chapter8(彩色图像处理)

RGB 与CIE XYZ之间的转换 之间的转换
CIE-RGB三刺激值与与CIE_XYZ三刺激 值可通过如下两个式子进行相互转换
X 2 .7689 Y = 1 .0002 Z 0 .0000
R 0 .4185 G = 0 .0912 B 0 .0009
主要内容
颜色模型 各种颜色模型的转换算法 视觉现象
RGB与CMY之间的转换 与 之间的转换
C 1 R M = 1 G Y 1 B
C=255-R M=255-G Y=255-B
RGB与HSV之间的转换 与 之间的转换
1 I = ( R + G + B) 3 3 [min( R, G , B )] S=I ( R + G + B) [( R G ) + ( R B )] / 2 H = arccos 2 1/ 2 [( R G ) + ( R B )(G B )]
G = I (1 S )
H在[240，360]之间
S cos( H 240°) B = I 1 + cos(300° H ) B = 3I (G + B)
RGB与HSV之间的转换 与 之间的转换
首先把RGB坐标转换为CIE XYZ 然后将CIE XYZ值转换为HSV坐标
m = max(r , g , b), n = min(r , g , b) v=m (m n) / m, m ≠ 0 s= 0, m = 0 0, s = 0, s = 0 60( g b) /(m n), r = m & g ≥ b h = 360 + 60( g b) /(m n), r = m & g < b 120 + 60(b r ) /(m n), g = m 240 + 60(r g ) /(m n), b = m
彩色视觉
表征彩色光主要通过三个基本量
明亮度：光作用于人眼时引起明亮程度的感觉。 一般情况下，彩色光所包含的能量大则显得亮， 反之则暗 色调：光的一种属性，可区分不同的色 饱和度：彩色光所呈现颜色的深浅程度。饱和度 越高，颜色越深，反之依然
HSI模型 模型
HSI模型是Munseu提出的， 它反映了人的视觉系统 观察彩色的方式，在艺术上经常使用HSI模型。HSI 模型中，H表示色调(Hue)，S表示饱和度(Saturation)， I表示亮度(Intensity，对应成像亮度和图像灰度)。 该模型的建立基于两个重要的事实：
I分量与图像的彩色信息无关 H和S分量与人感受颜色的方式是紧密相联的。
这些特点使得HSI模型非常适合借助人的视觉系统 来感知彩色特性的图像处理算法
HSI模型 模型
HSI模型的三个属性定义了一个三维柱形空间。灰度 阴影沿着轴线从底部的黑变到顶部的白，具有最高亮 度。最大饱和度的颜色位于圆柱上顶面的圆周上
CMY颜色模型是以红绿蓝三色的补色青（Cyan，减 红）、品红（Magenta，减绿）、黄（Yellow，减蓝） 为原色构成的颜色模型 常用于从白光中滤去某种颜色， 故称为减色原色空间 CMY颜色空间与RGB颜色 空间几乎完全相同
CMY颜色模型 颜色模型
Yellow，减蓝 Magenta，减绿
}
} }
符合人眼对颜色的习惯 三个坐标是独立的 采用线性标尺
HSV 颜色模型
从RGB立方体的白色顶点，顺主对角线向原点方向投影， 可得到一个正六角形，此正六角形是HSV圆锥顶面的一 个真子集 RGB空间的主对角线对应于HSV空间的V轴
CIE色度图 CIE色度图
CIE（国际照明委员会） 1931年，CIE规定了三种标准原色x,y,z,用于颜色 匹配，三种对应的颜色匹配函数如下：
RGB与HSV之间的转换 与 之间的转换
H在[0，120]之间
B = I (1 S ) S cos H R = I 1 + cos(60° H ) G = 3I ( B + R )
H在[120，240]之间
R = I (1 S ) S cos( H 120°) G = I 1 + cos(180° H ) B = 3I ( R + G )
CIE色度图 CIE色度图
CIE色度图主要有两种用途：
用色度图计算任何颜色的主波长和纯度 如果B在曲边上，则B的主波长 就是A的主波长，否则，找不 到该颜色对应的主波长，此时， 主波长可以用其补色的主波长 值之后加c表示 一种颜色称为另一种颜色的补 色，指二者混合之后产生白色， 图中F的补色为A,所以F的主波 长为555umc
CIE色度图 色度图
CIE色度图主要有两种用途：
定义颜色域(Color Ranges)以便显示叠加颜色的效果 I和J按不同比例叠加，可产生 其连线上的任意一种颜色 I，J和K按不同比例叠加，可产 生三角形内的任意一种颜色 对于任意一个三角形，如果其 三个顶点均落在可见光区域内， 则其混合所产生的颜色不能覆 盖整个可见光区域 红绿蓝三原色不能叠加出所有 可见光颜色
彩色图像处理
哈尔滨工业大学计算机学院 唐好选 tanghx@
2010年8月29日 年 月 日
主要内容
颜色模型 各种颜色模型的转换算法 视觉现象
颜色模型
可见光波长范围为：400nm~760nm，能使人产生视 觉，感到明亮和颜色
颜色模型
英国人Newton，三棱镜实验 证明了白光是所有可见光的组合。 证明了白光是所有可见光的组合。
灰
色相 色深
蓝(240°)
H 黑 色相、色浓和色深之间的关系
O S
S
HSV颜色模型示意图
HSV 颜色模型
HSV模型中，每一种颜色和它的补色相差180度，饱和度（色 深）取值从0到1 HSV模型所代表的颜色域也是CIE原色空间的一个子集 圆锥的顶点处V=0,H和S无定义，代表黑色，圆锥的顶面中心 处S=0，V=1，H无定义，代表白色，从该点到原点代表亮度 渐暗的白色，即具有不同灰度的白色 任何V=1，S=1的颜色是纯色 HSV颜色模型的优点：
Y 0 .299 U = 0 .147 V 0 .615 0 .587 0 .289 0 .515 0 .114 R 0 .435 G 0 .100 B
R 1 G = 1 B 1
0 0.395 2.032
1.140
Hering的对立颜色学说（四色学说） 的对立颜色学说（四色学说）
“在人眼视网膜上存在着响应红-绿、黄-蓝、白黑的三种光接受器，所有的颜色特性都由这些光 接受器的响应量的比例来表示”
CIE颜色模型 颜色模型
CIE XYZ模型：以色视觉的三元理论为根据，说明 人眼具有接受三原色的接受器，而所有的颜色均被 视作该三原色的混合色 CIE L*a*b*：是CIE XYZ颜色模型的改进型，它的L （明亮度），a（绿色到红色）和b（蓝色到黄色） 代表许多的值，更适合于人眼的感觉 CIE YUV ：亮度信号Y和色度信号UV是分离的，只 有Y分量而没有U（R-Y）V（B-Y）分量，表示黑白 灰度图，彩色电视采用YUV空间是为了用亮度信号 Y解决彩色电视机与黑白电视机的兼容问题，使黑白 电视机也能接受彩色信号
CIE色度图 CIE色度图
对于可见光谱中的任何主波长的光，都可以用这 三个标准原色的叠加来匹配 注意：没有一个输出设备能够精确输出CIE图像， 因为输出设备均有固定的墨和颜色，固定的几种 颜色不能够表达所有可以看见的颜色
CIE色度图 CIE色度图
对于可见光谱中的任意一种颜色C，可以找到一组权 （X,Y,Z），使得：C=xX+yY+zZ,即用CIE原色匹配C,下图为 XYZ空间中包含所有可见光的锥体 整个锥体落在第一象限，从原点引一 条任意射线穿过该锥体，则射线上任 意两点代表的色光具有相同的主波长 和纯度 在每条射线上各取一点即可代表所有 的可见光，习惯上，这一点取做射线 与平面X+Y+Z=1的交点，其坐标称为 色度值，规格化坐标表示为：
பைடு நூலகம்
RGB颜色模型 颜色模型
RGB颜色模型是三维直角坐标颜色系统中的一个单位立方体 正方体的主对角线上，各原色的量相等 产生由暗到亮的白色，即灰度 (0,0,0)为黑色，(1,1,1)为白色, 正方体的其它6个点分别为红 、黄、绿、青、蓝、品红 RGB颜色模型构成的颜色空间是 CIE原色空间的一个真子集，通常 用于CRT和光栅显示器 RGB三原色是加性原色
Cyan，减红 Yellow，减蓝
RGB和CMY颜色模型的区别 和 颜色模型的区别
内容 三原色 成色规律 实质 效果 成色方式 补色关系 主要应用 RGB颜色模型 颜色模型 RGB R+G=Y R+B=M G+B=C R+G+B=W 色光相加，光能量增大 明度增大 视觉器官外：空间混合 视觉器官内：动/静态混合 补色光相加，愈加愈亮，形 成白色 彩色电影、电视、测色计 CMY颜色模型 颜色模型 CMY Y+M=R C+Y=G C+M=B C+M+Y=K 色料混合，光能量减小 明度减小 色料掺合 透明色层跌合 补色料相加，愈加愈暗， 形成黑色 彩色绘画、摄影、印刷、印染
彩色光的合成
直接法：用三种色光按一定的比例同时投射到一个全 反射表面上 空间混色法：用三种色光按一定的比例同时投射到一 个表面的相邻的三个点上 时间混色法：用三种色光按一定的比例一定顺序轮流 投射到一个表面的同以位置上 生理混色法：用两只眼睛同时观看两种不同颜色的同 一景象，也可以产生混色的效果
CMY颜色模型 颜色模型
RGB和CMY颜色模型的区别 和 颜色模型的区别
RGB和CMY颜色模型时面向硬件的
HSV 颜色模型
HSV（Hue Saturation Value）颜色模型是面向用户 （ ） 的，对应于圆柱坐标系中的一个圆锥形子集