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多媒体技术 第四章 彩色图像处理 一、彩色的描述原理： 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。 二、感兴趣的范围： 红外区、可见光区一直到紫外光区。 三、多光谱图像： 光谱采样不限于三个波段，即为多光谱图像。其研究课题最多的是在遥感领域。 4.1 几种常用的表色系统 前面我们已经提到，当在三基色光波段的光谱采样时，可以形成彩色图像。但是为了不同的研究目的，便产生了为其提供最方便的几种彩色描述方法。 一、RGB色系 国际照明委员会（CIE） 规定以 700nm(红)、546.1nm (绿)、435.8nm (蓝) 三个色光为三基色。又称为物理三基色。自然界的所有颜色都可以通 过选用这三基色按不同比例混合而成。 一、RGB色系 一、RGB色系 RGB色彩空间 计算机色彩显示器显示色彩的原理与彩色电视机一样，都是采用R、G、B相加混色的原理，通过发射出三种不同强度的电子束，使屏幕内侧覆盖的红、绿、蓝磷光材料发光而产生色彩的。这种色彩的表示方法称为RGB色彩空间表示。在多媒体计算机技术中，用的最多的是RGB色彩空间表示。 根据三基色原理，在RGB色彩空间，任意色光F都可以用R、G、B三色不同分量的相加混合而成：F＝r [ R ] + g [ G ] + b [ B ] RGB色彩空间还可以用一个三维的立方体来描述。 二、 HSI色系 这种彩色系统格式的设计反映了人类观察彩色的方式。如：红色又分为浅红和深红色等等。 HSI色彩空间 HSI色彩空间是从人的视觉系统出发，用色调（Hue）、饱和度（Saturation）和亮度（Intensity）来描述色彩。HSI色彩空间可以用一个圆锥空间模型来描述。用这种描述HIS色彩空间的圆锥模型相当复杂，但确能把色调、亮度和色饱和度的变化情形表现得很清楚。 二、 HSI色系 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。 二、 HSI色系 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（既彩虹中的那种颜色）0o为红色，120o为绿色，240o为蓝色。0 o到240o覆盖了所有可见光谱的颜色，240o到300o是人眼可见的非光谱色（紫色）。 二、HSI色系 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）影调，即饱和度为0。 二、HSI色系 通常把色调和饱和度通称为色度，用来表示颜色的类别与深浅程度。由于人的视觉对亮度的敏感程度远强于对颜色浓淡的敏感程度，为了便于色彩处理和识别，人的视觉系统经常采用HSI色彩空间，它比RGB色彩空间更符合人的视觉特性。在图像处理和计算机视觉中大量算法都可在HSI色彩空间中方便地使用，它们可以分开处理而且是相互独立的。因此，在HSI色彩空间可以大大简化图像分析和处理的工作量。 A、HSI圆锥空间模型 B、线条示意图：圆锥上亮度、色度和饱和度的关系。 C、纵轴表示亮度：亮度值是沿着圆锥的轴线度量的，沿着圆锥轴线上的点表示完全不饱和的颜色，按照不同的灰度等级，最亮点为纯白色、最暗点为纯黑色。 二、HSI 色系 1. RGB到HSI的转换： 二、HSI 色系 2. HSI到RGB的转换 1） 二、HSI 色系 2. HSI到RGB的转换2） 二、HSI 色系 2. HSI到RGB的转换 3） 二、HSI 色系 在RGB空间变换颜色（色调）困难 在HIS空间变换颜色（色调） 、饱和度、亮度容易 例：黄色?蓝色 RGB空间R 143 ? 31 G143?31 31?255 HIS空间 H 60 ?240 三、YUV电视信号表色系 在这种表色系统中 Y：亮度；U，V：色差信号。 目的是为了可以与黑白电视兼容。 电视信号在发射时，转换成YUV形式，接受时再还原成RGB三基色信号，由显像管显示。 在现代彩色电视系统中，通常采用三管彩色摄像机或彩色CCD（电荷耦合器件）摄像机，把摄得的彩色图像信号，分别放大校正得到RGB，再经过矩阵变换电路得到亮度信号Y和两个色差信号R－Y、B－Y，最后发送端将亮度和色差三个信号分别进行编码，用同一信道发送出去。这就是我们常用的YUV色彩空间。 采用YUV色彩空间的重要性是它的亮度信号Y和色度信号U、V是分离的。如果只有Y信号分量而没有U、V分量，那么这样表示的图就是黑白灰度图。 三、YUV电视信号表色系 1. RGB到YUV的转换 三、YUV电视信号表色系 2、 YUV到RGB的转换 四