立方体旋转示意图
6.2.3 RGB彩色模型到HSI彩色模型的转换
1 [( R G ) ( R B)] 2 arccos [( R G ) 2 ( R G )(G B)]1 / 2
6.2 彩色模型


颜色的描述是通过建立彩色模型来实现的，不同 的彩色模型对应于不同的处理目的 CIE（国际照明委员会）在进行大量的色彩测试 实验的基础上提出了一系列的颜色模型：



RGB模型：红(R)、绿(G)、蓝(B)三基色混合 HSI模型：色度(H) 、饱和度(S) 、亮度(I) YUV模型： 亮度(Y)、色度(UV) YCbCr模型：亮度(Y)、色度(CbCr)
S=0
S=1/4
S=1/2
S=1
6.2.2 HSI彩色模型

思考问题：在这个圆柱体上，红色的点 顺（逆）时针旋转会变成什么样？上下 移动呢？向圆心方向移动呢？
黄
120 绿
S H 青
白
0
S
240 蓝
品红
I
黑
红点的顺（逆）时针转动
红点的上下移动
红点向圆心方向移动
6.2.3 RGB彩色模型到HSI彩色模型的转换

S：表示饱和度，饱和度参数是色环的原点 到彩色点的半径长度。 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。

6.2.2 HSI彩色模型
绿。
。
黄
P S H
。
青。
·
红
蓝
。
品红
图6.5 HSI彩色模型中的色调和饱和度
6.2.2 HSI彩色模型
HSI色系 —— 饱和度(S)效果示意图
◆对于有彩色图像来说，通常用亮度、色调及饱
和度表示颜色的特性。
6.1.2 CIE色度图
◆在彩色图像中： 亮度反映了该颜色的明亮程度。颜色中掺入的白色越 多亮度就越大，掺入的黑色越多亮度就越小。 色调用于描述纯色（如纯黄色、纯红色），反映了观 察者接收到的主要颜色。 饱和度给出一种纯色被白光稀释的程度的度量，与加 入到纯色（色调）中的白光成正比（由于加入了白光，观 察者接收到的不再是某种纯色，而是反应该纯色属性的混 合颜色）。
其中:
R G B 1
6.3.2 彩色图像的灰度化
人眼对绿光的亮度感觉仅次于白光，是三基色中 最亮的，红光次之，蓝光最低。 如果权值ωG、ωR、ωB满足条件ωG>ωR>ωB，将 会得到比较合理的灰度化结果。相关研究表明，当 ωG=0.587、ωR=0.299、ωB=0.114时，得到的灰度化 图像较合理，此时灰度化公式就变为：
1 I ( R G B) 3
3 S 1 [min( R, G, B)] RG B
H 360 GB GB
6.2.4 HSI彩色模型到RGB彩色模型的转换
（1）当0º≤H<120º：
B I (1 S )
S cos(H ) R I [1 ] cos(60 H )
6.1 彩色视觉

光学原理解释的色彩的形成
6.1 彩色视觉

可视光区的波长在400nm~700nm，当光谱 采样限制到三个人类视觉系统敏感的红、绿、 蓝光波段时，对这三个光谱带的光能量进行采 样，就可以得到一幅彩色图像
红外光 可见光区
紫外光
400nm
435.8nm
546.1nm
700nm
780nm
6.3.2 彩色图像的灰度化
(2) 平均值法 即将输入图像中的每个像素的R、G、B分量的算 术平均值赋给输出图像中对应R ( x, y) g G ( x, y) g B ( x, y) ( f R ( x, y) f G ( x, y) f B ( x, y)) / 3
6.3.1 反色变换
（a）原彩色图像 图6.8
（b）图(a)的负片效果 彩色图像的反色变换
6.3.2 彩色图像的灰度化
◆将彩色图像转变为灰度图像的处理称为彩色图 像的灰度化处理。 ◆将彩色图像转换为灰度图像的实质，就是通过 对图像R、G、B分量的变换，使得每个像素点的R、G、 B分量值相等。 ◆彩色图像的灰度化方法主要包括：最大值法、 平均值法和加权平均值法。

H：表示色度，由角度表示。反映了该颜色 最接近什么样的光谱波长。0o为红色，120o 为绿色，240o为蓝色。
6.2.2 HSI彩色模型
HSI色系 —— 色度(H)效果示意图
H=0º
H=60º
H=120º
H=180º
H=240º
H=300º
6.2.2 HSI彩色模型
HSI色系 —— 饱和度分量S
第6章 彩色图像处理
主要内容
6.1 彩色视觉 6.2 颜色模型 6.3 彩色变换 6.4 彩色图像增强 6.5 彩色图像平滑 6.6 彩色图像锐化
6.1 彩色视觉

人眼对于彩色的观察和处理是一种生理和 心理现象，其机理还没有完全搞清楚，因 而对于彩色的许多结论都是建立在实验基 础之上的
彩色视觉是人眼对射入的可见光光谱的强弱及波 长成份的一种感觉。
6.2.5 其它彩色模型简介
1、CMYK色系—— 基本概念



这种色系用于印刷行业。 是一种减色系统，将从白光中滤出三种原色 之后获得的颜色作为表色系的三原色CMY。 K为黑色，为了印刷时对黑色可用黑色墨来 印刷。
• C：青色，从白色中滤去红色。
• M：品红，从白色中滤去绿色。
• Y: 黄色，从白色中滤去蓝色。
6.2.5 其它彩色模型简介
1、CMYK色系—— 着色原理

既然是减色系统，其着色原理是基于光吸收 的，这有别于RGB的光射入的方式。

C与M叠加：同时吸收了R与G，则为蓝色；
C与Y叠加：同时吸收了R与B，则为绿色；
M与Y叠加：同时吸收了G与B，则为红色。
6.2.5 其它彩色模型简介
2、YUV表色系—— 基本概念
6.1.1 三基色原理
2. 相加混色
一般把三基色按不同比例相加进行的混色称为相加混 色。 红色 红色 绿色 红色 红色 绿色 蓝色 + + + + + + + 蓝色 = 绿色 = 蓝色 = 绿色 + 青色 = 品红色 黄色 = 品红色 黄色 青色 蓝色 = 白色 白色 = 白色 白色