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1、第10章颜色感知Chapter10ColorPerception颜色颜色通常认为是由于不同波长的光作用于视觉系统，并引起不同刺激的结果.光是由不同波段的光谱组成的，每个波段称为一个通道，各种波长的光的不同比例，形成不同的颜色，如短波光能量较大时呈现蓝色，相反呈现红色.颜色对应多个光谱的图像称为多光谱(multi-spectral)图象.颜色是一种令人感兴趣的图像特征，但由于其丰富性和复杂性，目前在机器视觉中应用颜色进行图像分析与理解还很困难.10.1人类颜色感知可见光的波长分布在380nm到780nm之间，人的颜色感觉是不同波长的可见光刺激人的视觉器官的结果.人类视网膜上
2、有两类细胞：杆体细胞和锥体细胞.对颜色的区分主要由锥体细胞完成.Young-Helmholtz三色假说(Trichromacy)存在三种具有不同响应的锥体感受器.当光线同时作用于这三种感受器时，三者产生的刺激不同，不同刺激的组合形成不同的颜色感觉.(Young-Helmholtz,1891）三色假说得到了现代技术发展的证明:在人类视网膜中确实含有三种不同的光敏感性视色素，它们对光谱不同部位的敏感性是不同的.三种锥体感受器的光谱敏感示意图(Wald,1964)颜色的RGB模型用红(Red,)、绿(Green,)、蓝(Blue,)三种颜色作为三基色，通过三基色的加权混合形成各
3、种颜色.RGB模型构成颜色表示的基础，其他颜色表示方法可以通过对RGB模型的变换得到.10.2颜色表示不同的颜色表示方法（或称颜色模型，颜色系统等等）都对应一个颜色空间(colorspace)，一种颜色是相应颜色空间中的一个点或矢量.线性颜色空间（RGB模型的线性变换）RGB,CMY,XYZ,YIQ,YUV非线性颜色空间（RGB模型的非线性变换）L*a*b*,L*u*v*,HSV(HSI)10.2.1线性颜色空间RGBCMYXYZNTSC-YIQPAL-YUV（1）RGB颜色空间以具有确定光通量的红、绿、蓝三基色作为三维空间的基.通常把光通量为1光瓦的红光，4.5907光
4、瓦的绿光，0.0601光瓦的蓝光作为三基色的“单位基色量”，用(R)、(G)、(B)表示．因此，任何一种具有一定亮度的彩色光的光通量为：在很多情况下光谱三刺激值是负值（负刺激值），这是因为待配色为单色光，其饱和度很高，而三原色光混合后饱和度必然降低，无法和待配色实现匹配。为了实现颜色匹配，在实验中须将上方红、绿、蓝一侧的三原色光之一移到待配色一侧，并与之相加混合，从而使上下色光的饱和度相匹配。规范化RGB颜色空间（Nrgb）三基色的加权混合，不仅反映了颜色的色度，而且反映了颜色的亮度.如果只对色度感兴趣，希望颜色不依赖于亮度变化，则只需考虑R,G,B之间的比例关系:r,g
5、,b称为色度坐标，只有两个坐标是独立的，形成二维色度空间.图10.4r-g色度图（2）CMY颜色空间以青（Cyan），品红（Magenta），黄（Yellow）为三基色，其余同RGB颜色空间.RGB空间与CMY空间的关系在RGB颜色空间中，颜色的形成是由黑到白的增色处理过程，用于屏幕的彩色输出.在CMY颜色空间中，颜色的形成是由白到黑的减色处理过程，用于绘图和打印的彩色输出.CMYK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：(3)CIEXYZ颜色空间定义颜色是三基色X,Y,
6、Z的加权组合:(X),(Y),(Z)是基色量，X,Y,Z是比例系数满足以下条件：三色比例系数X,Y,Z大于零；Y的数值等于彩色光的亮度；当X=Y=Z时表示标准白光.XYZ颜色空间根据上述条件，可以得到XYZ与RGB之间的关系：规范化XYZ颜色空间(Nxyz)对X,Y,Z三基色规范化：只需考虑两个独立分量.CIE1931年x-y色度图纯彩色紫色线白色规范化XYZ颜色空间色度图中的颜色范围可以表示成直线段或多边形.几种颜色模型在x-y色度图中的位置：（4）NTSC－YIQ表色模型美国国家电视系统委员会（NationalTelevisionSystemCommittee，NTS
7、C）采用YIQ彩色模型，其主要的优点是可以保证彩色电视和黑白电视的兼容，即可以用彩色收看黑白电视图像。YIQ是以CIE的XYZ颜色模型为基础，其参数Y与XYZ中的模型参数相同，是图像的亮度信息．在没有色度的情况下，Y也就对应于黑白图像，或者说，黑白电视只接收Y信号．亮度信号Y为：规定如下色差信号：YIQ与RGB间的转换关系为：(5)PAL制式-YUV亮度信号：色差信号：线性颜色空间的问题通过基色的比例关系定义不同色彩，难以用准确数值表示，定量分析比较困难.各基色成分的相关性很高，受亮度变化影响大.人眼通过颜色的亮度、色调以及饱
