matlab《数字图像处理》第4章图像类型与彩色模型的转换附要点.pdf

08- 1 第四章 图像类型与 彩色模型的转换（附） 【目录】 一、图像类型的转换 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1、真彩图像索引图像 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 2、索引图像真彩图像 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 3、真彩图像灰度图像 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 4、真彩图像二值图像 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 5、索引图像灰度图像 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 6、灰度图像索引图像 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 7、灰度图像二值图像 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 8、索引图像二值图像 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 9、数据矩阵灰度图像 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 二、彩色模型的转换 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 1、图像的彩色模型 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 2、彩色转换函数 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 三、纹理映射 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 【正文】 一、图像类型的转换 08- 2 转换类型转换函数用 处 真彩图像 索引图像 X=dither(RGB,map)节省存储空 间，假彩色 索引图像 真彩图像 RGB=ind2rgb(X,map)便于图像处 理 真彩图像 灰度图像 I=rgb2gray(RGB)得到亮度分 布 真彩图像 二值图像 BW=im2bw(RGB,level)阈值处理，筛 选 索引图像 灰度图像 I=ind2gray(X,map) Newmap=rgb2gray(map) 得到亮度分 布 灰度图像 索引图像 X,map=gray2ind(I,n), X=grayslice(I,n) X=grayslice(I,v) 伪彩色处理 二值图像 灰度图像数据矩阵索引图像 真彩图像 A I X,map RGBBW 08- 3 灰度图像 二值图像 BW=dither(I) BW=im2bw(I,level) 阈值处理，筛 选 索引图像 二值图像 BW=im2bw(X,map,level)阈值处理，筛 选 数据矩阵 灰度图像 I=mat2gray(A,max,min) I=mat2gray(A) 产生图像 1、真彩图像索引图像 【格式】X=dither(RGB,map) 【说明】按指定的颜色表 map 通过颜色抖动实现转换 颜色抖动即改变像素点的颜色，使像素颜色近似于色图 的颜色，从而以空间分辨率来换取颜色分辨率。 【输入】RGB 可以是 double、uint16 或 uint8 类型 【输出】X 超过 256 色则为 uint16 类型，否则输出为 uint8 型 【例】 CLF RGB=imread('flowers.tif'); map=jet(256); X=dither(RGB,map); subplot(1,2,1);subimage(RGB);title('真彩图') subplot(1,2,2);subimage(X,map);title('索引图') 08- 4 真 彩 图 100200300400500 50 100 150 200 250 300 350 索 引 图 100200300400500 50 100 150 200 250 300 350 2、索引图像真彩图像 【格式】RGB=ind2rgb(X,map) 具有调色板 map 的索引图像 X 转换成真彩色图像 RGB， 实际实现时就是产生一个三维数据矩阵，然后将索引图像对 应的调色板颜色赋予三维数据矩阵。 【输入】X 可以是 double、uint16 或 uint8 类型 【输出】RGB 为 double 类型 【例】 CLF,load trees; RGB=ind2rgb(X,map); subplot(1,2,1);subimage(X,map);title('索引图') subplot(1,2,2);subimage(RGB);title('真彩图') 索 引 图 100200300 50 100 150 200 250 真 彩 图 100200300 50 100 150 200 250 3、真彩图像灰度图像 08- 5 【格式】I=rgb2gray(RGB) 【输入】RGB 可以是 double、uint16 或 uint8 类型 【输出】I 类型同 RGB 【例】 CLF,RGB=imread('flowers.tif'); I=rgb2gray(RGB); subplot(1,2,1);subimage(RGB);title('真彩图') subplot(1,2,2);subimage(I);title('灰度图') 真 彩 图 100200300400500 50 100 150 200 250 300 350 灰 度 图 100200300400500 50 100 150 200 250 300 350 4、真彩图像二值图像 【格式】BW=im2bw(RGB,level) 【说明】设置亮度阈值 level，将真彩图像转换为二值图 像。Level 是归一化的阈值，值域范围为0 1；level 可以由 函数 graythresh(I)计算得到。 【输入】RGB 可以是 double、uint16 或 uint8 类型 【输出】BW 为 uint8 型 【例】 08- 6 CLF,RGB=imread('flowers.tif'); BW=im2bw(RGB,0.5); subplot(1,2,1);subimage(RGB);title('真彩图') subplot(1,2,2);subimage(BW);title('二值图') 真 彩 图 100200300400500 50 100 150 200 250 300 350 二 值 图 100200300400500 50 100 150 200 250 300 350 5、索引图像灰度图像 【格式 1】I=ind2gray(X,map) 【格式 2】Newmap=rgb2gray(map) 【说明】格式 2 将彩色调色板 map 转换为灰度调色板 Newmap 【输入】X 可以是 double、uint16 或 uint8 类型，map 为 double 类型 【输出】I 是 double 类型，Newmap 为 double 类型 【例】 CLF,load trees; I=ind2gray(X,map); Newmap=rgb2gray(map); subplot(2,2,1);subimage(X,map);title('索引图') subplot(2,2,3);subimage(I);title('格式 1 灰度图') subplot(2,2,4);subimage(X,Newmap);title('格式 2 灰度 08- 7 图') 索 引 图 100200300 50 100 150 200 250 格 式 1灰 度 图 100200300 50 100 150 200 250 格 式 2灰 度 图 100200300 50 100 150 200 250 6、灰度图像索引图像 【格式 1】1、X,map=gray2ind(I,n) 2、X=grayslice(I,n) 3、X=grayslice(I,v) 【说明】格式 1：将灰度图像转换为灰度级为 n 的索引 图像 X，n 的默认值为 64； 格式 2：将灰度图像 I 均匀量化为 n 个等级，然后转换 为伪彩色图像 X； 格式 3：按指定的阈值矢量 v(其中每个元素在 0 和 1 之 间)对图像 I 进行阈值划分，然后转换成索引图像 【输入】I 可以是 double 类型、uint8 类型和 uint16 类 型 08- 8 【输出】map 的行不大于 256，则 X 为 uint8 类型，否 则为 uint16 类型 【例】 CLF,I=imread('rice.tif'); X1,map1=gray2ind(I,16); X2=grayslice(I,8); X3=grayslice(I,255*0 0.21 0.23 0.26 0.30 0.35 0.6 1.0'); subplot(2,2,1);subimage(I);title('灰度图') subplot(2,2,2);subimage(X1,map1);title('16 灰度级图') subplot(2,2,3);subimage(X2,hot(8);title('均匀量化图') subplot(2,2,4);subimage(X3,jet(8);title('非均匀量化图 ') 灰 度 图 50100150200250 50 100 150 200 250 16 灰 度 级 图 50100150200250 50 100 150 200 250 均 匀 量 化 图 50100150200250 50 100 150 200 250 非 均 匀 量 化 图 50100150200250 50 100 150 200 250 08- 9 7、灰度图像二值图像 【格式一】BW=dither(I)； 【格式二】BW=im2bw(I,level) 【说明】格式一用抖动的方式实现转换，格式二用阈值 方式转换 【输入】I 可以是 double 类型和 uint8 类型 【输出】 BW 支持逻辑 0 和 1 类型 （一般为 double 类型） 【例】 CLF,I=imread('saturn.tif'); BW1=dither(I); BW2=im2bw(I,0.5); subplot(2,2,1);subimage(I);title('灰度图') subplot(2,2,3);subimage(BW1);title('抖动二值化') subplot(2,2,4);subimage(BW2);title('阈值二值化') 灰 度 图 100200300400 50 100 150 200 250 300 抖 动 二 值 化 100200300400 50 100 150 200 250 300 阈 值 二 值 化 100200300400 50 100 150 200 250 300 08-10 8、索引图像二值图像 【格式】BW=im2bw(X,map,level) 【输入】X 可以是 double、uint16 或 uint8 类型 【输出】BW 为 uint8 类型 【例】 CLF,load trees; BW=im2bw(X,map,0.5); subplot(1,2,1);subimage(X,map);title('索引图') subplot(1,2,2);subimage(BW);title('二值图') 索 引 图 100200300 50 100 150 200 250 二 值 图 100200300 50 100 150 200 250 9、数据矩阵灰度图像 【格式】1、I=mat2gray(A,max,min) 2、I=mat2gray(A) 【说明】 按指定的取值区间max,min将数据矩阵 A 转换 为灰度图像 I，amin 是灰度最暗的值（0 值），amax 是灰度 最亮的值（1 值）。如不指定区间，自动取最大区间。 【输入】A 为 double 类型 【输出】I 为 double 类型 【例】 CLF;I=imread('rice.tif'); 08-11 A=filter2(fspecial('sobel'),I); J=mat2gray(A); subplot(1,2,1);subimage(I);title('原图') subplot(1,2,2);subimage(J);title('转换图') 原 图 50100150200250 50 100 150 200 250 转 换 图 50100150200250 50 100 150 200 250 二、彩色模型的转换 1、图像的彩色模型 (1) RGB 模型 是色光的彩色模式，R 代表红色，G 代表绿色，B 代表 蓝色。RGB 颜色模型是显示和保存彩色图像最常用的模型， 三维空间中的 3 个轴分别与红绿蓝三个分量相对应。原点对 应于黑色，离原点最远的顶点对应于白色，其它颜色位于三 维空间中。 为了处理方便，所有颜色值都被归一化处理，也就是所 有的 RGB 值都被假定在0,1范围上。 (2) NTSC 模型 NTSC 模型用于电视信号。其特点是亮度信号与色度信 号相分离。一个信号能同时表示彩色图像和黑白图像。他的 08-12 Y 表示亮度，I 表示色度，Q 表示饱和度。 (3) HSV 模型 根据人眼的视觉特性表示的颜色，H 表示色调，S 表示 饱和度，V 表示明度。 HSV 模型是面向用户的，在通常使用的色彩轮和调色板 中选择的色彩（如画笔和墨水等）。因此它比 RGB 颜色模 型具有更好的视觉效果。H、S 和 V 三个分量取值范围都是 01.0. H：从色彩来说基本经过红、黄、绿、蓝绿、蓝、紫到 红，因此红对应了 0 和 1 值。S：对应于色调种类从不饱和 （灰度梯度）到全饱和（无白色）；V：对应于色彩由暗变 亮。 (4) YCbCr 模型 YCbCr 模型是数字视频中常用的颜色模型。Y 表示亮度 信号，亮度信息存储在 Y 中，色度信息存储在 Cb、Cr 中。 Cb 表示绿色色度分量；Cr 表示红色色度分量。 2、彩色转换函数 RG B NTSCHSVYCbCr 08-13 (1) RGB 颜色空间转换到 NTSC 颜色空间 【格式】YIQMAP=rgb2ntsc(RGBMAP) 【说明】将 RGB 色表转换为 YIQ 色表 【输入】RGBMAP 为 double 类型 【输出】YIQMAP 为 double 类型 【格式】YIQ=rgb2ntsc(RGB) 【说明】表示将 RGB 图像转换为 NTSC 图像 【输入】RGB 为 double、uint8 或 uint16 类型 【输出】YIQ 为 double 类型 【例】 CLF,RGB=imread('flowers.tif'); YIQ=rgb2ntsc(RGB); subplot(2,3,1);subimage(RGB);title('RGB 图像') subplot(2,3,3);subimage(mat2gray(YIQ);title('NTSC 图像') subplot(2,3,4);subimage(mat2gray(YIQ(:,:,1);title('Y 分量') subplot(2,3,5);subimage(mat2gray(YIQ(:,:,2);title('I 分量') subplot(2,3,6);subimage(mat2gray(YIQ(:,:,3);title('Q 分量') 08-14 RGB 图 像 100200300400500 100 200 300 NTSC 图 像 100200300400500 100 200 300 Y 分 量 100200300400500 100 200 300 I分 量 100200300400500 100 200 300 Q分 量 100200300400500 100 200 300 (2) NTSC 颜色空间转换到 RGB 颜色 【格式】RGBMAP=ntsc2rgb(YIQMAP) 【说明】将 YIQ 色表转换为 RGB 色表 【输入】YIQMAP 为 double 类型 【输出】RGBMAP 为 double 类型 【格式】RGB=ntsc2rgb(YIQ) 【说明】表示将 YIQ 图像转换为 RGB 图像 【输入】YIQ 为 double 类型 【输出】RGB 为 double 类型 【例】 CLF,load trees; YIQMAP=rgb2ntsc(map); map1=ntsc2rgb(YIQMAP); YIQMAP=mat2gray(YIQMAP); 08-15 Ymap=YIQMAP(:,1),YIQMAP(:,1),YIQMAP(:,1); Imap=YIQMAP(:,2),YIQMAP(:,2),YIQMAP(:,2); Qmap=YIQMAP(:,3),YIQMAP(:,3),YIQMAP(:,3); subplot(2,3,1);subimage(X,map);title('原始图像') subplot(2,3,2);subimage(X,YIQMAP);title('转换图像') subplot(2,3,3);subimage(X,map1); title('还原图像') subplot(2,3,4);subimage(X,Ymap); title('NTSC 的 Y 分 量') subplot(2,3,5);subimage(X,Imap); title('NTSC的 I 分量 ') subplot(2,3,6);subimage(X,Qmap);title('NTSC 的 Q 分 量') 原 始 图 像 100200300 50 100 150 200 250 转 换 图 像 100200300 50 100 150 200 250 还 原 图 像 100200300 50 100 150 200 250 NTSC 的 Y分 量 100200300 50 100 150 200 250 NTSC 的 I分 量 100200300 50 100 150 200 250 NTSC 的 Q 分 量 100200300 50 100 150 200 250 (3) rgb2hsv 08-16 (4) hsv2rgb (5) rgb2ycbcr (6) ycbcr2rgb 三、纹理映射 使用 imshow 命令时，MATLAB 通常以二维视图形式显 示一幅图像。 纹理映射使用 WARP 命令通过插值的方法将一 幅图像映射到一个曲面网格上。 纹理映射是一种将二维图像映射到三维图形表面的一种 技术。Warp 函数是通过插值实现图像的纹理映射，显示在 三维空间中。 格式如下： WARP(X,MAP)将索引图像显示在缺省表面上 WARP(I,N)将灰度图像显示在缺省表面上 WARP(BW)将二值图像显示在缺省表面上 WARP(RGB)将真彩图像显示在缺省表面上 WARP(z,.)将图像显示 z 表面上 WARP(x,y,z,.) 将图像显示（x,y,z）表面上 H = WARP(.)返回图像的句柄 输入图像的数据格式可以是 logical、uint8、uint16 或 double 类型。 08-17 【例】 x,y,z=cylinder; I=imread('FLOWERS.TIF'); warp(x,y,z,I); 【例】 X,Y,Z=ELLIPSOID(0,0,0,1,2,3,50); SURF(X,Y,Z); RGB=IMREAD('FLOWERS.TIF'); WARP(X,Y,Z,RGB); 08-18 P=PEAKS(50); RGB=IMREAD('greens.jpg'); WARP(P,RGB);