第十章 彩色感知 机器视觉课件.pptVIP

第十章 彩色感知 10.1 三色原理 10.2 颜色模型 10.3　颜色的视觉处理 10.4彩色不变性 10.1 三色原理 我们知道，可见光的波长分布在380到780之间，人的颜色感觉是不同波长的可见光刺激人的视觉器官的结果．在可见光的波段内，随着波长的增长，使人产生紫、蓝、青、绿、黄、橙、红等颜色的感觉。 三色假说的中心内容是：假设有三种视觉(锥体)感受器，分别对红、绿、蓝三种颜色敏感；当光线同时作用在这三种感受器上时，三个感受器产生的兴奋程度不同；不同兴奋程度的组合将产生不同的颜色感觉，三种感受器处于等强度兴奋时，便产生白色的感觉． 根据[Wald 1964]对人类色彩视觉的研究结果，三种锥体细胞的光谱吸收的峰值分别在、和左右，这三个区间分别对应红、绿和蓝波段，如图10．1三种感受器的光谱敏感示意图所示。 这三种颜色被称为人类视觉的三基色。实践证明，光谱上的大多数颜色都可以用红(Red)、绿(Green)、蓝(Blue)三种单色加权混合产生，基于RGB三基色的颜色表示称为RGB颜色模型． 10.2 颜色模型 为了使用RGB三基色有效地描述或混合各种颜色。人们还根据RGB三基色模型提出了CMY颜色模型，XYZ颜色模型，YIQ颜色模型，HSV颜色模型，HLS颜色模型等，以适应不同应用的需求。下面将简要介绍这些模型的特点及其相互转换表示。 10.2.1 RGB和CMY颜色模型 根据RGB三基色原理，各种颜色的光都可以由红、绿和蓝三种基色加权混合而成，这可以用图10.2所示的RGB直角坐标定义的单位立方体来说明。 图10.2 RGB单位立方体 通常把光通量为1流明的红光，4.5907流明的绿光，0.0601流明的蓝光作为三基色的“单位基色量”，用(R)、(G)、(B)表示．因此，任何一种具有一定亮度的彩色光的光通量： 如果不考虑光的亮度，只对色度感兴趣，则只要知道的相对值即可．因此可以令： r,g,b称为色度坐标。由于r+g+b＝１，因此只有两个色度坐标是独立的，这也说明色度空间是二维的。 图10.4是一个以r-g为色度坐标给出的RGB表色系统的色度图，标准白光位于r=g=1/3 青(Cyan)，品红(Magenta)，黄(Yellow)和RGB一样，也可构成一组基色，称为CMY颜色模型，各种颜色的光都可以由CMY三种基色加权混合而。 在实际应用中，RGB颜色模型用于磷粉屏幕的颜色生成，是一个由黑到白的过程，称为增色处理。CMY颜色模型主要用来描述绘图和打印彩色输出的颜色，因为这类彩色的形成是在白纸或其它印刷介质上生成的，是一个由白到黑过程，称之为减色过程。 图10.3表示CMY模型的单位立方体 ： RGB和CMY之间的关系如下： 10.2.2 CIE-XYZ颜色模型 使用RGB模型生成颜色时，用于产生颜色的原基色比例系数出现负值，使用起来十分不便．同时，不同研究者所用的三基色和标准白色不同，使得研究结果很难比较．因此，1931年国际照明委员会CIE (Commission Internationale del Elairage—the International Commission on Illumination)规定了一种新的颜色表示系统，定义为CIE-XYZ颜色模型．XYZ颜色模型把彩色光表示为： 其中，是XYZ颜色模型的基色量，为三色比例系数． 其中，是XYZ颜色模型的基色量，为三色比例系数。 XYZ表色系统须满足如下三个条件： 1.三色比例系数皆大于零； 2.Y的数值正好是彩色光的亮度； 3.当时仍然表示标准白光． 根据以上条件，可以得到RGB颜色模型与XYZ颜色模型的关系式。 对XYZ颜色模型的三基色规范化，得到如下色度坐标： CIEx-y色度图 色度图中的颜色范围可以表示成直线段或多边形．图10.6 中从和连线上所有颜色可通过混合适量的和颜色而得到。 10.2.3 NTSC－YIQ表色模型 RGB工业监视器要求一幅彩色图像由分开的RGB信号组成，而电视监视器需要混合信号输入．为此，美国国家电视系统委员会（National Television System Committee，NTSC）采用YIQ彩色模型 其主要的优点是可以保证彩色电视和黑白电视的兼容，即可以用彩色收看黑白电视图像。 YIQ是以CIE的XYZ颜色模型为基础，其参数Y 与XYZ中的模型参数相同，是图像的亮度信息．在没有色度的情况下，Y也就对应于黑白图像，或者说，黑白电视只接收Y信号． 由于人眼对颜色的相对视见度不同，所以选择三色的基色量为： 因此亮度信号Y为 规定如下色差信号： 将(10.9)和(10.10)结