最新数字图像处理(武汉大学)第九章解读教学讲义PPT.ppt

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1、数字图像处理(武汉大学)第九章解读9.1色度学基础与颜色模型9.1.1色度学基础灰度图像的像素值是光强，即二维空间变量的函数f(x，y)。如果把灰度值看成是二维空间变量和光谱变量的函数f(x，y，λ)，则为多光谱图像，也就是通常所说的彩色图像。计算机显示一幅彩色图像时，每一个像素的颜色是通过三种基本颜色(红、绿、蓝)合成的，即利用了最常见的RGB颜色模型。要理解颜色模型，首先应了解人的视觉系统。1．三色原理　　在人的视觉系统中存在着杆状细胞和锥状细胞两种感光细胞。杆状细胞为暗视器官，主要功能是辨别亮度信息；锥状细胞是明视器官，在照度足够高时起作用，其功能是分辨颜色。锥状细胞将电磁光谱的

2、可见部分分为三个波段：红、绿、蓝。由于这个原因，这三种颜色被称为三基色，图9-1表示了人类视觉系统三类锥状细胞的光谱敏感曲线。9.1.2颜色模型为了科学地定量描述和使用颜色，人们提出了各种颜色模型。目前常用的颜色模型按用途可分为三类：计算颜色模型、视觉颜色模型和工业颜色模型。　　计算颜色模型用于进行有关颜色的理论研究。常见的RGB模型、CIEXYZ模型、Lab模型等均属于此类型。视觉颜色模型是指与人眼对颜色感知的视觉模型相似的模型，它主要用于色彩的理解，常见的有HSI模型、HSV模型和HSL模型。　　工业颜色模型侧重于实际应用，包括彩色显示系统、彩色传输系统及电视传输系统等。如印刷中

3、用的CMYK模型、电视系统用的YUV模型、用于彩色图像压缩的YCbCr模型等。1.RGB模型　　RGB模型采用CIE规定的三基色构成表色系统。自然界的任一颜色都可通过这三种基色按不同比例混合而成。由于RGB模型将三基色同时加入以产生新的颜色，所以，它是一个加色系统。　　设颜色传感器把数字图像上的一个像素编码成(R，G，B)，每个分量量化范围为［0，255］共256级。因此，RGB模型可以表示28×28×28=224=256×256×256=16777216≈1670万种颜色。这足以表示自然界的任一颜色，故又称其为24位真彩色。一幅图像中的每一个像素点均被赋予不同的RGB值，便可以形成

4、真彩色图像，如红色(255，0，0)、绿色(0，255，0)、蓝色(0，0，255)、青色(0，255，255)、品红(255，0，255)、黄色(255，255，0)、白色(255，255，255)、黑色(0，0，0)等，等比例混合三基色产生的是灰色。　　RGB颜色模型可用一个三维空间中的单位立方体来表示，如图9-2所示。图9-2RGB颜色模型单位立方体在RGB立方体中，所有数据都进行了标准化，其取值范围为［0，1］。原点所对应的颜色为黑色，它的三个分量值都为零。距离原点最远的顶点对应的颜色为白色，它的三个分量值都为1。从黑到白的灰色分布在这两个点的连线上，该线称为灰色线。立方体内其

5、余各点对应不同的颜色。彩色立方体中有三个角对应于三基色红、绿、蓝，剩下的三个角对应于三基色的补色，即青色(蓝绿色)、品红(紫色)、黄色。RGB模型与显示器等设备有着很好的对应关系，RGB显示器中，有三种荧光粉能够分别发射出红、绿、蓝三种颜色，三个相邻的荧光点构成了一个像素，这些荧光点受到三束强度分别为c1、c2、c3的电子束的轰击，会发出不同的亮度，通过物理上的叠加或混合，便可显示出相应的颜色。2．CIEXYZ模型　　采用RGB模型表示各种不同颜色时，存在有负值表示颜色。为此，CIE1931年制定了XYZ模型，其中，X、Y、Z分别表示三种标准原色。对于可见光中的任一种颜色F，可以找到一

6、组权值使：(9-1)式中：x、y、z称为标准计色系统下的色度坐标，可表示为(9-2)显然，x＋y＋z≡1。x、y、z中，只有两个是相互独立的，因此，表示某种颜色只需两个坐标即可。据此，CIE制定了如图9-3所示的色度图，图中横轴代表标准红色分量x，纵轴代表标准绿色分量y，标准蓝色分量z=1－(x＋y)。图9-3CIEXYZ色度图CIEXYZ模型与RGB模型之间可以相互转换，其转换公式为(9-3)3.Lab颜色模型　　Lab颜色模型是CIE于1976年制定的等色空间。Lab颜色由亮度或光亮度分量L和a、b两个色度分量组成。其中，a在正向的数值越大表示越红，在负向的数值越大则表示越绿；b在

7、正向的数值越大表示越黄，在负向的数值越大表示越蓝。Lab颜色与设备无关，无论使用何种设备(如显示器、打印机、计算机或扫描仪)创建或输出图像，这种模型都能生成一致的颜色。Lab模型与XYZ模型的转换公式为(9-4)式中：X0、Y0、Z0为标准白色对应的X、Y、Z值。4.HSI颜色模型　　HSI模型是美国色彩学家孟塞尔(H.A.Munseu)于1915年提出的，它反映了人的视觉系统感知彩色的方式，以色调、饱和度和强度三种基本特征量来感