第第22章图像视觉基础与数学基础章图像视觉基础与数学基础第第22章图像视觉基础与数学基础章图像视觉基础与数学基础2.1光度学及色度学原理1.色彩的基本属性色彩是光的物理属性和人眼的视觉属性的综合反映。人眼对发光体或不发光体的色彩感觉，分别是因为不同光谱波长的辐射光或反射光刺激人眼视网膜内的感受器（视色素）使之兴奋的结果。色彩具有三个基本属性：色调、饱和度和亮度。色调是与混合光谱中主要光波长相联系的。（红绿蓝）饱和度表示颜色的深浅程度，与一定色调的纯度有关，纯光谱色是完全饱和的，随着白光的加入饱和度逐渐减少。（如深红、浅红等）亮度与物体的反射率成正比。颜色中掺入白色越多就越明亮，掺入黑色越多亮度越小。2.颜色视觉（1）颜色的基础知识颜色的本质：颜色的本质：不同频率的电磁波。人的脑和眼将不同频率的电磁波感知为不同的颜色。人感受到的不透明物体颜色主要取决于反射光的特性，如果物体比较均衡的反射各种光谱，则人看到的物体是白色的；如果物体对某些光谱反射的较多，则人看到的物体就呈现相对应的颜色。颜色与彩色：颜色与彩色：颜色可分为无彩色和有彩色两大类。无彩色：白色、黑色和各种深浅程度不同的灰色。有彩色：除去黑白系列以外的各种颜色。三基色：实验证明，任何色彩都可以由不同比例的三种独立的基本彩色型混合而得到。这三种相互独立的彩色称为三基色。相加混合法的三基色是：红、绿、蓝，它们之间的任意一组混合都可以得到一种新的彩色。光的三原色印刷三原色三原色原理三原色原理：任何颜色都可以用３种不同的基本颜色按不同的比例混合得到。标准三基色标准三基色：国际照明委员会(CIE)规定：红色(R)：波长为700nm；绿色(G)：波长为546.1nm；蓝色(B)：波长为435.8nm。红绿蓝三原色按照比例混合可以得到各种颜色，其配色方程为：其配色方程为：为三原色的权值。Ｂ代表蓝色，代表绿色，代表红色，为任意颜色，其中，，cbaGRCcbacBbGaRC,,0,,（2）颜色模型：所有颜色都可以看作3个基本颜色：红(R)、绿(G)、蓝(B)的不同组合。（i）RGB模型RGB模型面向彩色显示器或打印机等设备。RGB彩色立方体B(0,0,1)白灰黑GR(1,0,0)(0,1,0)0蓝绿红（（iiii））HSIHSI模型：模型：基于区分颜色的基于区分颜色的33种基本特征量，即：种基本特征量，即：色调（（hue)hue)饱和度(saturation)(saturation)和和亮度（（intensity)intensity)。。适合人的视觉系统。适合人的视觉系统。HSIHSI格式可以用一个圆柱体表示：圆柱体横截面格式可以用一个圆柱体表示：圆柱体横截面形成彩色环；形成彩色环；色调由角度表示色调由角度表示；；饱和度由半径上的饱和度由半径上的点至圆心的距离表示点至圆心的距离表示，圆周上的颜色其饱和度为，圆周上的颜色其饱和度为11，，圆心的饱和度为圆心的饱和度为00；；圆柱的轴线表示亮度圆柱的轴线表示亮度，底部的，底部的亮度最低，顶部的亮度最高。亮度最低，顶部的亮度最高。亮度色调饱和度HSI模型的特点：（1）亮度（I）分量与图像的彩色信息无关；反映物体的明暗程度；（2）色调（H）和饱和度（S）分量与人感受颜色的方式紧密相连。适用：借助人的视觉系统来感知彩色特性的图像处理算法，面向以彩色处理为目的的应用，如：动画中的彩色图形。212]))(()[(2)]()[(arccos)],,[min(31)(31BGBRGRBRGRHBGRBGRSBGRI（3）RGB模型与HSI模型之间转换（i）从RGB转换到HSI色度用H表示，饱和度用S表示，亮度用I表示。（ii）从HSI转换到RGB分3段：当H在[0°，120°]之间：RBIGHHSIRSIB－3)60cos(cos1)1(当H在[120°,240°]之间：GRIBHSIGSIR－－3H)cos(180)120cos(1)1(当H在[240°,360°]之间：)(3)300cos()240cos(1)1(BGIRHHSIBSIG2.22.2人眼视觉基础人眼视觉基础1.亮度和颜色感觉的视觉特性刺激强度与感觉的关系：人眼的视觉效果是由可见光刺激人眼引起的。如果光的辐射功率相同而波长不同，则引起的视觉效果也不同。例：在等能量分布的光谱中，人眼...
