1、數字圖像處理第7章 彩色圖像處理常熟理工學院常熟理工學院 電氣與自動化工程學院電氣與自動化工程學院7.1 彩色基礎彩色基礎7.1.1什么是彩色什么是彩色7.1.2 我們眼中的彩色我們眼中的彩色7.1.3 三原色三原色7.1.4 計算機中的顏色表示計算機中的顏色表示7.2 彩色模型彩色模型7.2.1 RGB模型模型7.2.2 CMY、CMYK模型模型7.2.3 HSI模型模型 Matlab實現實現 RGB轉換到轉換到HSIfunction hsi = rgb2hsi(rgb) % hsi = rgb2hsi(rgb)把一幅把一幅RGB圖像轉換為圖像轉換為HSI圖像，圖像， % 輸入圖像是一個彩色

2、像素的輸入圖像是一個彩色像素的MN3的數組，的數組， % 其中每一個彩色像素都在特定空間位置的彩色圖像中對應紅、綠、藍其中每一個彩色像素都在特定空間位置的彩色圖像中對應紅、綠、藍三個分量。三個分量。 % 假如所有的假如所有的RGB分量是均衡的，那么分量是均衡的，那么HSI轉換就是未定義的。轉換就是未定義的。 % 輸入圖像可能是輸入圖像可能是double（取值范圍是（取值范圍是0, 1），），uint8或或 uint16。 % % 輸出輸出HSI圖像是圖像是double， % 其中其中hsi(:, :, 1)是色度分量，它的范圍是除以是色度分量，它的范圍是除以2*pi后的后的0, 1； % hs

3、i(:, :, 2)是飽和度分量，范圍是是飽和度分量，范圍是0, 1； % hsi(:, :, 3)是亮度分量，范圍是是亮度分量，范圍是0, 1。 % 抽取圖像分量抽取圖像分量rgb = im2double(rgb);r = rgb(:, :, 1);g = rgb(:, :, 2);b = rgb(:, :, 3);% 執行轉換方程執行轉換方程num = 0.5*(r - g) + (r - b);den = sqrt(r - g).2 + (r - b).*(g - b);theta = acos(num./(den + eps); %防止除數為防止除數為0H = theta;H(b g)

4、 = 2*pi - H(b g);H = H/(2*pi);num = min(min(r, g), b);den = r + g + b;den(den = 0) = eps; %防止除數為防止除數為0S = 1 - 3.* num./den;H(S = 0) = 0;I = (r + g + b)/3;% 將將3個分量聯合成為一個個分量聯合成為一個HSI圖像圖像hsi = cat(3, H, S, I);figure; %調用調用rgb2hsi的程序段的程序段subplot(1,2,1);rgb=imread(AT3_1m4_01.tif);imshow(rgb);title(rgb);s

5、ubplot(1,2,2);hsi=rgb2hsi(rgb);imshow(hsi);title(hsi);下面是一個調用下面是一個調用rgb2hsi函數的程序段，將函數的程序段，將RGB圖像轉正圖像轉正HIS空間空間轉換效果如圖7.9所示： (a) (b) 圖7.9 RGB轉HSI效果圖 (a) RGB原圖，(b) 轉換后的HSI圖(以RGB格式顯示)rgbhsiHSI轉換到轉換到RGB Matlab實現實現 function rgb = hsi2rgb(hsi) % rgb = hsi2rgb(hsi)把一幅把一幅HSI圖像轉換為圖像轉換為RGB圖像，圖像， % 其中其中hsi(:, :,

6、 1)是色度分量，它的范圍是除以是色度分量，它的范圍是除以2*pi后的后的0, 1； % hsi(:, :, 2)是飽和度分量，范圍是是飽和度分量，范圍是0, 1； % hsi(:, :, 3)是亮度分量，范圍是是亮度分量，范圍是0, 1。 % % 輸出圖像分量：輸出圖像分量： % rgb(:, :, 1)為紅；為紅； % rgb(:, :, 2)為綠；為綠； % rgb(:, :, 3)為藍。為藍。 % 抽取圖像分量抽取圖像分量hsi = im2double(hsi);H = hsi(:, :, 1) * 2 * pi;S = hsi(:, :, 2);I = hsi(:, :, 3);%

7、執行轉換方程執行轉換方程R = zeros(size(hsi, 1), size(hsi, 2);G = zeros(size(hsi, 1), size(hsi, 2);B = zeros(size(hsi, 1), size(hsi, 2);% RG扇形扇形(0 = H 2*pi/3)idx = find( (0 = H) & (H 2*pi/3);B(idx) = I(idx) .* (1 - S(idx);R(idx) = I(idx) .* (1 + S(idx) .* cos(H(idx) ./ .cos(pi/3 - H(idx);G(idx) = 3*I(idx) -

8、(R(idx) + B(idx);% BG扇形扇形(2*pi/3 = H 4*pi/3)idx = find( (2*pi/3 = H) & (H 4*pi/3) );R(idx) = I(idx) .* (1 - S(idx);G(idx) = I(idx) .* (1 + S(idx) .* cos(H(idx) - 2*pi/3) ./ .cos(pi - H(idx);B(idx) = 3*I(idx) - (R(idx) + G(idx);% BR扇形扇形idx = find( (4*pi/3 = H) & (H = 2*pi);G(idx) = I(idx) .*

9、(1 - S(idx);B(idx) = I(idx) .* (1 + S(idx) .* cos(H(idx) - 4*pi/3) ./ .cos(5*pi/3 - H(idx);R(idx) = 3*I(idx) - (G(idx) + B(idx);% 將將3個分量聯合成為一個個分量聯合成為一個RGB圖像圖像rgb = cat(3, R, G, B);rgb = max(min(rgb, 1), 0);轉換前后的效果如圖7.11所示： (a) (b) 圖7.11 HSI轉RGB效果圖 （a）HSI原圖（以RGB格式顯示），（b）轉換后的RGB圖 hsirgb7.2.4 HSV模型模型7.

10、2.5 YUV模型模型RGB轉換到轉換到YUV Matlab實現實現 function yuv = rgb2yuv(rgb)% yuv = rgb2yuv(rgb)把一幅把一幅RGB圖像轉換為圖像轉換為YUV圖像，圖像，% 輸入圖像是一個彩色像素的輸入圖像是一個彩色像素的MN3的數組，的數組，% 其中每一個彩色像素都在特定空間位置的彩色圖像中對應紅、綠、藍三個分其中每一個彩色像素都在特定空間位置的彩色圖像中對應紅、綠、藍三個分量。量。% 假如所有的假如所有的RGB分量是均衡的，那么分量是均衡的，那么HSI轉換就是未定義的。轉換就是未定義的。% 輸入圖像可能是輸入圖像可能是double（取值范圍

11、是（取值范圍是0, 1），），uint8或或 uint16。% 輸出輸出YUV圖像是圖像是uint8。rgb = im2double(rgb);r = rgb(:, :, 1);g = rgb(:, :, 2);b = rgb(:, :, 3);% 執行轉換函數執行轉換函數y = 0.299*r + 0.587*g + 0.114*b;u = 0.567*(b - y);v = 0.713*(r - y);% 防止溢出防止溢出if(y 1.0) y = 1.0;end;if(u 1.0) u = 1.0;end;if(v 1.0) v = 1.0;end;% 聯合聯合yuv，并轉成，并轉成ui

12、nt8類型類型y = y*255;u = u*255;v = v*255;yuv = cat(3, y, u, v);yuv = uint8(yuv); 轉換后的效果如圖7.16所示 (a) (b) 圖7.16 RGB轉YUV效果圖 (a)RGB原圖，(b)轉換后YUV圖(以RGB格式顯示)rgbyuvYUV轉換到轉換到RGB Matlab實現實現 function rgb = yuv2rgb(yuv)% yuv = rgb2yuv(rgb)把一幅把一幅RGB圖像轉換為圖像轉換為YUV圖像，圖像，% 輸入圖像是一個彩色像素的輸入圖像是一個彩色像素的MN3的數組，的數組，% 其中每一個彩色像素都

13、在特定空間位置的彩色圖像中對應紅、綠、藍三個分其中每一個彩色像素都在特定空間位置的彩色圖像中對應紅、綠、藍三個分量。量。% 假如所有的假如所有的RGB分量是均衡的，那么分量是均衡的，那么HSI轉換就是未定義的。轉換就是未定義的。% 輸入圖像可能是輸入圖像可能是double（取值范圍是（取值范圍是0, 1），），uint8或或 uint16。% 輸出輸出YUV圖像是圖像是uint8。yuv = im2double(yuv);y = yuv(:, :, 1);u = yuv(:, :, 2);v = yuv(:, :, 3);% 執行轉換函數執行轉換函數r = y + 1.402*v;g = y

14、- 0.344*u - 0.714*v;b = y + 1.772*u;% 防止溢出防止溢出if(r 1.0) r = 1.0;end;if(g 1.0) g = 1.0;end;if(b 1.0) b = 1.0;end; % 聯合聯合rgbr = r*255;g = g*255;b = b*255;rgb = cat(3, r, g, b);rgb = uint8(rgb);轉換后的結果如圖7.17所示： (a) (b) 圖7.17 YUV轉RGB效果圖 (a) YUV圖(以RGB格式顯示)，(b) 轉換后RGB圖 yuvrgb7.2.6 YIQ模型模型7.2.7 Lab模型簡介模型簡介7

15、.3 全彩色圖像處理基礎全彩色圖像處理基礎7.3.1 彩色補償及其彩色補償及其Matlab實現實現Matlab實現% compensate.m% 彩色補償彩色補償im=double(imread(plane.bmp);subplot(1,2,1);imshow(uint8(im); title(原始原始圖圖);m,n,p=size(im);h1,k1=min(255-im(:,:,1)+im(:,:,2)+im(:,:,3);j1,minx=min(h1);i1=k1(j1);%提取提取圖圖像中最接近像中最接近紅紅色的點，其在色的點，其在im中的坐中的坐標為標為i1,j1 r1=im(i1,j

16、1,1); g1=im(i1,j1,2); b1=im(i1,j1,3);R=0.30*r1+0.59*g1+0.11*b1; h3,k3=min(255-im(:,:,3)+im(:,:,1)+im(:,:,2); j3,minx=min(h3); i3=k3(j3);%提取圖像中最接近藍色的點，其在提取圖像中最接近藍色的點，其在im中的坐標為中的坐標為i3,j3 r3=im(i3,j3,1); g3=im(i3,j3,2); b3=im(i3,j3,3); B=0.30*r3+0.59*g3+0.11*b3; A1=r1 r2 r3 g1 g2 g3 b1 b2 b3; A2=R 0 0

17、0 G 0 0 0 B; C=A1*inv(A2);for i=1:m for j=1:n imR=im(i,j,1); imG=im(i,j,2); imB=im(i,j,3); temp=inv(C)*imR;imG;imB; S(i,j,1)=temp(1); S(i,j,2)=temp(2); S(i,j,3)=temp(3); endendS=uint8(S);subplot(1,2,2);imshow(S);title(補償補償后后);結果如圖7.21所示： (a) (b) 圖7.21 彩色平衡效果圖 (a)原始圖 ， (b) 補償后原 始 圖補 償 后7.3.2 彩色平衡及其彩色

18、平衡及其Matlab實現實現 Matlab實現實現% balance.m% 彩色平衡彩色平衡im=double(imread(AT3_1m4_01.tif);m,n,p=size(im);F1=im(1,1,:);F2=im(1,2,:);F1_(1,1,1)=F1(:,:,2);F1_(1,1,2)=F1(:,:,2);F1_(1,1,3)=F1(:,:,2);F2_(1,1,1)=F2(:,:,2);F2_(1,1,2)=F2(:,:,2);F2_(1,1,3)=F2(:,:,2);K1=(F1_(1,1,1)-F2_(1,1,1)/(F1(1,1,1)-F2(1,1,1);K2=F1_(1,1,1)-K1*F1(1,1,1);L1=(F1_(1,1,3)-F2_(1,1,3)/(F1(1,1,3)-F2(1,1,3);L2=F1_(1,1,3