第4章 彩色圖像增強(qiáng)對彩色的視覺感知是人類視覺系統(tǒng)的固有能力彩色圖像是一種矢量圖像。彩色圖像增強(qiáng)技術(shù)可分成兩大類：將灰度圖像變換/轉(zhuǎn)化為彩色圖像以提高人們對圖像內(nèi)容的觀察效率。直接對彩色圖像進(jìn)行增強(qiáng)，同時考慮彩色矢量的所有分量，但可對不同分量區(qū)別對待。第4章 彩色圖像增強(qiáng)

4.0人的視覺特性（補(bǔ)充）

4.1 三基色與色度圖

4.2 彩色模型及轉(zhuǎn)換

4.3 偽彩色增強(qiáng)

4.4 真彩色增強(qiáng)

4.0人的視覺特性（補(bǔ)充）1.人眼的構(gòu)造與機(jī)理角膜：保護(hù)作用虹膜：保護(hù)作用瞳孔：直徑可調(diào)節(jié)，控制進(jìn)入眼內(nèi)光通量(照相機(jī)光圈作用)。晶狀體：彈性透明，改變焦距視細(xì)胞：視網(wǎng)膜上有視細(xì)胞，

桿狀細(xì)胞：明視細(xì)胞錐狀細(xì)胞：暗視細(xì)胞

4.0人的視覺特性（補(bǔ)充）

視細(xì)胞

錐狀細(xì)胞：明視細(xì)胞，在強(qiáng)光下檢測亮度和顏色桿狀細(xì)胞：暗視細(xì)胞，在弱光下檢測亮度，無色彩感覺。

每個錐狀視細(xì)胞連接著一個視神經(jīng)末梢，分辨率高，分辨細(xì)節(jié)、顏色；

多個桿狀視細(xì)胞連接著一個視神經(jīng)末梢，分辨率低，僅分辨圖像的輪廓。視感覺視感覺

4.0人的視覺特性（補(bǔ)充）

4.0人的視覺特性（補(bǔ)充）

2.人視覺特點(diǎn)：

1）人眼亮度感覺范圍

亮度對比度c=Bmax/Bmin

總范圍很寬：c=1010

數(shù)量級適應(yīng)某一環(huán)境亮度后，適當(dāng)平均亮度下：

c=102數(shù)量級很低亮度下：c=102）主觀感覺亮度與實(shí)際亮度不同，主觀感覺亮度與外界照度是對數(shù)關(guān)系。

4.0人的視覺特性（補(bǔ)充）影響主觀亮度的兩個事實(shí)：（主觀亮度與客觀亮度不完全一致）同時對比度：人眼對亮暗程度所形成的明暗感覺具有相對性。

4.0人的視覺特性（補(bǔ)充）

馬赫帶效應(yīng)第四章彩色圖增強(qiáng)

4.0人的視覺特性（補(bǔ)充）

4.1 三基色與色度圖

4.2 彩色模型及轉(zhuǎn)換

4.3 偽彩色增強(qiáng)

4.4 真彩色增強(qiáng)人類色覺的產(chǎn)生是一個復(fù)雜的過程。除了光源對眼睛的刺激，還需要人腦對光刺激的解釋。人感受到的物體顏色主要取決于反射光的特性。-如果物體比較均衡地反射各種光譜，則看起來是白的。-如果物體對某些光譜反射得較多，則看起來物體就呈現(xiàn)相對應(yīng)的顏色。

4.1 三基色與色度圖1.三基色：紅、綠、藍(lán)在光源的刺激下，人可以感受顏色，顏色可分為無彩色和有彩色。人視網(wǎng)膜中錐細(xì)胞：65%對紅光敏感，

33%對綠光敏感，

2%對藍(lán)光敏感。

CIE規(guī)定：藍(lán)光波長=435.8nm，綠光波長=546.1nm，紅光波長=700nm4.1 三基色與色度圖所有顏色都可看作由三個基本顏色（三基色threeprimarycolors：RGB）的不同組合（相加混色）：

C

rR+gG+bB r+g+b=1

直接用RGB表示顏色，存在負(fù)的系數(shù)，導(dǎo)致該色不能物理實(shí)現(xiàn)，再現(xiàn)顏色范圍縮小。CIE定義了三種標(biāo)準(zhǔn)基色XYZ

標(biāo)準(zhǔn)基色XYZ(三個刺激量）

對白光，有X=1，Y=1，Z=1

如果每種刺激量的比例系數(shù)為x，y，z，則有C=xX+yY+zZ。比例系數(shù)x，y，z也稱為色系數(shù)4.1 三基色與色度圖4.1 三基色與色度圖三基色與三補(bǔ)色：紅的補(bǔ)色：藍(lán)綠綠的補(bǔ)色：品紅藍(lán)的補(bǔ)色：黃三基色光之和---白色色與補(bǔ)色疊加為黑色。相加混色法：由發(fā)光體發(fā)出的光相加而產(chǎn)生的各種顏色，相減混色法：先有白色光，然后從中減去某些成份（吸收）得到各種顏色。

4.1 三基色與色度圖2.色度圖人類描述彩色的三種基本特征量：

亮度：與物體的反射率成正比

色調(diào)：與光譜中光的波長相聯(lián)系

飽和度：與一定色調(diào)光的純度有關(guān)色調(diào)和飽和度合起來稱為色度彩色可用亮度和色度共同表示人眼對于彩色的觀察和處理是一種生理和心理現(xiàn)象，其機(jī)理還沒有完全搞清楚，對于彩色的許多結(jié)論都是建立在實(shí)驗基礎(chǔ)之上的。4.1 三基色與色度圖

色度圖

橫軸紅色系數(shù)r，縱軸綠色系數(shù)g，藍(lán)色系數(shù)由x+y+z=1求得， 各點(diǎn)為光譜中各顏色的色度坐標(biāo)人眼不可見色光譜上沒有4.1 三基色與色度圖色度圖

(1)在色度圖中每點(diǎn)都對應(yīng)一種可見的顏色。反過來，任何可見的顏色都在色度圖中占據(jù)確定的位置，三角形內(nèi)、舌形外為人眼不可見顏色。

(2)在色度圖輪廓上的點(diǎn)代表純顏色，移向中心表示混合的白光增加而純度減少。

(3)在色度圖中，過C點(diǎn)直線端點(diǎn)的兩彩色互補(bǔ)。

(4)在色度圖輪廓上的各點(diǎn)具有不同的色調(diào)，連接C點(diǎn)與輪廓上點(diǎn)的連線上所有點(diǎn)具有相同的色調(diào)。

(5)在色度圖中連接任兩端點(diǎn)的直線上的各點(diǎn)表示將這兩端點(diǎn)所代表的彩色相加可組成的一種新彩色4.1 三基色與色度圖三角形包含由三頂點(diǎn)可組成的彩色

RGB是其中一個子集。不同電視機(jī)制式的三角形色域范圍不同，有不同的色彩特點(diǎn)。目前，高清電視的色域范圍最大，色彩最豐富。例4.1.1

圖中P點(diǎn)的坐標(biāo)：r=0.48g=0.4b=1-(r+g)=0.12P點(diǎn)的色調(diào)：波長為590nm（橙色）

P的飽和度：CP/CQ=66%pQ4.1 三基色與色度圖pQ

4.0人的視覺特性（補(bǔ)充）

4.1 三基色與色度圖

4.2 彩色模型及轉(zhuǎn)換

4.3 偽彩色增強(qiáng)

4.4 真彩色增強(qiáng)

第4章 彩色圖像增強(qiáng)1.面向硬設(shè)備彩色模型

基于物理的模型，適合圖像輸出顯示場合使用1)RGB模型正方體：RGB三分量。原點(diǎn)：黑色，對角頂點(diǎn)：白色六頂點(diǎn)：三基色和三補(bǔ)色對角線：無色4.2 彩色模型及轉(zhuǎn)換黃(255,255,0)黑(0,0,0)綠(0,255,0)青(0,255,255)藍(lán)(0,0,255)品紅(255,0,255)白(255,255,255)紅(255,0,0)

4.2 彩色模型及轉(zhuǎn)換歸一化為單位立方體RGB模型缺點(diǎn)：不直觀，從RGB值不能看出具體顏色。不均勻。對硬件設(shè)備有依賴性，與設(shè)備相關(guān)。4.2 彩色模型及轉(zhuǎn)換2)CMY模型三基色光疊加產(chǎn)生光的三補(bǔ)色：

藍(lán)綠（C，綠加藍(lán)）

品紅（M，紅加藍(lán)）

黃（Y，紅加綠） 顏料的三基色正好是光的三補(bǔ)色，而顏料的三補(bǔ)色正好是光的三基色

R=1–C

G=1–M B=1–Y4.2 彩色模型及轉(zhuǎn)換3)歸一化彩色模型 用RGB的不同組合來表達(dá)彩色

該模型對觀察方向、物體幾何、照明方向和亮度的變化具有不變性。4.2 彩色模型及轉(zhuǎn)換4)彩色電視機(jī)模型

PAL使用YUV模型：

Y:亮度Y=0.229R’+0.587G’+0.114B’U:B-Y,色度分量U=-0.147R’-0.289G’+0.436B’V:R-Y色度分量V=0.615R’-0.515G’-0.100B’

NTSC用YIQ模型：

Y:亮度Y=0.229R’+0.587G’+0.114B’I:U轉(zhuǎn)33度I=0.596R’-0.275G’+0.321B’Q:V轉(zhuǎn)33度Q=0.212R’-0.523G’+0.311B’

R’G’B’:RGB經(jīng)伽馬校正R’+G’+B’=14.2 彩色模型及轉(zhuǎn)換4.面向視覺感知的彩色模型1)HSI模型

H：色調(diào)，光波長相聯(lián)系

S：飽和度，與一定色調(diào)的純度有關(guān)

I：密度（亮度）與物體的反射率成正比，HSI特點(diǎn)：

1）色調(diào)+飽和度=色度，亮度I與色度分開，亮度分量與圖像的彩色信息無關(guān)。

2）色調(diào)H和飽和度S的概念互相獨(dú)立,并與人的感知一至。

角度：H

色度

0o為紅色，

120o為綠色，

240o為藍(lán)色。4.2 彩色模型及轉(zhuǎn)換HSI模型:雙三棱錐（或圓柱體）垂直方向：密度I（亮度），0-1，剖面三角形（變化）矢量長度:飽和度S。軸心S=0，無色。H無定義。頂點(diǎn)，H無定義。4.2 彩色模型及轉(zhuǎn)換H=0oH=60oH=120oH=180oH=240oH=300o色度H

飽和度S

亮度I

4.2 彩色模型及轉(zhuǎn)換（a）原圖像（b）H分量（c）S分量（d）I分量4.2 彩色模型及轉(zhuǎn)換HSI模型和RGB模型的轉(zhuǎn)換：4.2 彩色模型及轉(zhuǎn)換2)HSV模型H代表色調(diào)，S代表飽和度，V代表亮度值

HSV模型的坐標(biāo)系統(tǒng)也是圓柱坐標(biāo)系統(tǒng)，但一般用六棱錐來表示

4.0人的視覺特性（補(bǔ)充）

4.1 三基色與色度圖

4.2 彩色模型及轉(zhuǎn)換

4.3 偽彩色增強(qiáng)

4.4 真彩色增強(qiáng)

第4章 彩色圖像增強(qiáng)4.3 偽彩色增強(qiáng)人的眼睛對灰度級的分辨率低（幾十種），對顏色分辨率高（幾千種不同的顏色）。偽彩色：原圖無彩色，人工賦予彩色。賦色過程是著色過程。偽彩色增強(qiáng)：對原灰度圖像中不同灰度值的區(qū)域賦予不同的彩色，以更明顯地區(qū)分它們。偽彩色增強(qiáng)從圖像處理的角度看，輸入是灰度圖像，輸出是彩色圖像

4.3 偽彩色增強(qiáng)1.亮度切割 用一個平行于圖像坐標(biāo)平面XY的平面去切割圖像亮度函數(shù) 對每一個輸入灰度值，如果它在切割灰度值lm之上就賦予某一種顏色，如果它在lm之下就賦予另一種顏色例：醫(yī)學(xué)圖像，衛(wèi)星云圖4.3 偽彩色增強(qiáng)2.從灰度到彩色的變換 對原圖中像素的灰度值用三個獨(dú)立變換來處理，將不同的灰度映射為不同的彩色.例：變換函數(shù)：變換后原始圖中灰度值偏小的像素將主要呈現(xiàn)綠色，灰度值偏大的像素主要呈現(xiàn)紅色可將三個變換結(jié)果分別送到RGB三個電子槍，顯示調(diào)制的混合圖像。4.3 偽彩色增強(qiáng)3.頻域濾波 根據(jù)圖像中各區(qū)域的不同頻率含量給區(qū)域賦予不同的顏色用低通、帶通（或帶阻）和高通濾波器濾波

反變換后分別送到RGB顯示，使邊緣和區(qū)域不同色應(yīng)用偽彩色技術(shù)早期在遙感圖像處理中得到廣泛的應(yīng)用不僅適用于航攝和遙感圖片，也可以用于X光片及云圖判讀的等方面。

4.0人的視覺特性（補(bǔ)充）

4.1 三基色與色度圖

4.2 彩色模型及轉(zhuǎn)換

4.3 偽彩色增強(qiáng)

4.4 真彩色增強(qiáng)

第4章 彩色圖像增強(qiáng)4.4 真彩色增強(qiáng)處理策略

1）將一幅彩色圖像看作三幅分量圖像的組合體，在處理過程中先對每幅圖像（按照對灰度圖像處理的方法）單獨(dú)處理，再將處理結(jié)果合成為彩色圖像

2）將一幅彩色圖像中的每個像素看作具有三個屬性值，即像素屬性現(xiàn)在為一個矢量，需利用對矢量的表達(dá)方法進(jìn)行處理，可進(jìn)行模板處理。4.4 真彩色增強(qiáng)1.彩色單分量增強(qiáng)(分別增強(qiáng))在HSI空間對單個分量進(jìn)行增強(qiáng)

(1)將R，G，B分量圖轉(zhuǎn)化為H，S，I分量圖。(2)利用對灰度圖增強(qiáng)的方法（灰度映射）增強(qiáng)其中的一個分量圖(3)再將一個增強(qiáng)了的分量圖和兩個原來的分量圖一起轉(zhuǎn)換為用R，G，B分量圖來顯示。4.4 真彩色增強(qiáng)

1、亮度增強(qiáng)

在上述增強(qiáng)的第2個步驟選用了亮度分量圖

2、飽和度增強(qiáng)

與圖像的亮度增強(qiáng)相似

3、色調(diào)增強(qiáng)

對每個像素的色調(diào)值加一個常數(shù)（角度 值），將會使每個目標(biāo)的顏色在色譜上移動

4.4 真彩色增強(qiáng)(a）原圖像（b）亮度增強(qiáng)后的圖像（c）亮度減弱后的圖像I增強(qiáng)效果

4.4 真彩色增強(qiáng)a）原圖像b）飽和度增強(qiáng)后的圖像（c）飽和度減弱后的圖像S增強(qiáng)效果4.4 真彩色增強(qiáng)

S增強(qiáng)效果

4.4 真彩色增強(qiáng)

I增強(qiáng)效果

4.4 真彩色增強(qiáng)H增強(qiáng)效果4.4 真