数字图像处理(c++ opencv):彩色图像处理-彩色基础与彩色模型

彩色图像基础

颜色特性:亮度、色调、饱和度

  • (1)亮度:即强度,如灰度值

  • (2)色调:混合光波中的主导光波属性,即被观察者感知的主导色。如描述一个物体为红色,就是这个物体的色调为红色。

  • (3)饱和度:指相对的纯度,或与一种色调混合的白光量。比如深红色(红色+白色)和淡紫色(紫色+白色)是不饱和的,白色越多,越不饱和。

色度:色调+饱和度,颜色可以由亮度+色度来表征

彩色图像模型

常见的彩色图像模型有:

  • (1)RGB(红、绿、蓝):一般用于彩色显示器和彩色摄像机;

  • (2)CMY(青、深红、黄)和CMYK(青、深红、黄、黑):一般用于彩色打印;

  • (3)HSI(色调、饱和度、亮度):描述和解释颜色;

RGB和HSI之间的相互转换

从RGB到HSI

H色调分量的计算:

S饱和度分量计算:

I 亮度分量计算:

备注:上面的转换公式假设图像的RGB值归一化到0, 1区间,得到的HSI结果值也在区间0, 1。

python 复制代码
def RGB2HSI(img1):
    img1 = img1.astype('float32')
    b, g, r = img1[:, :, 0]/255.0, img1[:, :, 1]/255.0, img1[:, :, 2]/255.0

    I = (r+g+b)/3.0

    tem = np.where(b >= g, g, b)
    minValue = np.where(tem >= r, r, tem)
    S = 1 - (3 / (r + g + b)) * minValue

    num1 = 2*r - g - b
    num2 = 2*np.sqrt(((r - g) ** 2) + (r-b)*(g-b))
    deg = np.arccos(num1/num2)
    H = np.where(g >= b, deg, 2*np.pi - deg)

    resImg = np.zeros((img1.shape[0], img1.shape[1],
                    img1.shape[2]), dtype=np.float)
    resImg[:, :, 0], resImg[:, :, 1], resImg[:, :, 2] = H*255, S*255, I*255
    resImg = resImg.astype('uint8')
    return resImg
从HSI到RGB(值区间与(1)相同0, 1)

前提:在将HSI转换为RGB时,需要先通过H色调值进行判断,然后使用不同的公式:

  • 即将H值乘360°,将值从0, 1转换到0, 360,然后进行分类:

  • RG扇区(H在0, 120):

B蓝色分量计算:

R红色分量计算:

G绿分量计算:

GB扇区(H在120, 240):

首先将H减去120:

然后转换到RGB:

BR扇区(H在240, 360):

首先将H减去240:

然后计算RGB值:

python 复制代码
def HSI2RGB(img):
    H1, S1, I1 = img[:,:,0]/255.0, img[:,:,1]/255.0, img[:,:,2]/255.0
    B = np.zeros((H1.shape[0], H1.shape[1]), dtype='float32')
    G = np.zeros((S1.shape[0], S1.shape[1]), dtype='float32')
    R = np.zeros((I1.shape[0], I1.shape[1]), dtype='float32')
    H = np.zeros((H1.shape[0], H1.shape[1]), dtype='float32')
    
    for i in range(H1.shape[0]):
        for j in range(H1.shape[1]):
            H = H1[i][j]
            S = S1[i][j]
            I = I1[i][j]   
            if (H >=0) & (H < (np.pi * (2/3))):
                B[i][j] = I*(1-S)
                R[i][j] = I * (1 + ((S*np.cos(H))/np.cos(np.pi * (1/3) - H)))
                G[i][j] = 3*I - (B[i][j]+R[i][j])
                
            elif (H >= (np.pi * (2/3))) & (H < np.pi * (4/3)):
                R[i][j] = I*(1-S)
                G[i][j] = I * (1 + ((S*np.cos(H - np.pi * (2/3)))/np.cos(np.pi * (1/2) - H)))
                B[i][j] = 3*I - (G[i][j]+R[i][j])
            elif (H >= (np.pi * (2/3))) & (H < (np.pi * 2)):
                G[i][j] = I*(1-S)
                B[i][j] = I * (1 + ((S*np.cos(H - np.pi * (4/3)))/np.cos(np.pi * (10/9) - H)))
                R[i][j] = 3*I - (G[i][j]+B[i][j])
    img = cv2.merge((B*255, G*255, R*255))
    img = img.astype('uint8')
    return img
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