新添–第六章 彩色图像处理
6.1颜色视觉和色度学
光谱色
牛顿1666年发现光在玻璃棱镜下的分色现象
人眼三种视锥细胞的相应曲线
色光三原色 RGB
色料三原色 CYM
颜色视觉
颜色基础：颜色与彩色
颜色分为有彩色和无彩色
三基色RGB
补色CMY
凡按适当比例叠加而能产生白光的两种色光，或者按适当比例混合而能产生黑色或灰色两种颜色的染料，都互为补色。
色度图说明
- 任何可见的颜色在色度图中占有确定位置
- 色度图边界代表纯色
- 色度图中线、三角形
颜色的基本特性量：亮度、色调、饱和度
亮度：与物体发射率呈正比
色调：与混合光谱中主要光波长有关
饱和度：与色调的纯度有关，纯光谱色是完全饱和的，随白光的加入逐渐减少
色调与饱和度称为：色度
颜色可以用亮度和其色度共同表示
6.2颜色模型
RGB 通常面向硬件设备显示器系统等 遥感图像
每幅彩色图包括三个独立的基色平面
HSI Hue-Saturation-Intensity
I 图像强度，与色彩信息无关
H S 色彩特性
通常面向色彩处理，从人的视觉系统出发
H：色调、色度
S：饱和度
I：亮度、强度
RGB-HSI
I = ( R + G + B ) / 3 ; S = 1 ? 3 ( R + G + B ) min ? ( R , G , B ) ; θ = cos ? ? 1 [ 1 2 [ ( R ? G ) + ( R ? B ) ( R ? G ) 2 + ( R ? B ) ( G ? B ) ] H = { θ , G ≥ B ; 2 π ? θ , G ≤ B . \begin{aligned} &I=(R+G+B) / 3 ; \\ &S=1-\frac{3}{(\mathrm{R}+\mathrm{G}+\mathrm{B})} \min (R, G, B) ; \\ &\theta=\cos ^{-1}\left [\frac{\frac{1}{2}[(R-G)+(R-B)}{\sqrt{(R-G)^{2}+(R-B)(G-B)} } ] \right. \\ &H=\left\{\begin{array}{c} \theta, G \geq B ; \\ 2 \pi-\theta, G \leq B . \end{array}\right. \end{aligned} ?I=(R+G+B)/3;S=1?(R+G+B)3?min(R,G,B);θ=cos?1[(R?G)2+(R?B)(G?B)?21?[(R?G)+(R?B)?]H={θ,G≥B;2π?θ,G≤B.??
HSI-RGB
0 ° ≤ H ≤ 12 0 ° , R = I 3 [ 1 + S cos ? ( H ) cos ? ( 6 0 ° ? H ) ] , B = I 3 ( 1 ? S ) , G = 3 I ? R ? B ; 12 0 ° ≤ H ≤ 24 0 ° , R = I 3 [ 1 + S cos ? ( H ? 12 0 ° ) cos ? ( 18 0 ° ? H ) ] , B = I 3 ( 1 ? S ) , G = 3 I ? R ? B ; 24 0 ° ≤ H ≤ 36 0 ° , R = I 3 [ 1 + S cos ? ( H ? 24 0 ° ) cos ? ( 30 0 ° ? H ) ] , B = I 3 ( 1 ? S ) , G = 3 I ? R ? B \begin{aligned} &0^{\circ} \leq H \leq 120^{\circ}, R=\frac{I}{\sqrt{3}}\left[1+\frac{S \cos (H)}{\cos \left(60^{\circ}-H\right)}\right], \\ &B=\frac{I}{\sqrt{3}}(1-S), G=\sqrt{3} I-R-B ; \\ &120^{\circ} \leq H \leq 240^{\circ}, R=\frac{I}{\sqrt{3}}\left[1+\frac{S \cos \left(H-120^{\circ}\right)}{\cos \left(180^{\circ}-H\right)}\right], \\ &B=\frac{I}{\sqrt{3}}(1-S), G=\sqrt{3} I-R-B ; \\ &240^{\circ} \leq H \leq 360^{\circ}, R=\frac{I}{\sqrt{3}}\left[1+\frac{S \cos \left(H-240^{\circ}\right)}{\cos \left(300^{\circ}-H\right)}\right], \\ &B=\frac{I}{\sqrt{3}}(1-S), G=\sqrt{3} I-R-B \end{aligned} ?0°≤H≤120°,R=3?I?[1+cos(60°?H)Scos(H)?],B=3?I?(1?S),G=3?I?R?B;120°≤H≤240°,R=3?I?[1+cos(180°?H)Scos(H?120°)?],B=3?I?(1?S),G=3?I?R?B;240°≤H≤360°,R=3?I?[1+cos(300°?H)Scos(H?240°)?],B=3?I?(1?S),G=3?I?R?B?
CMYK模式
应用于印刷工业
反色
R
2
=
255
?
R
1
G
2
=
255
?
G
1
B
2
=
255
?
B
1
\begin{aligned} R_{2}=255-R_{1}\\ G_{2}=255-G_{1}\\ B_{2}=255-B_{1}\\\end{aligned}
R2?=255?R1?G2?=255?G1?B2?=255?B1??
色彩的色相和明度都会相反
补色
R
2
=
M
a
x
(
R
1
,
G
1
,
B
1
)
+
M
i
n
(
R
1
,
G
1
,
B
1
)
?
R
1
G
2
=
M
a
x
(
R
1
,
G
1
,
B
1
)
+
M
i
n
(
R
1
,
G
1
,
B
1
)
?
G
1
B
2
=
M
a
x
(
R
1
,
G
1
,
B
1
)
+
M
i
n
(
R
1
,
G
1
,
B
1
)
?
B
1
\begin{aligned} R_{2}=Max(R_{1},G_{1},B_{1})+Min(R_{1},G_{1},B_{1})-R_{1}\\ G_{2}=Max(R_{1},G_{1},B_{1})+Min(R_{1},G_{1},B_{1})-G_{1}\\ B_{2}=Max(R_{1},G_{1},B_{1})+Min(R_{1},G_{1},B_{1})-B_{1}\\\end{aligned}
R2?=Max(R1?,G1?,B1?)+Min(R1?,G1?,B1?)?R1?G2?=Max(R1?,G1?,B1?)+Min(R1?,G1?,B1?)?G1?B2?=Max(R1?,G1?,B1?)+Min(R1?,G1?,B1?)?B1??
在色度环删相对的颜色，饱和度和亮度不变
6.3伪彩色编码
伪彩色图像（索引图像）
伪彩色编码
6.4假彩色合成
假彩色合成
真彩色
- 将具备2^24种颜色表达能力的设备称为真彩色设备。
- 将彩色图像保存为RGB三个颜色通道的存储格式称为真彩色图像格式。
- 真彩色与伪彩色相对
伪彩色
- 伪彩色又叫索引色，是一种独特的彩色图像表达形式。
- 索引色常用于将标量测量数据用不同颜色表示的应用场景。
- 将标量数据用索引色表示的操作称为伪彩色编码。
假彩色
- 加彩色是一种颜色合成技术
- 将三张尺寸相同的灰度图像分别当作彩色图像的RGB三个颜色通道而构成的彩色图像的操作称为假彩色合成
- 从合成结果的存储形式而言，它属于真彩色图像。