文章目錄
- 彩色圖像處理
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- 1 彩色模型
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- 1.1 RGB彩色模型
- 1.2 CMY和CMYK模型
- 1.3 HSI彩色模型
- 2 僞彩色處理
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- 2.1 強度分層
- 2.2 灰階級到彩色轉換
- 總結
彩色圖像處理
彩色圖像處理分為兩個主要領域：全彩色處理和僞彩色處理。在第一類中，通常要求圖像用全彩色傳感器擷取；在第二類中，問題是對一種特定的單色灰階或灰階範圍賦予一種顔色。到目前為止，多數數字圖像處理是在僞彩色層面完成的。
1 彩色模型
彩色模型（也稱彩色空間或彩色系統）的用途是在某些标準下用通常可接受的方式簡化彩色規範。本質上，彩色模型是坐标系統和子空間的規範，位于系統中的每種顔色都由單個點來表示。
現在所用的大多數彩色模型不是面向硬體，就是面向應用的。在數字圖像進行中，實際中最通用的模型如下：
- 面向硬體的RGB（紅、綠、藍）模型，用于色彩螢幕和一大類彩色視訊錄影機；
- CMY（青、深紅、黃）和CMYK（青、深紅、黃、黑）模型，用于彩色列印機；
- HSI（色調、飽和度、亮度）模型，這種模型更符合人描述和解釋顔色的方式，可以解除圖像中顔色和灰階資訊的聯系。
1.1 RGB彩色模型
RGB彩色模型是一種相加混色模型，常用于彩色螢幕和彩色錄影機。在RGB模型中，每種顔色出現在紅、綠、藍的原色光譜分量中，這個模型基于笛卡爾坐标系統，所考慮的彩色空間如圖1的立方體。
在RGB空間，用以表示每一像素的比特數叫做像素深度。如果RGB圖像中每一分量（紅、綠、藍）都是一幅8比特的，在這種條件下，每一個RGB彩色像素稱為24比特深度。
圖1 RGB彩色立方體示意圖
1.2 CMY和CMYK模型
CMY顔色模型是一種相減混色模型，常用于列印機。
青、深紅和黃是光的二次色，是顔料的原色。例如，當青色顔料塗覆的表面用白光照射時，從該表面反射的不是紅光，而是從反射的白光中減去紅光，白光本身是等量的紅、綠、藍光的組合。
大多數在紙上沉積彩色顔料的裝置，如彩色列印機，要求輸入CMY資料或在内部做RGB到CMY的轉換，即：
CMYK指CMY彩色模型的三種原色再加上黑色。
1.3 HSI彩色模型
HSI彩色模型是用色調、飽和度和亮度來描述顔色。
色調是描述純色的屬性，反過來，飽和度給出一種純色被白光稀釋的程度的度量。亮度是一個主觀的描述，展現了無色的強度概念，并且是描述色彩感覺的關鍵參數。
圖2 HSI彩色模型示意圖
如圖所示，箭頭所指是一個任意彩色點，與紅軸的夾角給出色調，向量的長度是飽和度，在該平面中，所有彩色的強度由平面在垂直強度軸的位置給出。
2 僞彩色處理
僞彩色圖像處理（也稱假彩色）是根據特定的準則對灰階值賦以彩色的處理。僞彩色或假彩色一詞用于區分全（真）彩色圖像處理。
真彩色是描述組成一幅彩色圖像的每個像素時直接使用RGB三個基色分量。如果用RGB 8:8:8方式表示一幅彩色圖像，就是RGB都用8位來表示，每個基色分量占一個位元組，共三個位元組，每個像素的顔色就是由這三個位元組中的數值直接決定，可生成的顔色數就是2^24種。僞彩色圖像的含義是，每個像素的顔色不是由每個基色分量的數值直接決定，而是把像素值當做彩色查找表的表項入口位址，去查找一個顯示圖像時使用的RGB值，用查找出的RGB值産生的彩色。
僞彩色的主要應用是為了人眼觀察和解釋一幅圖像或序列圖像中的灰階目标，利用彩色的主要動力之一是人類可以辨識上千種顔色和強度，而相形之下隻能辨識幾十種灰階。
2.1 強度分層
強度分層技術和彩色編碼是僞彩色圖像處理最簡單的例子之一。如果一幅圖像被描述為三維函數，分層方法可看成是放置一些平行于圖像坐标面的平面，然後每一個平面在相交的區域中切割圖像函數。但是灰階被分為幾個區間，且每個區域賦予了不同的顔色，而未考慮到圖像中灰階級的意義。在這種情況下，感興趣的知識簡單地觀察構成圖像的不同灰階級。當灰階級細分基于圖像的實體特性時，強度分層就會有很大意義并起重要意義。
2.2 灰階級到彩色轉換
某些其他類型的變換更通用也更能拓寬僞彩色增強結果的範圍。一種特别有吸引力的方法就是對任何輸入像素的灰階級執行3個獨立的變換。然後3個變換結果分别送入彩色電視螢幕的紅、綠、藍通道。這種方法産生一幅合成圖像，其彩色内容受變換函數特性調制。注意，這種方法是一幅圖像灰階值的變換而不是位置函數。
總結
實際應用中常用的顔色空間包括RGB、CMY和HSI等。其中RGB和CMY屬于面向硬裝置的應用而HSI則屬于面向以彩色處理為目的的應用。
RGB模型用三維空間中的一個點來表示一種顔色，每個點有三個分量，分别代表該點顔色的紅、綠、藍亮度值，其亮度值限定在[0，1]。而HSI模型，主要用強度(I)對應與顔色的亮度或灰階。符合人描述和解釋顔色的方式。
在得到的圖像中，有時會存在對比度低、顔色偏暗、局部細節不明顯等問題，為改善圖像的視覺效果、突出圖像的特征，利于進一步的處理，需要對圖像進行增強處理。其中僞彩色圖像處理就是将一幅具有不同灰階級的圖像通過一定的映射轉變為彩色圖像，它的處理對象是灰階圖像，灰階變換法就是其常用的算法之一。