第5章颜色分析.doc

第章 色度学是—门研究彩色计量的科学，其任务在于研究人眼彩色视觉的定性和定量规律及应用。彩色光的基本参数明亮度、色调和饱和度,。明亮度是光作用于人眼时引起的明亮程度的感觉。一般来说，彩色光能量大则显得亮，反之则暗。色调反映颜色的类别，如红色、绿色、蓝色等。饱和度是指彩色光所呈现颜色的深浅或纯洁程度。色调与饱和度又合称为色度，它即说明彩色光的颜色类别，又说明颜色的深浅程度。 400nm~780nm的电磁波，不同波长的可视光作用人眼产生颜色的感觉，如图5-1。但是可视光如何作用于人眼而产生颜色的感觉，目前还不清楚。1801年Young提出了一种假设，认为视网膜上的视锥细胞有三种类型，即红视锥细胞、绿视锥细胞和蓝视锥细胞。视锥细胞 实验发现，人眼的取决于红、绿、蓝三分量的比例，而亮度取决于红、绿、蓝三分量的和。这个规律称为 Grassman 定律。三R、G、B白光(W)可由红(R)、绿(G)、蓝(B)三基色相加而，它们的光通量比例为 ΦR：ΦG：ΦB ＝ 1：4.5907：0.0601取光通量为1光瓦的红基色光为基准，要配出白光，需要4.5907光瓦的绿光和 0.0601光瓦的蓝光，而白光的光通量则为 Φw ＝1 + 4.5907 + 0.0601＝5.6508光瓦 为简化计算，使用三基色单位制，记作[R]、[G]、[B]，它规定白光是由各为1个单位的三基色光组成，即　　　 Ｗ 1[R] + 1[G] + 1[B] 符号的含义是“可由…混合配出”。由此可知， 1个单位[R]＝1光瓦(红基色光) 1个单位[G]＝4.5907光瓦(绿基色光) 1个单位[B]＝O.0601光瓦(蓝基色光) 对于任意给出的彩色光Ｃ，配色方程可写成 Ｃ＝R[R] + G[G] + B[B] 该色的光通量为: Φc＝(R+4.5907G+0.0601B)光瓦＝680(R+4.5907G+0.0601B)流明 其中，R、G、B为三个色系数。在只考虑色光色度时，起决定作用的是R、G、B的相对比例，而不是其数值大小。R、G、BRGB颜色模型，如图5-2。 国际照明委员会CIE：Commission International delEclairage)规定谱色基色系中，三基色波长分别为：红＝700纳米，绿＝546.1纳米，蓝＝435.8纳米。RGB模型适合物理上颜色合成，但与人们的视觉感知符合不好。长期以来，人们对颜色的感知主要依据颜色三要素，即色调、饱和度和明亮度。因此，基于颜色三要素的颜色模型比较符合人们对颜色视觉特征的心理感知。Munsell模型、Ostwald模型都是采用标准颜色卡方式制定的、面向艺术的表色系统，如图-3。 5.2.1 HSI颜色模型 在计算机图像分析中，基于颜色三要素的常用颜色模型有HSV、HSI、HLS等。在这些颜色模型中，由RGB模型计算颜色三要素的方法不尽相同。 亮度的计算方法 明亮度是光作用于人眼时引起的明亮程度的感觉，常用的五种计算公式： HSI 模型 （5-1） NTSC亮度信号 （5-2） HSV模型 （5-3） Luv模型 （5-4） HLS模型 （5-5） 2．饱和度的计算公式 饱和度是指颜色的纯度，用公式表示：饱和度=纯色的亮度/总亮度=1-包含的白光亮度/总亮度。常用的四种计算公式： HSI模型 （5-6） NTSC亮度信号 （5-7） HSV模型 （5-8） HLS模型 （5-9） 3．色调的计算公式 色调是指颜色的类别，根据色谱排列，将不可见光（红外线和紫外线）合并，形成360度循环，用角度表示。常用的两种计算公式： 在HSI模型中，当 R、G、B不全相同时， （5-10） HSV模型中，当 R、G、B不全相同时，若G(B， （5-11） 其中。 .2.2 对HSI颜色模型的改进 通过实验比较发现，饱和度公式（5-6）～（5-9）及色调公式（5-10）和（5-11）在视觉感觉上差别不大，但亮度公式（5-1）～（5-5）视觉差别却较大。图5-示出用5个亮度公式分别计算彩色图像亮度的例子。 因此，选择合适的明亮度公式在彩色图像的颜色分析和灰度图像转换中至关重要。如图-4所示，最左边的图片为原始彩图，其后的四幅图片从左到右依次为原图和用公式（5-1）～（5-5）计算得到的亮度分量图像，从实验结果可以看出，用（5-2）式处理的结果最符合人的视觉感受。 下面在实验的基础上对颜色三要素的计算公式进行比较分析，选择更符合人的视觉特征的计算