彩色图像处理

彩色基础

颜色的本质

• 牛顿 1666 三棱镜
• 可见 400～700 nm

三基色 (三原色)

• 国际照明组织定的
• 人眼对 RGB 最敏感
• 三种感光细胞（锥细胞）

色度

• 彩色三种基本特征量
  • 亮度: $\propto$ 反射率
  • 色调: 波长
  • 饱和度: 一定色调光的纯度
• 色度: 色调和饱和度的合称

确定彩色的方法

• 三色值系数
  • 设 R, G, B 的值分别为 X, Y, Z
  • 三个色系数分别为 (归一化) $x=\frac{X}{X+Y+Z},y=\frac{Y}{X+Y+Z},z=\frac{Z}{X+Y+Z}$
• 色度图
  • $z=1-(x+y)$
  • 三角形内的颜色的由三个顶点生成(由三种颜色不能得到所有的颜色)
  • PAL 和 NTSC 两种制式的色度三角形
    • 光栅扫描显示器
    • 打印机范围更小

彩色模型

• 面向硬设备 RGB, CMY
• 面向视觉感知 HSI, HSV

• RGB 笛卡尔坐标系 x → R, y → G, z → B
• CMY 蓝绿(Cyan), 品红(Magenta), 黄(Yellow)
  • $R=1-C,G=1-M,B=1-Y$
• HSI 色调(Hue), 饱和度(Saturation), 密度(Intensity)
  • 基本特点
    • I 分量和彩色信息无关
    • H 和 S 分量与人感受颜色的方式紧密相连
  • 模型表示
  • RGB → HSI 不用背

伪彩色处理

人眼对彩色比灰度有较大的分辨能力，对灰度几十，对彩色几千

• 亮度切割: 用平行于图像坐标平满的平面切割亮度函数
• 变换函数: 对灰度只用三个独立的变换处理
• 频域滤波: 傅立叶变换 → 三个滤波器 → 反变换 → 进一步处理 → 彩色图像

真彩色处理

• 补色 色环上与色调直接相对的另一端
• 直方图处理 HS 不变, I 均衡化
• 彩色平滑
  • RGB 同时平滑
  • I 单独平滑
• 彩色锐化 同上
• 饱和度增强 对 S 通道增强
• 色调增强 对 H 通道微增一个常数 (可以用于数据增强)