基于MATLAB HSI颜色空间的图像美颜系统设计与实现

摘要：针对彩色图像在亮度不足、对比度偏低以及噪声干扰等情况下视觉效果不佳的问题，本文设计并实现了一种基于 HSI 颜色空间的图像美颜系统。该系统利用 HSI 颜色模型将彩色图像分解为色调（H）、饱和度（S）和亮度（I）三个分量，在保持图像色调稳定的前提下，对亮度和饱和度分量进行针对性增强，从而改善图像的整体视觉效果。

作者：Bob(原创)

项目概述

针对彩色图像在实际应用中常出现亮度不足、对比度偏低以及噪声干扰等问题，传统在 RGB 颜色空间中直接处理的方法容易造成色彩失真。为改善图像视觉质量并提升美颜效果，本文研究了一种基于 HSI 颜色空间的图像美颜处理方法。

本文将彩色图像由 RGB 颜色空间转换至 HSI 颜色空间，实现色调（H）、饱和度（S）和亮度（I）分量的独立处理。在保持色调分量稳定的前提下，对亮度分量和饱和度分量进行增强处理，并结合中值滤波和卷积平滑滤波方法对图像进行去噪与平滑处理。基于 MATLAB 平台，利用 GUIDE 工具设计并实现了具有良好交互性的图像美颜系统，完成了图像加载、HSI 分解、分量显示、直方图分析及多种美颜操作功能。

实验结果表明，所设计的美颜系统能够有效提高图像的亮度和色彩表现，抑制噪声干扰，在不明显破坏图像色调信息的情况下提升整体视觉效果。该系统结构清晰、操作简便，具有一定的实用价值和应用意义。

系统设计

本系统基于 MATLAB 平台，采用 HSI 颜色空间对彩色图像进行分量分解与处理，通过对亮度和饱和度分量的增强及滤波操作，实现图像美颜效果，并以图形用户界面的形式完成系统功能设计与实现。

图1 系统整体流程图

硬件配置

该系统硬件配置如上，如果您的电脑配置低于下述规格，运行速度可能会与本系统的存在差异，请注意。

表1 惠普(HP)暗影精灵10台式整机配置(系统硬件配置)

软件环境

对本实验所需的各类软件及工具的基本信息进行了清晰汇总。

表2 系统软件配置(真实运行环境)

运行展示

运行meiyan.m

图2 基于 HSI 颜色空间的图像美颜系统界面及处理结果（示例一）

展示了系统对一幅人像图像进行美颜处理的实验结果。左侧为输入的原始彩色图像，中间为经过美颜增强后的结果图像，右侧为对应的 HSI 合成显示图。从处理结果可以看出，经过亮度和饱和度分量的增强后，图像整体亮度得到提升，肤色更加明亮自然，同时未出现明显的色彩失真。下方分别给出了 H、S、I 三个分量图像及其直方图分布情况，可以观察到亮度分量 I 的分布范围明显扩展，说明图像对比度和亮度层次得到了有效改善。

图3 基于 HSI 颜色空间的图像美颜系统界面及处理结果（示例二）

给出了系统在另一幅人像图像上的处理效果。通过对亮度分量进行平滑滤波和增强处理，图像中原有的噪声和细小纹理得到一定程度的抑制，同时保留了主要的结构信息。由 S 分量图和其直方图可以看出，饱和度分布更加集中，有效避免了颜色过度增强的问题，保证了整体色彩的自然性。这表明基于 HSI 颜色空间的处理方式在美颜应用中具有较好的稳定性。

图4 基于 HSI 颜色空间的图像美颜系统界面及处理结果（示例三）

展示了系统在不同参数设置下的美颜处理结果。通过调整滤波窗口大小，系统能够实现不同程度的平滑效果。可以看出，随着滤波尺度的增大，图像噪声进一步减少，但细节也相应有所减弱。直方图分析结果表明，亮度分量 I 在高亮区域的像素比例有所增加，使图像整体视觉效果更加柔和，体现了系统在美颜强度调节方面的灵活性。