第7章-彩色图像处理

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1、第七章彩色图像处理学习目的要求1、了解色空间概念2、掌握几种数字图像常用色空间的变换3、了解伪彩色增强7.1色度学基础7.1.1彩色视觉基础人眼所见的色彩，其理论基础最早是由Newton于1671年利用三棱镜自然光通过后分离出不同的色彩表现，称之为光谱(Spectrum)。图7-1波长380∼780nm之间电磁波，引起人眼颜色感觉不同，简称可见光。紫、蓝(430∼470nm)、青、绿(500∼530nm)、绿、黄、橙、红(620∼700nm)颜色是外界的物理刺激表现出来人的感觉。复色光。自然界见到的单色光机会不多，一般都是复色光。光谱分布。

2、单位波长对应的辐射量称为光谱密度。光谱密度与波长之间的关系成为光谱分布函数。射入人眼的光的光谱分布决定了发光体或反射和透射物体的颜色。Eλ图7-2射入人眼光的光谱强度分布决定了发光体或反射和透射物体的颜色。当人类将色光经由Newton的实验分离后，便开始着手研究色彩究竟是如何产生的？11802年，ThomasYoung重新定义色彩三原色说，其假设自然界所见的所有色彩均可由三原色组合而成。另一方面，亦假定人眼內有三种视觉接收细胞，每一种细胞负责单一色彩的感应、接收。大约50年后(由于某些部份未详细记载)，Helmholtz再加以详细补充及改进

3、原有的学说，成就现今Young-Helmholtz理论。直到1861年，Maxwell研究色彩並实验而制作出第一张彩色影像，因此也证实了三原色说的理论基础[Malacara,2002]。人眼能辨别不同颜色的机理一直是人们研究的课题，目前已经比较清楚。颜色视觉理论主要从两大理论，一个是扬⎯赫姆霍尔兹的“三色”学说，另一个是赫林的“对立”学说，发展到最终的“阶段”学说理论。(a)(b)图7-3人眼颜色感觉的三色理论.(a)三种锥细胞；(b)三种锥细胞不同的光谱敏感特性：L-cones,mostsensitivetoredlight(610nm)

4、，M-cones,mostsensitivetogreenlight(560nm)，S-cones,mostsensitivetobluelight(430nm)“三色”学说。扬⎯赫姆霍尔兹的“三色”学说，是扬⎯赫姆霍尔兹在19世纪提出的(Young1802-Helmholtz1886)。们根据红、绿、蓝三色（称作三原色）可以混合出各种不同颜色的混合规律，假设人眼视网膜上有三种神经纤维，光作用于纤维上能同时引起三种纤维的兴奋，波长不同，引起三种纤维兴奋不同，每一种神经纤维的兴奋引起一种颜色感觉。20世纪生理学证实了三种锥细胞的存在，分别有不

5、同的光谱敏感特性并且测的的三种不同光谱敏感性的视色素的光谱吸收峰分别约在440~450nm；530~540nm；560~570nm。“对立”学说。另一个是赫林的“对立”学说，对立学说的概念在19世纪后期Hering(赫林1878)就提出了。三色学说很好解释了三原色混色规律，但在解释如色盲现象是遇到困难。赫林论证了三色理论不能解释红光与绿光组合怎样就产生了黄光，或论证了有视觉缺陷的人无一例外的容易将红色与绿色或黄色与蓝色相混淆。基于如下事实：“红/绿”代表人没有描述颜色“微带红的绿或微带绿的红”的经验（而有微带黄的绿或微带绿的黄、微带绿的蓝或

6、微带蓝的绿、微带红的蓝或微带蓝的红，如图依次可以描述为“黄/绿”、“蓝/绿”、“红/蓝”，但是你不会做出一块“红/绿”的色块(说明红/绿是对立的)，红和绿合成的色块是“黄”，丝毫没有红绿的感觉)。同样，“蓝/黄”代表人没有描述颜色“微带蓝的黄或微带黄的蓝”的经验。认为视网膜2上有三对视素：白-黑、红-绿、黄-蓝。这三种视素包括“建设”和“破坏”两种对立过程。光刺激破坏白-黑视素，引起神经冲动产生白色感觉，无光刺激时，白-黑视素被重新建设起来，产生黑色感觉。对红-绿红-绿，红光起破坏作用，绿光起建设作用。“阶段”学说。在Hering的观点提出

7、不久，视觉科学家就争论视觉系统本质是三色的呢还是对立的。VonKries(1882)最先提出分阶段。在颜色视觉过程分成几个阶段：a．第一过程：吸收（三色理论）b．第二过程：传递（重新组合）c．第三过程：感知（对立学说）在传递阶段，单个锥体细胞的信号重新相加或相减组合(可以理解为信号处理的去相关处理)，结果在感知阶段表现为“亮/暗、红/绿、蓝/黄”三种对立信道。L+M+S黑/白LL-MM红/绿SL+M-S接收对立色处理图7-4颜色视觉阶段学说理论颜色视觉理论是彩色图像处理的基础，如彩色图像输入、输出设备都采用三基色RGB和CMY。图像处理过程

8、中，一般不直接采用输入设备RGB色空间，而采用国际标准CIEXYZ，CIELAB，也使用基于视觉的LMS、ISV色空间，在图像传输中最常用的是YIQ，YCrCb对立色空间等。所以