第7篇-彩色图像处理.pdf

第七章 彩色图像处理 学习目的要求 1、 了解色空间概念 2 、 掌握几种数字图像常用色空间的变换 3、 了解伪彩色增强 7.1 色度学基础 7.1.1 彩色视觉基础 人眼所见的色彩，其理论基础最早是由 Newton 于 1671 年利用三棱镜自然光通过后分离 出不同的色彩表现，称之为光谱(Spectrum) 。 图 7-1 波长 380∼780nm 之间电磁波，引起人眼颜色感觉不同，简称可见光。 紫、蓝(430∼470 nm)、青、绿(500∼530 nm)、绿、黄、橙、红(620∼700 nm) 颜色是外界的物理刺激表现出来人的感觉。 复色光。自然界见到的单色光机会不多，一般都是复色光。 光谱分布。单位波长对应的辐射量称为光谱密度。光谱密度与波长之间的关系成为光谱分布 函数。射入人眼的光的光谱分布决定了发光体或反射和透射物体的颜色。 E λ 图 7-2 射入人眼光的光谱强度分布决定了发光体或反射和透射物体的颜色。 当人类将色光经由Newton 的实验分离后，便开始着手研究色彩究竟是如何产生的？ 1 1802 年，Thomas Young 重新定义色彩三原色说，其假设自然界所见的所有色彩均可由 三原色组合而成。另一方面，亦假定人眼內有三种视觉接收细胞，每一种细胞负责单一色彩 的感应、接收。大约 50 年后( 由于某些部份未详细记载) ，Helmholtz 再加以详细补充及改进 原有的学说，成就现今 Young-Helmholtz 理论。 直到 1861 年，Maxwell 研究色彩並实验而制作出第一张彩色影像，因此也证实了三原色 说的理论基础[Malacara, 2002] 。 人眼能辨别不同颜色的机理一直是人们研究的课题，目前已经比较清楚。颜色视觉理论 主要从两大理论，一个是扬⎯赫姆霍尔兹的“三色”学说，另一个是赫林的“对立”学说， 发展到最终的“阶段”学说理论。 (a) (b) 图 7-3 人眼颜色感觉的三色理论. (a) 三种锥细胞；(b)三种锥细胞不同的光谱敏感特性： L-cones, most sensitive to red light (610 nm) ，M-cones, most sensitive to green light (560 nm) ， S-cones, most sensitive to blue light (430 nm) “三色”学说。扬⎯赫姆霍尔兹的“三色”学说，是扬⎯赫姆霍尔兹在 19 世纪提出的(Young 1802-Helmholtz 1886) 。们根据红、绿、蓝三色（称作三原色）可以混合出各种不同颜色的混 合规律，假设人眼视网膜上有三种神经纤维，光作用于纤维上能同时引起三种纤维的兴奋， 波长不同，引起三种纤维兴奋不同，每一种神经纤维的兴奋引起一种颜色感觉。20 世纪生理 学证实了三种锥细胞的存在，分别有不同的光谱敏感特性并且测的的三种不同光谱敏感性的 视色素的光谱吸收峰分别约在 440~450nm ；530~540nm ；560~570nm 。 “对立”学说。另一个是赫林的 “对立”学说，对立学说的概念在 19 世纪后期 Hering(赫 林 1878)就提出了。三色学说很好解释了三原色混色规律，但在解释如色盲现象是遇到困难。 赫林论证了三色理论不能解释红光与绿光组合怎样就产生了黄光，或论证了有视觉缺陷的人 无一例外的容易将红色与绿色或黄色与蓝色相混淆。基于如下事实：“红/绿”代表人没有描述 颜色“微带红的绿或微带绿的红” 的经验（而有微带黄的绿或微带绿的黄、微带绿的蓝或微带 蓝的绿、微带红的蓝或微带蓝的红，如图依次可以描述为“黄/绿”、“蓝/绿”、“红/蓝”，但是你 不会做出一块“红/绿”