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第9章 彩色图像处理 9.1 色度学基础与颜色模型 9.2 颜色变换 9.3 平滑与锐化 9.4 彩色图像处理的应用 电磁波 灰度图像的像素值是光强，即二维空间变量的函数f (x，y)。 如果把灰度值看成是二维空间变量和光谱变量的函数f (x，y，λ)，则为多光谱图像，也就是通常所说的彩色图像。 计算机显示一幅彩色图像时，每一个像素的颜色是通过三种基本颜色(红、绿、蓝)合成的，即利用了最常见的RGB颜色模型。 一幅彩色图像的像素值可看做是光强和波长的函数值f (x，y，λ)，但实际使用时，将其看做是一幅普通二维图像，且每个像素有红、绿、蓝三个灰度值会更直观些。 颜色的三个属性 颜色是外界光刺激作用于人的视觉器官而产生的主观感觉。 非彩色：黑色、白色和介于这两者之间深浅不同的灰色，也称为无色系列。 彩色：除了非彩色以外的各种颜色。 颜色有三个基本属性，分别是色调、饱和度、亮度。基于这三个基本属性，提出了一种重要的颜色模型HSI (Hue，Saturation，Intensity)。 颜色模型 为了科学地定量描述和使用颜色，人们提出了各种颜色模型。 RGB模型 RGB模型采用CIE规定的三基色构成表色系统。自然界的任一颜色都可通过这三种基色按不同比例混合而成。 由于RGB模型将三基色同时加入以产生新的颜色，所以，它是一个加色系统。 设颜色传感器把数字图像上的一个像素编码成(R，G，B)，每个分量量化范围为 ［0，255］共256级。 RGB模型可以表示28×28×28=224=256×256×256=16 777 216≈1670万种颜色。这足以表示自然界的任一颜色，故又称其为24位真彩色。 一幅图像中的每一个像素点均被赋予不同的RGB值，便可以形成真彩色图像。 RGB颜色模型可用一个三维空间中的单位立方体来表示。 一幅图像中的每一个像素点均被赋予不同的RGB值，便可以形成真彩色图像，如红色(255，0，0)、绿色(0，255，0)、蓝色(0，0，255)、白色(255，255，255)、黑色(0，0，0)。 RGB模型与显示器等设备有着很好的对应关系。 RGB显示器中，有三种荧光粉能够分别发射出红、绿、蓝三种颜色，三个相邻的荧光点构成了一个像素，这些荧光点受到三束强度分别为c1、c2、c3的电子束的轰击，会发出不同的亮度，通过物理上的叠加或混合，便可显示出相应的颜色。 CIE XYZ模型 采用RGB模型表示各种不同颜色时，存在有负值表示颜色，且色度图上不能表示出亮度。为此，CIE1931年制定了XYZ模型，其中，X、Y、Z分别表示三种标准原色。 对于可见光中的任一种颜色F，可以找到一组权值使： CIE XYZ色度图如右图： 图中横轴代表标准红色分量x 纵轴代表标准绿色分量y 标准蓝色分量z=1－(x＋y) CIE XYZ模型与RGB模型之间可以相互转换，其转换公式为 Lab颜色模型 Lab颜色模型是CIE于1976年制定的等色空间。 Lab颜色由亮度或光亮度分量L和a、b两个色度分量组成。 其中，a在正向的数值越大表示越红， 在负向的数值越大则表示越绿； b在正向的数值越大表示越黄， 在负向的数值越大表示越蓝。 Lab颜色与设备无关，无论使用何种设备(如显示器、打印机、计算机或扫描仪)创建或输出图像，这种模型都能生成一致的颜色。 HSI颜色模型 HSI模型是美国色彩学家孟塞尔(H.A.Munseu)于1915年提出的，它反映了人的视觉系统感知彩色的方式，以色调、饱和度和强度三种基本特征量来感知颜色。 色调H、饱和度S 和强度I HSI模型的建立基于两个重要的事实： I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联的。 这些特点使得HSI模型非常适合彩色特性检测与分析。 HSI颜色模型 当I=0时，H、S无定义；当S=0时，H无定义。 HSI模型与RGB模型间相互转换 1) RGB转换到HSI。首先，对取值范围为［0，255］的R、G、B值按下式进行归一化处理，得到3个［0，1］范围内的r、g、b值： 式中 　　(2) HSI转换到RGB。利用h、s、i将HSI转换为RGB的公式为 例：有一像素的颜色为(100，150，200)，求其对应H、S、I值的步骤如下。　　(1) 归一化处理： 计算h，由于bg，故 (3) 计算s： 　　(4) 计算H，S，I： 　　(1) 计算h、s、i： 　　(3) 计算R、G、B： 　 CMY颜色模型 印刷工业常采用CMY色彩系统，它是