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1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-----傾情為你奉上 第十章 彩色感知 　　前面幾章主要討論了二維數(shù)字圖像，圖像的灰度值一般表示光強(qiáng)，光強(qiáng)是兩個(gè)空間變量的函數(shù)．實(shí)際上，光是由不同波段的光譜組成的，一幅圖像常常對(duì)應(yīng)一個(gè)波段或多個(gè)波段光譜樣本，因此，圖像灰度值是兩個(gè)空間變量和一個(gè)光譜變量的函數(shù)．我們稱這樣的圖像為多光譜圖像(multi-spectral image)，其中的每一個(gè)波段稱為一個(gè)通道．比如，氣象衛(wèi)星獲取的云圖，其波段是紅外波段；扇形束Ｂ型超聲診斷儀輸出的圖像，其波段是超聲波段．通常進(jìn)入我們眼睛的光是由各種波段的光組成的混合光，很少是純粹的單一波段的光．單色光只有在人工實(shí)驗(yàn)室條件下，利用單色儀或單色濾

2、光片才能觀察到．混合光中各種波長(zhǎng)光的量的比例不同而會(huì)呈現(xiàn)不同的顏色，例如，短波光能量較大時(shí)呈現(xiàn)藍(lán)色，長(zhǎng)波光能量較大時(shí)則呈現(xiàn)紅色． 場(chǎng)景或物體的顏色是由照射光源的光譜成分、光線在物體上反射和吸收的情況決定的．比如，一個(gè)藍(lán)色物體在日光下觀察呈現(xiàn)藍(lán)色，是由于這個(gè)物體將日光中的藍(lán)光反射出來(lái)，而吸收了光譜中的其它部分的光譜．而同樣的藍(lán)色物體，在紅色的光源照射下，則呈現(xiàn)紅紫色．對(duì)于機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)，彩色圖像還與成象系統(tǒng)敏感器的光譜響應(yīng)有關(guān)． 本章的討論中，假設(shè)表面是不透明的，場(chǎng)景表面上一點(diǎn)的位置由圖像平面坐標(biāo)表示．由于我們?cè)诒菊乱恢笔褂靡杂^察者為中心的坐標(biāo)系，所以圖像平面坐標(biāo)系中的上標(biāo)撇將

3、被省略． 10.1 三色原理 　　我們知道，可見(jiàn)光的波長(zhǎng)分布在380到780之間，人的顏色感覺(jué)是不同波長(zhǎng)的可見(jiàn)光刺激人的視覺(jué)器官的結(jié)果．在可見(jiàn)光的波段內(nèi)，隨著波長(zhǎng)的增長(zhǎng)，使人產(chǎn)生紫、藍(lán)、青、綠、黃、橙、紅等顏色的感覺(jué)．我們知道，人的視網(wǎng)膜上有兩類細(xì)胞：桿體細(xì)胞和錐體細(xì)胞．桿體細(xì)胞靈敏度高，能感受微弱的光；錐體細(xì)胞靈敏度低，但能很好地區(qū)分顏色．為了解釋視覺(jué)對(duì)顏色的感知能力，美國(guó)物理學(xué)家T．Young 1801年提出三色假說(shuō)，后來(lái)由Helmholtz加以發(fā)展，形成著名的Young-Helmholtz三色學(xué)說(shuō)．三色假說(shuō)的中心內(nèi)容是：假設(shè)有三種視覺(jué)(錐體)感受器，分別對(duì)紅、綠、藍(lán)三種顏色敏感；當(dāng)光

4、線同時(shí)作用在這三種感受器上時(shí)，三個(gè)感受器產(chǎn)生的興奮程度不同；不同興奮程度的組合將產(chǎn)生不同的顏色感覺(jué)，三種感受器處于等強(qiáng)度興奮時(shí)，便產(chǎn)生白色的感覺(jué)．現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展充分證實(shí)了三色假說(shuō)的合理性．比如，采用反射分光光度法、顯微分光光度法和單細(xì)胞電生理學(xué)方法證實(shí)，人類視網(wǎng)膜中確實(shí)含有三種不同的光敏感性視色素．在光照射下，它們吸收某些波長(zhǎng)的光而反射另一些波長(zhǎng)的光，每一種錐體細(xì)胞色素對(duì)光譜不同部位的敏感性是不同的。根據(jù)[Wald 1964]對(duì)人類色彩視覺(jué)的研究結(jié)果，三種錐體細(xì)胞的光譜吸收的峰值分別在、和左右，這三個(gè)區(qū)間分別對(duì)應(yīng)紅、綠和藍(lán)波段，如圖10．1所示．由于這個(gè)原因，這三種顏色被稱為人類視覺(jué)的三基色。

5、實(shí)踐證明，光譜上的大多數(shù)顏色都可以用紅(Red)、綠(Green)、藍(lán)(Blue)三種單色加權(quán)混合產(chǎn)生，基于RGB三基色的顏色表示稱為RGB顏色模型． RGB顏色模型在工業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用，如視頻監(jiān)視器顯示用的是RGB顏色模型，彩色攝象機(jī)輸出用的是RGB彩色模型． 圖10.1 三種感受器的光譜敏感示意圖[Wald,1964] 10．2 顏色模型 為了使用RGB三基色有效地描述或混合各種顏色。人們還根據(jù)RGB三基色模型提出了CMY顏色模型，XYZ顏色模型，YIQ顏色模型，HSV顏色模型，HLS顏色模型等，以適應(yīng)不同應(yīng)用的需求。下面將簡(jiǎn)要介紹這些模型的特點(diǎn)及其相互轉(zhuǎn)換表

6、示． 10.2.1 　RGB和CMY顏色模型 　　根據(jù)RGB三基色原理，各種顏色的光都可以由紅、綠和藍(lán)三種基色加權(quán)混合而成，這可以用圖10.2所示的RGB直角坐標(biāo)定義的單位立方體來(lái)說(shuō)明．坐標(biāo)原點(diǎn)（0，0，0）表示黑色，坐標(biāo)點(diǎn)（1,1,1）表示白色，在坐標(biāo)軸上的三個(gè)頂點(diǎn)表示RGB 三個(gè)基色．因此，彩色空間是三維的線性空間，任意一種具有一定亮度的顏色光都可用空間中的一個(gè)點(diǎn)或一個(gè)向量表示．因此我們可以選擇具有確定光通量的紅、綠、藍(lán)三基色作為這三維空間的基，這樣組成的表色系統(tǒng)稱為RGB表色系統(tǒng)．國(guó)際公認(rèn)的RGB表色系統(tǒng)的三基色光的波長(zhǎng)為,，．在RGB表色系統(tǒng)中，標(biāo)準(zhǔn)白光的RGB光通量按以下比例

7、混合而成： 　　　　　　?。?0.1） 通常把光通量為1流明的紅光，流明的綠光，流明的藍(lán)光作為三基色的“單位基色量”，用(R)、(G)、(B)表示．因此，任何一種具有一定亮度的彩色光的光通量為： (10.2) 其中為每種原基色的比例系數(shù)．例如，對(duì)某種藍(lán)綠色，可以用下式表示： (10.3) 上式表示彩色光的明亮程度．顯然，光的色度只取決于之間的比例關(guān)系．如果不考慮光的亮度，只對(duì)色度感興趣，則只要知道的相對(duì)值即可．因此可以令： 　　　　　　　　　　?。?0．4） 稱為色度坐標(biāo)．由于＝１，因此只有

8、兩個(gè)色度坐標(biāo)是獨(dú)立的，這也說(shuō)明色度空間是二維的．圖10．2是一個(gè)以為色度坐標(biāo)給出的表色系統(tǒng)的色度圖，標(biāo)準(zhǔn)白光位于． 圖10.2 RGB單位立方體 圖10.3 MCY單位立方體 圖10.4 色度圖 　　從圖10.2可知，在坐標(biāo)軸上的三個(gè)頂點(diǎn)表示RGB 三個(gè)基色，各種顏色的光都可以由紅、綠和藍(lán)三種基色加權(quán)混合而成．顯然，另外三個(gè)頂點(diǎn)：青(Cyan)，品紅(Magenta)，黃(Yellow)和RGB一樣，也可構(gòu)成一組基色，稱為CMY顏色模型，各種顏色的光都可以由CMY三種基色加權(quán)混合而成．在實(shí)際應(yīng)用中，RGB顏色模型用于磷粉屏幕的

9、顏色生成，是一個(gè)由黑到白的過(guò)程，稱為增色處理．CMY顏色模型主要用來(lái)描述繪圖和打印彩色輸出的顏色，因?yàn)檫@類彩色的形成是在白紙或其它印刷介質(zhì)上生成的，是一個(gè)由白到黑過(guò)程，稱之為減色過(guò)程．圖10.3表示CMY模型的單位立方體．使用CMY的打印處理通常需要四個(gè)墨點(diǎn)的集合來(lái)產(chǎn)生顏色點(diǎn)，CMY三基色各對(duì)應(yīng)一個(gè)墨點(diǎn)，黑色對(duì)應(yīng)第四個(gè)墨點(diǎn)．這是因?yàn)镃MY三基色混合僅能生成深灰色，所以黑色應(yīng)單獨(dú)作為一個(gè)墨點(diǎn)．這在某種程度上與RGB監(jiān)視器使用的三個(gè)磷粉點(diǎn)的集合是一樣的．顯然，RGB和CMY之間的關(guān)系如下： （10.5） 10.2.2 CIE-XYZ顏色模型

10、 　　由圖10.4可見(jiàn)，使用RGB模型生成顏色時(shí)，用于產(chǎn)生顏色的原基色比例系數(shù)出現(xiàn)負(fù)值，使用起來(lái)十分不便．同時(shí)，不同研究者所用的三基色和標(biāo)準(zhǔn)白色不同，使得研究結(jié)果很難比較．因此，1931年國(guó)際照明委員會(huì)CIE (Commission Internationale del Elairage—the International Commission on Illumination)規(guī)定了一種新的顏色表示系統(tǒng)，定義為CIE-XYZ顏色模型．XYZ顏色模型把彩色光表示為： 　　 　　　　　　（10.6） 其中，是XYZ顏色模型的基色量，為三色比例系數(shù)． XYZ表色系統(tǒng)須滿足如下三個(gè)條件：

11、 1. 三色比例系數(shù)皆大于零； 2. Y的數(shù)值正好是彩色光的亮度； 3. 當(dāng)時(shí)仍然表示標(biāo)準(zhǔn)白光． 根據(jù)以上條件，可以得到RGB顏色模型與XYZ顏色模型的關(guān)系式． 　　　　　　　（10.7） 對(duì)XYZ顏色模型的三基色規(guī)范化，得到如下色度坐標(biāo)： (10.8) 　　CIE色度圖見(jiàn)圖10.5．曲線上的點(diǎn)是電磁光譜中的純彩色，按波長(zhǎng)的順序從光譜的紅色端到紫色端方向來(lái)標(biāo)明．連接紅色和紫色光譜點(diǎn)的直線稱為紫色線，它并不屬于光譜．色度圖中內(nèi)部的點(diǎn)表示所有可能的可見(jiàn)顏色組合，其中點(diǎn)對(duì)應(yīng)于，表示白色．在實(shí)際中，C點(diǎn)通常作為白光源或日光色度的近似值

12、． 色度圖中的顏色范圍可以表示成直線段或多邊形．圖10.6 中從和連線上所有顏色可通過(guò)混合適量的和顏色而得到．由于兩點(diǎn)的顏色范圍是一條直線，一對(duì)互補(bǔ)色在色度圖上一定表示成位于的相反方向且用連接的一直線連接的兩點(diǎn)，即用一定量的和就可得到白色．將與的連線延伸到與色度圖相交于，顏色就可以表示成白光與光譜顏色的加色混合．因此，的主波段是．對(duì)于，其主波段點(diǎn)位于紫色線上．由于紫色線不在可見(jiàn)光譜中，因此需要將與連線向相反方向延伸，與色度圖相交于，則顏色就可以表示成白光與光譜顏色補(bǔ)點(diǎn)的減色混合． 三點(diǎn)的顏色范圍是由該三點(diǎn)連成的三角形，圖15.7是由RGB三基色構(gòu)成的顏色三角形．由圖可見(jiàn)，三基色只能產(chǎn)生三角

13、形內(nèi)部或邊上的顏色，而無(wú)法產(chǎn)生三角形以外的顏色．因此，色度圖可以幫助我們理解為什么任何一種三基色組可以通過(guò)加色混合生成所有的顏色． R G B NTSC制式 (0.670,0.323) (0.214,0.710) (0.140,0.084) PAL制式 (0.640,0.330) (0.290,0.600,) (0.150,0.060) CIE模型 (0.735,0.265) (0.274,0.717) (0.167,0.009) 彩色監(jiān)視器 (0.628,0.346) (0.268,0.588) (0.150,0.070) 圖

14、10.5 CIE1931年色度圖 圖10.6 用色度圖確定色彩示意圖 10.2.3 NTSC－YIQ表色模型 RGB工業(yè)監(jiān)視器要求一幅彩色圖像由分開的RGB信號(hào)組成，而電視監(jiān)視器需要混合信號(hào)輸入．為此，美國(guó)國(guó)家電視系統(tǒng)委員會(huì)（National Television System Committee，NTSC）采用YIQ彩色模型，其主要的優(yōu)點(diǎn)是可以保證彩色電視和黑白電視的兼容，即可以用彩色收看黑白電視圖像。YIQ是以CIE的XYZ顏色模型為基礎(chǔ)，其參數(shù)Y 與XYZ中的模型參數(shù)相同，是圖像的亮度信息．在沒(méi)有色度的情況下，Y也就對(duì)應(yīng)于黑白圖像，或者說(shuō)，黑白電視只接收Y信號(hào)． 由于

15、人眼對(duì)顏色的相對(duì)視見(jiàn)度不同，所以選擇三色的基色量為 因此亮度信號(hào)Y為 　　　　　　 （10.9） 規(guī)定如下色差信號(hào)： 　　 (10.10) 由此可見(jiàn)，在色度圖上，參數(shù)I包含有橙－青顏色信息，參數(shù)Q包含有綠－品紅顏色，I 和Q混合可以提高顏色的色調(diào)和飽和度． 將(10.9)和(10.10)結(jié)合起來(lái)得到Y(jié)IQ與RGB間的轉(zhuǎn)換關(guān)系為： 　　　 　　?。?0.11） 這里的RGB是NTSC制式RGB． 10.3　顏色的視覺(jué)處理 10.3.1 顏色的三個(gè)基本屬性 從視覺(jué)的角度來(lái)講，顏色可分為彩色和非彩色兩大

16、類。非彩色是指黑色、白色及其兩者之間深淺不同的灰色，稱為非彩色或無(wú)色系列(achromatic series)。彩色系列或有色系列(chromatic series)是指除了白色系列以外的各種顏色．為了定量地描述顏色對(duì)人眼的視覺(jué)作用，可以選用亮度(?brightness)、色調(diào)(hue)、色飽和度(saturation)這三個(gè)與視覺(jué)特征有關(guān)的量來(lái)計(jì)算描述，這三個(gè)量稱為顏色的三個(gè)基本屬性．色調(diào)是由物體反射光線中占優(yōu)勢(shì)的波長(zhǎng)來(lái)決定的，不同的波長(zhǎng)產(chǎn)生不同的顏色感覺(jué)，如紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫等．色調(diào)是彩色的最重要的屬性，是決定顏色本質(zhì)的基本特性．顏色的飽和度是指一個(gè)顏色的鮮明程度，飽和度越高，顏色

17、越深，如深紅，深綠．在物體反射光的組成中，白色光愈少，則其色飽和度愈大．在顏色中加上白色或灰色愈多，其飽和度就愈小．亮度是指刺激物的強(qiáng)度作用于感受器所發(fā)生的效應(yīng)，其大小是由物體反射系數(shù)來(lái)決定，反射系數(shù)越大，物體的亮度愈大，反之愈?。? 人眼大概能識(shí)別128不同的色調(diào)和 130種不同的色澤（色飽和度級(jí)）．根據(jù)不同的色調(diào)，還可以識(shí)別若干種明暗，比如對(duì)于黃色，可以分辨出23種明暗級(jí)，對(duì)于藍(lán)色，則可分辨出16種明暗級(jí)．因此，人眼可以識(shí)辨出大約種不同的顏色，對(duì)于機(jī)器視覺(jué)來(lái)說(shuō)，128不同的色調(diào)和8種不同的色飽和度級(jí)，16種明暗級(jí)基本上滿足應(yīng)用需求． 10.3.2 HSV顏色感知模型 　　色度表示彩色分

18、量是獨(dú)立于光通量的．兩種彩色，比如深綠和淺綠，可能看起來(lái)不同，但實(shí)際上具有相同的波段相對(duì)分布．如果光譜分布按一個(gè)比例常數(shù)增減，彩色會(huì)變深或變淺，但光譜分布的形狀不變，色調(diào)（主波段）和色飽和度（主波段的相對(duì)量）也就不變． 我們來(lái)回顧一下圖10.5，感覺(jué)意義顯著的色度位于的舌形區(qū)域內(nèi)．從白光點(diǎn)畫一條線，經(jīng)過(guò)某一彩色點(diǎn)，再到色度圖邊界位置，我們可以認(rèn)為彩色的色度是由白光和純光譜色調(diào)相加混合而成： （10.12） 其中S為長(zhǎng)度與的比值，定義為色飽和度，控制白色和色調(diào)的相對(duì)比例． 將色調(diào)、色飽和度和亮度編碼成RGB彩色值，不利于在機(jī)器

19、視覺(jué)算法中使用．比如，識(shí)別不同顏色物體的簡(jiǎn)單方法是使用物體的色調(diào)特征，但是，這些色調(diào)在RGB空間位于何處？對(duì)應(yīng)于RGB空間不同區(qū)域的物體表面形狀是什么？將色調(diào)閾值應(yīng)用于圖像RGB空間的公式是什么？這些問(wèn)題在RGB空間中是很難回答的．但將RGB值轉(zhuǎn)化為色調(diào)、色飽和度和亮度時(shí)，問(wèn)題就變得十分簡(jiǎn)單了．按照色調(diào)（Hue）、色飽和度(Saturation)和明度值（Value）)建立的HSV彩色模型就是其中的一種方法，有的書不用明度值，而用光強(qiáng)(Intensity)，HSV也用HSI來(lái)代替. 下面討論如何將圖像的RGB表示轉(zhuǎn)換為HSV彩色表示。 圖10.7 HSV顏色三角形 一個(gè)圖像的R

20、GB成分可以轉(zhuǎn)換為HSV彩色表示．假設(shè)RGB成分已經(jīng)被歸一化（見(jiàn)式10.4），使得公式推導(dǎo)過(guò)程與度量單位無(wú)關(guān)．的所有可能值形成的軌跡是RGB空間正象限的三角形，其頂點(diǎn)為，和，如圖10.7．設(shè)三角形上的點(diǎn)表示空間上的某一顏色的位置，是到三角形上P點(diǎn)的向量，是到表示白色的三角形中心的點(diǎn)的向量，是到全色飽和紅色對(duì)應(yīng)的三角形頂點(diǎn)的向量．色調(diào)H是向量到向量的夾角，從三角形遠(yuǎn)離原點(diǎn)的一邊按逆時(shí)針?lè)较颦h(huán)繞三角形，這是右手法則，大拇指沿三角形法線指向遠(yuǎn)離原點(diǎn)的方向． (10.13) 色調(diào)的余弦值是 (10.14)

21、 　　到三角形中心的向量的值為．向量的幅值為 (10.15) 因?yàn)?，因此，的幅值? (10.16) 和的點(diǎn)積是 (10.17) 將上式的值除以和，并將方程10.4代入，可以從R、G、B值得到簡(jiǎn)化的計(jì)算色調(diào)方程： (10.18) 為了在0到360度的范圍內(nèi)得到色調(diào)值，有必要從360中減去H（當(dāng)）．雖然這個(gè)推導(dǎo)是從歸一化RGB值開始，但是方程10.18可用于任何尺度的RGB值，這是因?yàn)榉肿雍头帜钢芯哂邢嗤某叨纫蜃?，可以在?jì)算中消除． 色飽和度是指空間三角

22、形到白色的距離相對(duì)于白色到具有相同色度的全色飽和色的距離而言的．全色飽色位于三角形的邊上．三角形中點(diǎn)經(jīng)過(guò)彩色點(diǎn)與三角形邊緣的交點(diǎn)為，則色飽和度是一個(gè)距離比值:： 　　　　　　　　　　　　　　　(10.19) 　　色飽和度方程為： (10.20) 這一推導(dǎo)是由Gonzalez和Woods提供[Gonzalez 1992]． 10.3.3　HLS顏色感知模型 方程10.18，10.19和10.8能用來(lái)將來(lái)自彩色圖像獲取系統(tǒng)中的RGB圖像轉(zhuǎn)化為HSV表示，以便于進(jìn)行進(jìn)一步的處理．當(dāng)色飽和度值為零時(shí)，色調(diào)不需要定義，也就是指沿HSV立體圖的軸心線

23、上的任何彩色．當(dāng)光強(qiáng)值V＝0時(shí)，色飽和度值無(wú)需定義． 使用RGB到HSV的變換來(lái)將彩色圖像轉(zhuǎn)化成適應(yīng)于機(jī)器視覺(jué)的形式．灰度算法可以在HSV表示的V分量上來(lái)完成．分割可以在H分量上完成，以便用不同的色調(diào)區(qū)分不同物體．但是，當(dāng)色飽和度值很低時(shí)，用色度來(lái)區(qū)分物體是不可靠的，所以必須修正分割算法以便將低色飽和度值的像素留下，等待進(jìn)一步處理．區(qū)域生長(zhǎng)算法可以利用色調(diào)閾值來(lái)形成核心區(qū)域，將低色飽和度值或是在閾值邊界外的未定義的像素點(diǎn)留下．通過(guò)分配像素來(lái)進(jìn)行區(qū)域增長(zhǎng)的算法沒(méi)有任何變化． 更一般的算法是使用將色調(diào)、色飽和度和光強(qiáng)的閾值將HSV立體空間分成若干區(qū)域．這些閾值用HSV表示比成象系統(tǒng)提供

24、的RGB表示更容易公式化和應(yīng)用． 10.4彩色不變性 室外光線的彩色成分變化非常大，但人卻能正確的感知場(chǎng)景中物體的顏色，并且在大部分情況下不依賴于環(huán)境照明的顏色，這種現(xiàn)象叫彩色不變性(color constancy)． 環(huán)境光的光譜分布描述了在每個(gè)波段上的能量．假定場(chǎng)景表面是不透明的，場(chǎng)景中的坐標(biāo)值就能用圖像平面中對(duì)應(yīng)點(diǎn)的坐標(biāo)來(lái)確定．在波段上的光從表面點(diǎn)處反射的部分是．到達(dá)圖像上每一點(diǎn)的光是由照在場(chǎng)景表面的環(huán)境光的光譜分布和光在不同波段上的反射部分來(lái)確定： (10.21) 假設(shè)在每個(gè)圖像位置上有個(gè)傳感器，每個(gè)傳感

25、器有不同的光譜響應(yīng)函數(shù)，傳感器的光譜響應(yīng)．在處的每個(gè)傳感器采樣不同分布的光譜： (10.22) 對(duì)應(yīng)于圖像平面點(diǎn)的場(chǎng)景表面上一點(diǎn)的彩色（光譜反射）信息由該處個(gè)傳感器編碼，得到個(gè)編碼值．彩色不變性是傳感器響應(yīng)，恢復(fù)場(chǎng)景表面光譜反射的問(wèn)題，而獨(dú)立于環(huán)境照明的光譜分布． 原則上，彩色不變性問(wèn)題可以表示為有限維線性空間中的逆問(wèn)題，并可通過(guò)矩陣方法求解．假定表面反射是基函數(shù)的線性組合， (10.23) 基函數(shù)的數(shù)量是表面反射自由度的數(shù)目．假定基函數(shù)已知，僅用三個(gè)基函數(shù)的線性模型足以表示典型的表面反射． m個(gè)自由度的

26、線性模型表示環(huán)境照明如下： (10.24) 假定基本光源（basic light）的光譜分布已知，則只需三個(gè)或四個(gè)基本光源就可以建立不同氣候條件和不同時(shí)間的自然光模型． 彩色確定問(wèn)題可以用矩陣形式表示．m個(gè)值組成列向量，個(gè)值組成列向量，將這些列向量代入方程10.22，得到圖像中每個(gè)像素的矩陣模型： (10.25) 照明矩陣是一個(gè)矩陣，第(i,j)項(xiàng)的值是： (10.26) 如果環(huán)境照明已知，那么照明矩陣也已知．如果

27、傳感器數(shù)目等于表面反射的自由度數(shù)目，即，那么可以求取照明矩陣的逆，以便得到圖像上每一點(diǎn)的表面光譜反射特性系數(shù)，該系數(shù)表征了場(chǎng)景相應(yīng)點(diǎn)的色彩． 如果環(huán)境照明未知，則需要傳感器數(shù)目多于表面反射自由度數(shù)目才能求解此問(wèn)題．由于假設(shè)環(huán)境照明對(duì)場(chǎng)景中所有點(diǎn)都一樣，因此可以用多個(gè)場(chǎng)景點(diǎn)上的信息來(lái)計(jì)算環(huán)境照明．假定．從個(gè)不同的空間點(diǎn)上，可得到個(gè)不同的測(cè)量值．這里有個(gè)表面反射未知數(shù)和個(gè)環(huán)境光譜未知數(shù)．因此，必須在時(shí)取樣才能得到比未知數(shù)更多的數(shù)據(jù)．這一分析意味著如果有個(gè)敏感器，就可以在不知道環(huán)境光線的情況下求解彩色不變性問(wèn)題． 矩陣將維的表面空間映射到維的敏感器空間．例如，當(dāng)，時(shí)，子空間就是三

28、維空間中的一個(gè)平面．這意味著下面的確定表面反射性的兩步算法不依賴于環(huán)境照明： 1． 確定覆蓋傳感器空間數(shù)據(jù)點(diǎn)的平面（子空間），以恢復(fù)環(huán)境照明向量． 2． 從環(huán)境照明向量確定照明矩陣，再求的逆來(lái)得到表面反射向量s． 思考題 10.1 如何表示圖像中一點(diǎn)的彩色值？照明在彩色圖像中起什么作用？ 10.2 如何用圖像的形式表示彩色圖像？為什么選擇特定頻率的電磁波譜用于彩色視覺(jué)？指出用于定義一點(diǎn)特性的基本顏色． 10.3 色調(diào)、色飽和度和亮度的定義是什么？在表征圖像一點(diǎn)顏色時(shí)，哪一個(gè)最重要，為什么？ 10.4 如何從RGB特征中計(jì)算HSV特征？為什么人們?cè)敢鈱⒁环N數(shù)據(jù)表示形式轉(zhuǎn)換為

29、另一種形式？ 10.5 在機(jī)器視覺(jué)中，哪一種彩色表示更實(shí)用？試證實(shí)你的觀點(diǎn)． 10.6 設(shè)計(jì)一個(gè)用來(lái)檢測(cè)彩色圖像顯著邊緣的邊緣檢測(cè)器．你如何將不同通道的輸出組合起來(lái)以便得到彩色圖像的邊緣？ 10.7 什么是彩色的減性模型和加性模型？哪一種模型更適合用于顯示、圖片和打印場(chǎng)合？為什么？ 10.8 什么是HSV立體空間？它用在彩色處理的什么方面，如何使用？ 10.9 定義和解釋彩色不變性．機(jī)器視覺(jué)相同可以顯示彩色不變性嗎？ 10.10 為什么彩色在機(jī)器視覺(jué)中用得不是很普遍？你是否認(rèn)為彩色機(jī)器視覺(jué)的應(yīng)用在不斷增加？如果是這樣，請(qǐng)問(wèn)它的主要應(yīng)用是什么？ 上機(jī)練習(xí)題 10．1 通過(guò)彩色攝象機(jī)獲取一幅人臉的彩色圖像。編制一個(gè)程序?qū)崿F(xiàn)人臉膚色匹配，并把人臉從圖像背景中分割出來(lái)。（參見(jiàn)文獻(xiàn)[冷 1998，Yang 1996]）. 專心---專注---專業(yè)