彩色基础

  • 全彩色:用全彩色传感器获取的真实彩色
  • 伪彩色:为特定灰度或灰度范围赋予颜色
  • 物理特性
    • 无色光:黑白
      • 属性:强度
      • 灰度级:表示强度的数值
    • 彩色光:400nm~700nm电磁波
      • 辐射:能量(瓦特)
      • 光强:感知的能量(流明)
      • 亮度:主观描绘
  • 生物特性
    • 锥状细胞
      • 600~700万个
      • (1965) 红色(65%,575nm),绿色(33%,535nm),蓝色(2%,445nm)
      • 主颜色:RGB
        • 国际照明委员会(1931):700nm,546.1nm,435.8nm
      • 次生色
  • 颜料的主颜色(吸收):Yellow, Magenta, Cyan
  • 属性
    • 亮度 brightness:强度
    • 色调 hue:主波长
    • 饱和度 saturation:白光的比例
    • 色度 chromaticity:色调,饱和度
  • 三色值:红色 X, 绿色 Y, 蓝色 Z
    • $x=\frac{X}{X+Y+Z}$
    • $y=\frac{Y}{X+Y+Z}$
    • $z=\frac{Z}{X+Y+Z}$
    • $x+y+z=1$
    • CIE 1931 XYZ色彩空间
      • 两点连线:所有可能的加性组合
      • 任意三点无法覆盖全图
      • 色域

CIE

彩色模型

  • RGB彩色模型(面向显示器)
    • 笛卡尔坐标系,$[0,1]$,黑色原点,白色在最远的角,中间虚线是灰色
    • 三幅分量图像
    • 全彩色图像:24比特
    • 高端设备支持24比特 RGB 图像
    • 低端设备通常只能显示 256 种彩色
      • 稳定 RGB 色(通常216颜色):每个 RGB 只有六种取值 00,33,66,99,CC,FF
  • CYM彩色模型(面向打印机)
    • $(C,M,Y)=1-(R,G,B)$
    • CYMK: 添加黑色(K)
  • HSI(Intensity)/HSL(Lightness)(面向人,柱坐标系)
    • hue, saturation, intensity
    • 将亮度和颜色信息解耦合
    • intensity: 平行面与强度轴(灰色)的交点
    • satuaration: 越小白光越大,与强度轴距离
    • hue: 包含强度轴的面与强度轴的夹角,与红色轴夹角
  • HSB(brightness)/HSV(Value)

伪彩色图像处理

  • 灰度分层
  • 独立变换3次
  • 多光谱图像处理

全彩色图像处理

  • 方法
    • 分别处理分量图像
    • 直接处理彩色像素
  • 彩色变换:$g(x,y)=T(f(x,y))$
  • 补色:合成为黑色的颜色
  • 彩色分层:将不感兴趣的颜色设置为中性
  • 色调和彩色校正
    • CIE $L^*a^b^$ 模型:设备无关的颜色模型
  • 直方图处理
  • 平滑与锐化

彩色图像分割

  • HIS 颜色空间直观
    • 利用 $H$ 指定颜色
    • 利用 $S$ 进一步限定区域
    • $I$ 很少用来分割
  • RGB 空间分割效果更好
    • 距离
    • 方形盒子:长度与标准差成比例
  • 彩色边缘检测
    • $u=\frac{\partial R}{\partial x}r+\frac{\partial G}{\partial x}g+\frac{\partial B}{\partial x}b$
    • $v=\frac{\partial R}{\partial y}r+\frac{\partial G}{\partial y}g+\frac{\partial B}{\partial y}b$
    • $g_xx=u^Tu$
    • $g_yy=v^Tv$
    • $g_xy=u^Tv$
    • $\theta(x,y)$
    • $F_\theta(x,y)$

显示器

  • CRT 显示器:RGB叠加
  • 可视角度
  • 偏色程度 $\Delta E$: 平均(3以下难以分辨,1以内相当准确),最大
  • 亮度
    • 黑暗下 $>80cd/m^2$
    • 室外 $>300cd/m^2$
  • 像素密度: $>150$ PPI
  • 色域覆盖
    • 色域标准
      • sRGB (Microsoft): 35% CIE
      • Adobe RGB: 50% CIE,改善青绿色覆盖
      • NTSC(1953): CRT 标准,淘汰
      • REC-709: sRGB 的影视行业名称
      • DCI-P3: 美国数字电影(2017)
      • REC-2020
    • 色彩管理
      • 操作系统仅支持 sRGB
      • Chrome 仅支持 sRGB

色域标准