,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,单击此处编辑母版标题样式,本章内容简介,颜色的基本概念,常用表色系,彩色补偿,彩色图像处理中需要注意的问题,1,9.1,颜色的基本概念,牛顿在十七世纪后期用棱镜把太阳光分散成光谱上的颜色光带，证明了白光是由很多颜色的光混合而成；,颜色,严格地说不同与彩色。,颜色,可分成彩色和无彩色（即不同的灰色）。,但通常我们所说的,颜色,是指彩色,2,光谱图,可见光的波长大约在,380-780nm,之间。,可见光区之外，还有红外光区、紫外光区。,在遥感领域中光谱采样通常不限于红外区、可见光区、紫外光区三个波段中的某一个，即为多光谱图像。,彩色不仅喜人，且可获得更多的信息：,视觉仅能感知十余级灰阶；,彩色感知但却能区分上千种彩色。,3,380nm,700nm,紫外光,红外光,可见光区,546.1nm,435.8nm,780nm,三基色原理,十九世纪初，,Tomas Young,提出：“任何彩色可以用合适的三种基本色混合而再生”。,生理学已证实，视网膜中有三种视锥体，具有不同的光谱特性，峰值吸收分别在光谱的红、绿、蓝区域。吸收曲线有相当多的部分是相互重叠的。这是三基色原理的生理基础。,4,三基色原理,三基色相加混色：红、绿、兰；,（光的三基色）,三基色相减混色：青、黄、品红,（颜料的三基色）,相减是指吸收或过滤掉。,5,光和颜料是对立的，然而又互辅相成。,如果没有光的照射，就不能看见物体的颜色，而有色光必须照在不透明的表面上才能看见。,RGB,发射光，而,CYM,反射光。,混合所有色彩的光形成白色，而混合所有颜料形成黑色。,同时观察这两种模式，可见，,RGB,模式是,CMY,模式的对立物，就像每一种主体部分都是另一种的从属部分。,6,光的三基色和颜料三基色间的差别,9.2,常用表色系,颜色的描述是通过建立色彩模型来实现的，不同的色彩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用于对色彩进行描述。,各种不同的颜色模型之间可以通过数学方法互相转换。,7,9.2.1 RGB,表色系,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过选用这三基色按不同比例混合而成。,RGB,模式的混色原理是以颜色加法来混合出各种不同的颜色。,彩色电视机的显像管（,CRT,）以及计算机屏幕，都是以这种方式来混合出各种不同的颜色效果。,如果采用其他色系进行了处理，最终一定要,转换到,RGB,色系,，才能正常显示结果。,8,9.2.2 HSI,色系,RGB,色系虽然是目前各类显示器使用的色系，但颜色的构成与人对颜色的理解方式不同，所以在进行处理与调整时，不易于获得准确的参数。,新的彩色系统格式的设计应该反映人类观察 彩色的方式。如：红色又分为浅红和深红色等等。,HSI,（,HSB,）模式是利用色调、色浓度以及亮度三种基本向量来表示一种颜色。,9,颜色纺锤体,水平的圆周表示,色调,，圆周上的不同角度的点代表了不同色调的颜色，如红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等,。,圆心的色调是中灰色，它的亮度和该水平圆周上各色调的亮度相同。,从圆心向圆周过渡表示同一色调下不同的,饱和度,。,颜色纺锤体的垂直轴线上表示列的,亮度,变化，顶部是白色，沿着灰度过渡，到底部是黑色。在垂直轴线上越往上亮度越大。,10,HSI,色系,色度分量,H,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。,沿着色调环从,0,o,（纯红），,120,o,为绿色，,240,o,为蓝色，再转回,360,o,（纯红）。,11,HSI,色系,饱和度分量,S,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,。,0%,时为灰色，,100%,时为纯色。,12,S,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。,0%,为黑色，,100%,时为白色。,13,I:,小 大,RGB,与,HSI,的转换,RGB,到,HSI,的转换：,14,HSI,与,RGB,的转换,HSI,到,RGB,的转换：,15,9.2.3 YUV,和,YCbCr,表色系,电视信号发射时，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。目的是为了与黑白电视兼容。,在,YUV,（电视信号）模式中：,Y,：亮度；,U,，,V,：色差信号。,RGB,到,YUV,的转换,YUV,到,RGB,的转换,16,YCbCr,表色系,这是常用于彩色图像压缩时的一种彩色模式。,Y:,代表亮度；,Cb,：代表蓝色色度分量；,Cr,：代表红色色度分量；,与,YUV,模式不同的是它充分考虑了色彩组成时,RGB,三个分量在视觉感受中的不同重要性。,YUV,考虑的是简单，,YCbCr,考虑的是压缩时可以充分取出冗余量。,17,YCbCr,与,RGB,的转换,RGB,到,YCbCr,的转换,YCbCr,到,RGB,的转换,其中，,，,9.2.4 CMYK,表色系,光谱中原色互补色是青色、品红色和黄色。所以用这三种原色构成所有颜色。这三种原色构成了,CMY,色彩模式。,在,CYM,色彩模式中，红色是品红色与黄色混合而成，蓝色是淡青色与品红色混合而成的。,CMY,色彩模式不流行的原因之一是这些深色的原色是不自然的，而且不容易得到。,理论上，利用,C,、,M,、,Y,三种基本色便可以混合为黑色，但是由于考虑到印刷油墨混合的误差，所以再加进一定量的黑色。,CMYK,是由青,(Cyan),、品红,(Magenta),、黄,(Yellow),以及黑,(Black),四种基本色调配合成各种不同的颜色，一般应用在印刷输出的分色处理上面。,19,9.2.5 Lab,表色系,Lab,模式是一般人较为陌生的色彩模式，这个模式的色彩定义是由国际照明委员会,CIE,所制定的，也是目前所有模式中含盖色彩范围最广的模式。,它的特色是,对色彩的描述完全采用数学方式,，与系统及设备无关，因此它可以无偏差地在系统与平台间进行转换。,Lab,模式是以,一个亮度分量,L,(Lightness),范围是,0-100,；以及,两个颜色分量,a,与,b,来表示颜色,。,a,分量是由绿色演变到红色,范围是,-120-+120,；而,b,分量则是由蓝色演变到黄色,范围是,-120-+120,。,人眼所能看见的光、色之范围较为广泛，由计算机的彩色屏幕按,RGB,模式或由彩色印刷品按,CMYK,模式所表示出来的光与色，只不过是其中的一部分。而且像,RGB,、,CMYK,和,Lab,三种模式表现的颜色范围也不相同。,20,9.3,彩色补偿,在某些应用中，目标是分离出主要或完全是颜色不同的各种类型的物体。,由于常用的彩色成像设备具有较宽而且相互覆盖的光谱敏感区，加上待拍摄图像的染色是变化的，所以很难在三个分量图中将物体分离出来。这种现象称为颜色扩散。,21,彩色补偿,基本设计思想,通过数学运算，将扩散进来的颜色分量补偿掉。由此，使不同的目标在不同的颜色分量中信号最强。,分析颜色扩散的现象，是“你中有我，我中有你”。,所以补偿的算法思路是：,将原本应该是纯红、纯绿、纯蓝色的像素点转换成理想的颜色，由此获得原图与补偿图之间的影射关系，最后用此影射关系处理所有的像素点。,22,彩色补偿,算法步骤,(,一,),读入拍摄到的具有颜色扩散的图像，设其三个颜色分量分别为,R,G,B,。,分别求出某个颜色分量与其他两个颜色分量之间的强度差，即：,23,彩色补偿,算法步骤,(,二,),分别求出强度差的最大值（即寻找画面中应该为纯红、纯绿、纯蓝色的点。可能是单个点，也可能是多个点）如下：,（红色的可能点）,（绿色的可能点）,（蓝色的可能点）,24,彩色补偿,算法步骤,(,三,),在三个强度差分量,e,R,，,eG,，,eB,中，分别找出等于其最大值的像素，并分别求出其像素的均值向量如下：,25,彩色补偿,算法步骤,(,四,),将该三组点设为在没有颜色扩散的情况下，应该是纯红、纯绿、纯蓝色的点，即：,理想值应该为,理想值应该为,理想值应该为,26,彩色补偿,算法步骤,(,五,),然后构造彩色补偿变换矩阵如下：,27,彩色补偿,算法步骤,(,六,),设原图为,补偿后的图像为,则：,28,彩色补偿,算法步骤,(,七,),将计算得到的,A1,，,A2,代入，有：,先忽略,b,，最后再将结果图标准化，有,29,9.,进行彩色补偿有：,9.4,彩色图像处理中需要注意的问题,在灰度图像处理中我们讨论了,灰度级的修正,，图像的,平滑滤波,，,图像的锐化,处理等方法，在彩色图像中仍旧可以进行这些处理。,处理方法与灰度图像基本相同,:,在,RGB,色彩空间里，同样的操作在,R,G,B,三个分量上分别进行,;,将,RGB,图像转换到其他空间，对该空间中的某一分量或多个分量进行处理。,30,存在问题与解决方法,存在的主要问题,涉及多个通道信息的处理，数据量增长迅速；,在某些色彩空间中，色彩通道间存在关联性，单独对每个通道进行处理可能出现,色彩伪影,(artifacts),。,解决方法,转换色彩空间,；,在处理时考虑色彩通道间的关联性约束。,31,