C1 LECTURE NOTE 06nova.bime.ntu.edu.tw/~ttlin/Course01/lecture_notes/C1... · 2006-02-08 · 631 M8210 影像處理原理與應用Lecture 06-35 國立台灣大學生物機電系

1

631 M8210 影像處理原理與應用 Lecture 06-1

國立台灣大學生物機電系林達德

彩色影像處理彩色影像處理6.1 色彩基礎6.2 色彩模式6.3 假彩色影像處理6.4 全彩色影像處理基本原理6.5 色彩轉換6.6 平滑化與銳化6.7 彩色影像分割6.8 彩色影像中之雜訊6.9 彩色影像壓縮



6.1 色彩基礎色彩頻譜(Color Spectrum)

2



6.1 色彩基礎色彩頻譜(Color Spectrum)



6.1 色彩基礎彩色光(Chromatic Light)

– 波長範圍：400 ~ 700 nm – 基本量(Basic quantities)：

• 輻射(Radiance) ：光源流出之總能量，(W)• 明視度(Luminance)：人所感受由光源所流出之能量，(lumen, lm)• 亮度(Brightness)

三原色與第二色彩(Primary Color & Secondary Color)–三原色

• 紅(R) 700.0 nm • 綠(G) 546.1 nm• 藍(B) 435.8 nm

–第二色彩• Magenta • Cyan• Yellow

3



6.1 色彩基礎



6.1 色彩基礎光與顏料之三原色

4



6.1 色彩基礎色調(Hue)、飽和度(Saturation)與亮度(Intensity)– 色調與飽和度合稱為彩色成份(Chromaticity)– Color = Chromaticity + Brightness

三原色係數(Trichromatic Coefficients)

4)-(6.1 1

3)-(6.1

2)-(6.1

1)-(6.1

=++++

=

++=

++=

zyxZYX

Zz

ZYXYy

ZYXXx



6.1 色彩基礎CIE色彩圖(Chromaticity Diagram)

5



6.1 色彩基礎色彩範圍(Color Gamut)

參考網頁：http://www.physics.sfasu.edu/astro/color.html



6.2 色彩模式6.2.1 RGB色彩模式

建立色彩模式之主要目的為提供一可接受之指定色彩標準

色彩模式亦稱為色彩空間與色彩系統

6




影像元素深度(Pixel Depth)全彩影像(Full-color Image)色彩立方體(Color Cube)




7




安全RGB色彩 (Safe RGB Color)All-system-safe Colors – (6)3=216 Color




安全RGB色彩立方體

8



6.2 色彩模式6.2.2 CMY與CMYK色彩模式

以顏料三原色為基礎

常用於印表機的色彩系統

Four-color printing = CMY+K (BLACK)與RGB模式的轉換

1)-(6.2 111

⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢

⎣

⎡−

⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢

⎣

⎡=

⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢

⎣

⎡

BGR

YMC



6.2 色彩模式6.2.3 HSI色彩模式

HSI色彩模式較符合人類視覺系統，同樣可以將明亮度與彩色成份分別處理

9







10




RGB模式至HSI模式之轉換

5)-(6.2 )(31

4)-(6.2 )],,[min()(

31

3)-(6.2 )])(()[(

)]()[(21

cos

2)-(6.2 G B if 360GB if

2/121

BGRI

BGRBGR

S

BGBRGR

BRGR

H

++=

++−=

⎪⎭

⎪⎬⎫

⎪⎩

⎪⎨⎧

−−+−

−+−=

⎩⎨⎧

>−≤

=

−θ

θθ




HSI模式至RGB模式之轉換

11)-(6.2 1

10)-(6.2 60cos

cos1

9)-(6.2 )1(8)-(6.2 120

7)-(6.2 1

6)-(6.2 60cos

cos1

5)-(6.2 )1(

G)-(RB

-H)(

HSIG

SIBHH

B)-(RG

-H)(

HSIR

SIB

+=

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡°

+=

−=°−=

°

11





15)-(6.2 1

14)-(6.2 60cos

cos1

13)-(6.2 )1(12)-(6.2 240

B)-(GR

-H)(

HSIB

SIGHH

+=

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡°

+=

−=°−=

°≤≤°





12




HSI影像之處理




HSI影像之處理

13



6.3 假彩色影像處理6.3.1 強度分切(Intensity Slicing)

1)-(6.3 ),( ),( kk Vyxfifcyxf ∈=




14







15






6.3 假彩色影像處理6.3.2 灰階至彩色之轉換

16







17







18






6.4 全彩色影像處理基本原理對彩色影像的個別影像平面進行處理

對彩色影像的影像元素直接以向量的方式進行處理

2)-(6.4 ),(),(),(

),(),(),(

),(

1)-(6.4

⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢

⎣

⎡=

⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢

⎣

⎡=

⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢

⎣

⎡=

⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢

⎣

⎡=

yxByxGyxR

yxcyxcyxc

yx

BGR

ccc

B

G

R

B

G

R

19



6.5 色彩轉換6.5.1 基本公式

2)-(6.5 211)-(6.5

21 ,...,n ,), i,...,r,r(rTsT[f(x,y)] g(x,y)

nii ===

範例：不同的色彩系統的比較

6)-(6.5 32115)-(6.5 321

4)-(6.5 3)-(6.5

22

11

33

,,-k), i(kr: sCMY System ,,, ikr: sRGB System

rsrs

kr: sHSI Systemkf(x,y) g(x,y)

ii

ii

=+===

===

=




20






6.5 色彩轉換6.5.2 補色

色彩圓(Color Circle)

21



6.5 色彩轉換6.5.2 補色



6.5 色彩轉換6.5.3 色彩分切(Color Slicing)

8)-(6.5n 1,2,...,i )( 50

7)-(6.5n 1,2,...,i 2 50

1

20

2

1

=⎪⎩

⎪⎨⎧

>−=

=⎪⎩

⎪⎨⎧

⎥⎦⎤

⎢⎣⎡ >−

=

∑=

≤≤

erwise othr

Rar if.s

erwise othr

War if.s

i

n

jjj

i

i

njany jj

i

22



6.5 色彩轉換6.5.4 色調與顏色之修正

12)-(6.5 00885601161678770088560

11)-(6.5 200

10)-(6.5 500

9)-(6.5 16116

3

*

*

*

⎩⎨⎧

≤+>

=

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

−⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⋅=

. q/q.. q qh(q)

ZZh

YYhb

YYh

XXha

YYhL

WW

WW

W

色彩的一致性之要求

CIE L*a*b*(CIELAB)色彩模式• 與裝置無關(Device independent)• 範圍涵蓋整個可見光頻譜• L=intensity, a*=red - green, b*=green – blue色調調整與色彩平衡



6.5 色彩轉換6.5.4 色調與顏色之修正-色調轉換

23



6.5 色彩轉換6.5.4 色調與顏色之修正-色彩平衡



6.5 色彩轉換6.5.5 應用統計特性圖進行處理

24



6.6 平滑化與銳化6.6.1 彩色影像平滑化

2)-(6.6

(1

(1

(1

1)-(6.6 1

⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢

⎣

⎡

=

=

∑

∑

∑

∑

∈

∈

∈

∈

xy

xy

xy

xy

S(x,y)

S(x,y)

S(x,y)

S(x,y)

x,y)BK

x,y)GK

x,y)RK

(x,y)

(x,y)K




25






6.6 平滑化與銳化6.6.2 彩色影像銳化

[ ] 3)-(6.6 ),(),(),(

2

2

2

2

⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢

⎣

⎡

∇∇∇

=∇yxByxGyxR

(x,y)

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6.7 彩色影像分割6.7.1 HSI色彩空間之彩色影像分割



6.7 彩色影像分割6.7.2 RGB向量空間之彩色影像分割

[ ][ ][ ] 2)-(6.7 )()( ),(

1)-(6.7

)()(

),(

21

1-T

21

222

21

T

−−=

−+−+−=

−−=

−=

CD

)a(z)a(z)a(z

D

BBGGRR

27







RR

GG

BB

Input layerInput layer Hidden layerHidden layer Output layerOutput layer

BackgroundBackground

ForegroundForeground

28






6.7 彩色影像分割6.7.3 彩色影像之邊緣偵測

29




[ ] 9)-(6.7 2sin22cos21

8)-(6.7 )(

2tan

21

7)-(6.7

6)-(6.7

5)-(6.7

4)-(6.7

3)-(6.7

21

1

222

222

⎭⎬⎫

⎩⎨⎧ +−++=

⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣

⎡

−=

∂∂

∂∂

+∂∂

∂∂

+∂∂

∂∂

==⋅=

∂∂

+∂∂

+∂∂

==⋅=

∂∂

+∂∂

+∂∂

==⋅=

∂∂

+∂∂

+∂∂

=

∂∂

+∂∂

+∂∂

=

−

θgθ)g(g)g(g)F( θ

ggg

θ

yB

xB

yG

xG

yR

xRg

yB

yG

yRg

xB

xG

xRg

yB

yG

yR

xB

xG

xR

xyyyxxyyxx

yyxx

xy

Txy

Tyy

Txx




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6.8 彩色影像中之雜訊

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6.9 彩色影像壓縮

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