数字图像处理：第十八章彩色图象处理

最新推荐文章于 2023-08-02 21:58:31 发布

GarfieldEr007

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分类专栏：图像处理文章标签：彩色图象处理图像处理数字图像 color image

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第十八章彩色图象处理

1. 引言

1. 引言

彩色图象是多光谱图象的一种特殊情况，对应于人类视觉的三基色即红、绿、蓝三个波段，是对人眼的光谱量化性质的近似。三基色模型是建立图象成像、显示、打印等设备的基础，具有十分重要的作用。在第二章中，已经就彩色做了基本介绍，例如各种彩色空间的表示、定量关系，彩色立方体等直观的图示，参见：（第二章图象获取、显示、表示与处理）图象显示部分，这里不再重复。

有关彩色的资料参见：efg's Color Page:A. Color Information B. Color Quantization C. Palettes 。

2. 彩色空间

彩色空间有多种不同的表示形式，常用的有红、绿、蓝（RGB）三基色模型，色调、饱和度、亮度（HSI）模型。参见：（第二章图象获取、显示、表示与处理）图象显示部分。

美国国家电视系统委员会（NTSC）定义了用光亮度和色度传送信号的格式YIQ，其中Y代表亮度信息，I、Q为色度值[1]；欧洲定义了相交替格式（PhaseAlternating Line (PAL)），使用YUV格式。YUV格式与YIQ格式类似，差别仅在于空间上多一个33⁰的旋转。与YUV彩色空间具有数字等价性的YCbCr彩色空间是以演播室质量标准为目标的CCIR601编码方案中采用的彩色表示模型，Cb与U分量对应，而Cr与V分量对应。在该编码方案中，亮度信号与色度信号Cb、Cr的采样比率为4：2：2，这是因为人眼对色度信号的变化没有对亮度信号的变化来得敏感。

青、品红、黄（CMY）彩色模型[3]是彩色图象印刷行业使用的彩色空间，在彩色立方体中它们是红、绿、蓝的补色，称为减色基，而红、绿、蓝称为加色基。在CMY模型中，颜色是从白光中减去一定成分得到的。CMY坐标可以从RGB模型中得到：

由于在印刷时CMY模型不可能产生真正的黑色，因此在印刷业中实际上使用的是CMYK彩色模型，K为第四种颜色，表示黑色：从CMY到CMYK的转换：

此外，还有国际照明委员会(CIE)提出的基于色度学的彩色模型[4]。

3. 不同彩色空间之间的转换

本节的公式一般是指在归一化坐标下的转换公式，即亮度数值最大为1。

3.1RGB与HSI

对于彩色图象分割而言，有时需要将RGB变换为HSI坐标，以便反映人类观察彩色的方式，转换公式如下：

RGB与HSI的转换关系：图形显示程序efg's HSV LabReport

反过来，由HSI变换为RGB坐标的公式如下：

3.2RGB与YIQ

3.3RGB与YUV（YCbCr）

特别地对于RGB（8位表示的RGB）与YCbCr（256级别）之间的转换如下：

YCbCr (256 级别) 可以从8位 RGB 直接计算：

Y = 0.299 R + 0.587 G + 0.114 B

Cb = - 0.1687 R - 0.3313 G + 0.5B + 128

Cr = 0.5 R - 0.4187 G - 0.0813 B+ 128

YCbCr to RGB Conversion

反过来，RGB 也可以直接从YCbCr (256级别) 计算:

R = Y + 1.402 (Cr-128)

G = Y - 0.34414 (Cb-128) -0.71414 (Cr-128)

B = Y + 1.772 (Cb-128)

4. 彩色图象的分割

彩色图象的分割除了可以采用灰度图象的分割方法外，还可以利用色彩的聚类性质。通常物体的色度和饱和度由构成物体的材料所具有的光线吸收和反射特性决定，而亮度明显地受光照和视角的影响。因此根据色度和饱和度分割图象比较可靠。在实际问题中，需要对一类物体的颜色进行统计训练，考察其颜色的直方图，根据颜色直方图选择合适的范围可以比较快速地实现图象分割。

例如，为了检测人脸，可以首先根据肤色信息将图象中肤色区域分割出来，然后在这些区域中搜索人脸区域，可以减小搜索空间，加快速度。