彩色图像增强 彩色增强技术

文章目录

• 1. 肉眼对色彩的辨别
• 2. 彩色增强技术

• 2.1. 伪彩色处理

• 2.1.1. 灰度分层法
• 2.1.2. 灰度变换法

• 2.2. 假彩色处理

• 2.2.1. 将景物映射成奇异的色彩，提高其关注度
• 2.2.2. 适应人眼对颜色的灵敏度，提高鉴别能力
• 2.2.3. 遥感多光谱图像处理成假彩色，以获得更多信息

1. 肉眼对色彩的辨别

人的肉眼可分辨的灰度级在十几到二十几之间，却能区分几千种不同色度、不同亮度的色彩。可以说人眼对彩色的分辨力可以达到灰度分辨力的百倍以上。

将灰度图像转换为彩色图像，或改变已有彩色的分布，会改善图像的可视性，是从可视角度实现图像增强的有效方法之一。

2. 彩色增强技术

目前彩色增强技术分为两大类：

1. 伪彩色处理(pseudo color)：把灰度图像处理成伪彩色图像
2. 假彩色处理(false color)：把自然彩色图像或遥感多光谱图像处理成假彩色图像

2.1. 伪彩色处理

伪彩色图像处理针对灰度图像提出，其目的是将灰度图像$F(x,y)$的不同灰度级按照线性或非线性映射成不同的彩色，以提高图像内容的可辨识度

主要有两种方法

2.1.1. 灰度分层法

对原图像在不同的灰度等级区间的像素赋予不同的彩色
$f(x,y)=C_i，l_{i-1}\leqslant f(x,y)\leqslant l_i，i=1,2,...,n$用$n$个水平平面切割图像，得到$n$个不同灰度区间$L_1,L_2,...,L_n$，对每一层灰度区间映射一种彩色，层次越多，细节越丰富，色彩越柔和

例如将下左图的灰度映射到深蓝色-红色区间，明显提高了图像的辨识度：

2.1.2. 灰度变换法

对原图像中像素的灰度等级用不同的映射函数映射到不同的彩色通道，然后再把RGB三个颜色通道合成到一张彩色图像
$R(x,y)=T_R[f(x,y)]$$G(x,y)=T_G[f(x,y)]$$B(x,y)=T_B[f(x,y)]$

例如将灰度映射到RGB彩色通道得到的彩色图三原色曲线：

2.2. 假彩色处理

假彩色处理的目的是将真实的自然彩色图像或遥感多光谱图像处理成假彩色图像。处理的对象是三基色描绘的自然图像或同一景物的多光谱图像。

用途多为：

2.2.1. 将景物映射成奇异的色彩，提高其关注度

$\begin{bmatrix} R_g \\ G_g \\ B_g \\ \end{bmatrix}=\begin{bmatrix} \alpha_1 & \beta_1 & \gamma_1 \\ \alpha_2 & \beta_2 & \gamma_2 \\ \alpha_3 & \beta_3 & \gamma_3 \\ \end{bmatrix}\begin{bmatrix} R_f \\ G_f \\ B_f \\ \end{bmatrix}$
例如：$\begin{bmatrix} R_g \\ G_g \\ B_g \\ \end{bmatrix}=\begin{bmatrix} 0 & 0 & 1 \\ 1 & 0 & 0 \\ 0 & 1 & 0 \\ \end{bmatrix}\begin{bmatrix} R_f \\ G_f \\ B_f \\ \end{bmatrix}\Leftrightarrow \begin{cases} R_g=B_f \\ G_g=R_f \\ B_g=G_f \\ \end{cases}$

2.2.2. 适应人眼对颜色的灵敏度，提高鉴别能力

人眼对绿色亮度响应最灵敏，可把细小物体映射成绿色，以提高分辨率。人眼对蓝光的强弱对比灵敏度最大，可把细节丰富的物体映射成深浅与亮度不一的蓝色

例如夜视仪就是把红外光谱映射成绿色，利于夜间视物

2.2.3. 遥感多光谱图像处理成假彩色，以获得更多信息

多光谱图像中，非可见光波段往往包含了可见光波段不包含的信息。如红外波段，它具备全天候的探测能力，将可见光图像与红外图像结合起来，可以确保图像资料的连续性，图像资料内容的丰富性。

将遥感$n$波段图像处理成假彩色图像：$R_g=T_R[f_1,f_2,...,f_n]$$G_g=T_G[f_1,f_2,...,f_n]$$B_g=T_B[f_1,f_2,...,f_n]$其中$f_i，i=1,2,...,n$表示不同频率或波长的电磁波对用一个区域进行成像得到的图像

例如下图将三个波段的遥感图像处理成假彩色图像