第5章彩色图像处理

三基色原理
C aC1 bC2 cC3
）
a, b, c 0
C1 、C2 、C3为三原色（又称为三基色）
A 、 b 、 c 为三种原色的权值（即三原色比例或浓度

C为所合成的颜色，可为任意颜色
三基色原理
红色 + 绿色 = 黄色 相 加 混 色 实 例
红色 + 蓝色 = 品红
绿色 + 蓝色 = 青色 红色 + 绿色 + 蓝色 = 白色 白色光Y与三基色关系 NTSC电视制式
YUV模型
Y 0.299R 0.587G 0.114B U 0.14713R 0.28886G 0.436 B V 0.615R 0.51499G 0.10001B
RGB模型
R Y 2.03211U G Y 0.39465U 0.58060V B Y 1.13983V
MATLAB图像处理工具箱使用函数imcomplement实 现RGB空间与CMY空间的相互转换，其常用调用方式如 下： CMY=imcomplement（RGB） 其中RGB可以是二值图像、灰度图像或彩色图像，而 CMY与RGB互余。
例 将RGB图像转换到CMY空间
I = imread('glass.png'); J = imcomplement(I); subplot(121), imshow(I);title ('RGB空间图像') subplot(122), imshow(J);title('CMY空间图像')
YCbCr模型
RGB模型
Y 0.299 R 0.587G 0.114 B Cb 2(1 0.114)( B Y ) C 2(1 0.299)( R Y ) r
R Y 0.7133Cr B Y 0.5643Cb G (Y 0.299 R 0.114 B) / 0.587
MATLAB图像处理工具箱使用rgb2ycbcr函数和 ycbcr2rgb函数实现RGB空间和YCbCr空间之间的转换。 其常用的调用方法如下：
YCBCR=rgb2ycbcr(RGB)
RGB=ycbcr2rgb(YCBCR) 其中RGB和NTSC分别表示RGB空间和NTSC空间的图像值 。
例5-5 RGB空间和YCbCr空间之间的转换。 RGB = imread('board.tif');%读取图像 YCBCR = rgb2ycbcr(RGB);%把RGB空间图像转换到 YCbCr空间 subplot(121); imshow(RGB); title('RGB空间图像 ') %显示RGB空间图像 subplot(122); imshow(YCBCR); title('NTSC空间图 像') %显示YCbCr空间图像
HSI模型
三原色（原图） （b）H分量
（c）S分量
（d）I分量
三原色RGB空间及其在HSI空间的各个分量
HSI模型
RGB模型 HSI模型
1 I ( R G B) 3 3 S 1 [min(R, G , B )] ( R G B) GB H 2 G B [(R G ) ( R B )] / 2 arccos 2 1/ 2 [(R G ) ( R B )(G B )]
第5章 彩色图像处理
• 颜色基础
• 颜色模型 • 颜色处理
5.1 颜色基础
色谱可分为6个宽的区域：紫色、蓝色、绿色、黄色、橘红色和红色
彩色是由物体的反射光的性质决定的： ���白色：反射光如果在所有可见光波长范围内是 平衡的。 ���彩色：仅反射有限的可见光谱。
���人是通过人 眼视网膜上的 600 ‾ 700 万个锥 状细胞来感知 色彩的，其中 65 %对红光敏 感 33 %对绿光敏 感 2%对蓝光敏感
RGB = imread('board.tif');%读取图像 NTSC = rgb2ntsc(RGB);%转换到NTSC空间 RGB2 = ntsc2rgb(NTSC);%转换到RGB彩色空间 subplot(121); imshow(NTSC); title('NTSC空间图像') %显示NTSC空间的图像 subplot(122); imshow(RGB2); title('RGB空间图像') %显示RGB彩色空间的图像
人眼中红、绿、蓝锥体的波长吸收函数
三基色原理
自然界中可见颜色都可以用三种原色按一定比例混
合得到；反之，任意一种颜色都可以分解为三种原色；
作为原色的三种颜色应该互相独立，即其中任何一
种都不能用其他两种混合得到；
三原色之间的比例直接决定混合色调的饱和度；
混合色的亮度等于各原色的亮度之和。
RGB模型
加色混色模型
以RGB三色光互相叠加来实现混色的方法 适合于显示器等发光体的显示
像素深度：表示一个像素的比特数 24位：(28)3=16777216
任何一种颜色在RGB颜色 空间中都可以用三维空间 中的一个点来表示
CMY模型
减色混色模型 减色基：青(Cyan)、品红(Magenta)、黄(Yellow)是加 色基R、G、B的补色 颜色是从白光中减去一定成分得到的 适合于彩色打印，印刷行业等
CMY模型
CMY模型与RGB模型关系
C 1 R M 1 G Y 1 B
青(C)=(红色光+绿色光+蓝色光)-红色光=绿色+蓝色 品红(M)=(红色光+绿色光+蓝色光)- 绿色光=红色+蓝色
黄(Y)=(红色光+绿色光+蓝色光)- 蓝色光=红色+绿色
tmp1=0.5*((r-g)+(r-b)); tmp2=sqrt((r-g).^2+(r-b).*(g-b)); theta=acos(tmp1./(tmp2+eps)); H=theta; H(b>g)=2*pi-H(b>g); H=H/(2*pi); H(S==0)=0; hsi=cat(3,H,S,I) subplot(222),imshow(H); title('H分量') subplot(223),imshow(S); title('S分量') subplot(224),imshow(I); title('I分量')
Y 0.299 R 0.587 G 0.114 B
PAL电视制式
Y 0.222 R 0.707 G 0.071B
5.2 颜色模型
• 彩色模型的作用是在某些标准下以可以接受的方 式简化彩色规范。
• RGB模型：彩色监视器、摄像机 • CMY模型和CMYK模型：彩色打印机 • HSI模型：符合人描述和解释颜色，把图像分成彩色和灰 度信息 • YUV模型和YIQ模型：电视、视频编码
YIQ模型
Y 0.299R 0.587G 0.114B I 0.596R 0.275G 0.321B Q 0.212R 0.523G 0.311B
RGB模型
R Y 0.956I 0.621Q G Y 0.272I 0.647Q B Y 1.107I 1.704Q
5.3 颜色处理
灰度转化为彩色，伪彩色处理
彩色转化为灰度，灰度化处理
彩色图像的灰度化处理
• 最大值法：使R、G、B的值等于3值中最大的一个
R G B max( R, G, B)
• 平均值法：使R、G、B的值求出) 3
• 加权平均值法：根据重要性或其他指标给R、G、B赋予不 同的权值，并使R、G、B的值加权平均
HSI模型
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，物体的亮度愈大 ，反之愈小。如果把亮度作为色环的 垂线，那么 H 、 S 、 I 构成一个柱形彩 色空间。灰度阴影沿着轴线自下而上 亮度逐渐增大，由底部的黑渐变成顶 部的白。圆柱顶部的圆周上的颜色具 有最高亮度和最大饱和度。
HSI模型
HSI模型用H、S、I三参数描述颜色特性
H定义颜色的波长，称为色调
S表示颜色的深浅程度，称为饱和度 I表示强度或亮度
HSI颜色模型反映了人的视觉对色彩的感觉
HSI模型
色调 H 由角度表示，它反映了颜色最接 近什么样的光谱波长，即光的不同颜色 。通常假定0°表示的颜色为红色， 120°的为绿色，240°的为蓝色。 从0°到360°的色相覆盖了所有可见光 谱的彩色 饱和度S 表征颜色的深浅程度，饱和度 越高，颜色越深。饱和度参数是色环的 原点（圆心）到彩色点的半径的长度。 在环的边界上的颜色饱和度最高，其饱 和度值为1；在中心的饱和度为0。
YIQ模型
• YIQ是NTSC制式采用的颜色空间。 • NTSC是由EIA（美国电子工业协会）所发起及创办的图像 输出制式，其标准主要应用于日本和北美等地区。 • Y分量代表图像的亮度信息，I、Q两个分量则携带颜色信 息，I分量代表从橙色到青色的颜色变化，而Q分量则代表 从紫色到黄绿色的颜色变化。 • YIQ模型的优点是将灰度信息和颜色信息区分开来。
120 H 240
R=I(1-S) Scos(H-120o ) G=I 1+ o cos(180 -H) B=3I-(G+R)
例
将RGB图像转换到HSI空间
rgb=imread('lena.jpg'); subplot(221),imshow(rgb);title('原始图像') rgb1=im2double(rgb); r=rgb1(:, :,1); g=rgb1(:, :,2); b=rgb1(:,:,3); I=(r+g+b)/3; tmp1=min(min(r,g),b); tmp2=r+g+b; tmp2(tmp2==0)=eps; S=1-3.*tmp1./tmp2;