MATLAB学习笔记 彩色空间转换

彩色空间转换

我们之前都是对RGB图像对彩色图像进行操作（间接或直接），很少用到其他的彩色空间，这章我们学习从RGB变换得到的彩色空间（彩色模型）。
这些彩色空间包括NTSC、YCbCr、HSV、CMY、CMYK、HSI。

NTSC彩色空间

NTSC彩色模型为模拟电视， 分为三个分量，YIQ ，分为别亮度，色调， 对比度（就是我们常常调自己家电视的亮度、色调、对比度），这个模型使得同一个信号，可以在彩色电视显示，也可以在黑白电视显示。

rgb2ntsc(image) 将RGB图像变换为NTSC

f = imread('onion.png');g = rgb2ntsc(f);subplot(1, 2, 1), imshow(f), title('RGB');subplot(1, 2, 2), imshow(g), title('NTSC');

• 输入:
  
• 输出:
  

ntsc2rgb(image) 将NTSC图像变换为RGB图像

f = imread('onion.png');g = rgb2ntsc(f);img = ntsc2rgb(g);subplot(1, 3, 1), imshow(f), title('原图');subplot(1, 3, 2), imshow(g), title('NTSC');subplot(1, 3, 3), imshow(img), title('RGB');

• 输入:
  
• 输出:
  

myRgb2ntsc(image) 自制的rgb2ntsc，将RGB变换NTSC格式

f = imread('onion.png');g = rgb2ntsc(f);img = myRgb2ntsc(f);subplot(1, 3, 1), imshow(f), title('原图');subplot(1, 3, 2), imshow(g), title('NTSC rgb2ntsc');subplot(1, 3, 3), imshow(img), title('NTSC myRgb2ntsc');

• 输入:
  
• 输出:
  

myNtsc2rgb(image) 自制的ntsc2rgb, 将NTSC变换为RGB

f = imread('onion.png');g = rgb2ntsc(f);img = myNtsc2rgb(g);subplot(1, 3, 1), imshow(f), title('原图');subplot(1, 3, 2), imshow(g), title('NTSC');subplot(1, 3, 3), imshow(img), title('RGB');

• 输入:
  
• 输出:
  

YCbCr彩色空间

YCbCr彩色模型用于数字视频中。模型分为3个分量，Y（亮度） Cb（蓝色分量和参数值的差） Cr（红色分量和参考值的差）

rgb2ycbcr(image) 将RGB图像转为YCbCr

f = imread('onion.png');g = rgb2ycbcr(f);subplot(1, 2, 1), imshow(f), title('原图');subplot(1, 2, 2), imshow(g), title('YCbCr');

• 输入:
  
• 输出:
  

ycbcr2rgb(image) 将YCbCr转为RGB

f = imread('onion.png');g = rgb2ycbcr(f);img = ycbcr2rgb(g);subplot(1, 3, 1), imshow(f), title('原图');subplot(1, 3, 2), imshow(g), title('YCbCr');subplot(1, 3, 3), imshow(img), title('RGB');

• 输入:
  
• 输出:
  

HSV彩色空间

HSV分别代表色调、饱和度、数值，该模型更加贴近人们的经验和描述彩色感觉时所采用的方式，在艺术领域，称为色泽、明暗、调色。

rgb2hsv(image) 将RGB转为HSV

f = imread('onion.png');g = rgb2hsv(f);subplot(1, 2, 1), imshow(f), title('原图');subplot(1, 2, 2), imshow(g), title('HSV');

• 输入:
  
• 输出:
  

**hsv2rgb(image) 将HSV转为RGB

f = imread('onion.png');g = rgb2hsv(f);img = hsv2rgb(g);subplot(1, 3, 1), imshow(f), title('原图');subplot(1, 3, 2), imshow(g), title('hsv');subplot(1, 3, 3), imshow(img), title('RGB');

• 输入:
  
• 输出:
  

CMY和CMYK彩色空间

该模型常常用于彩色打印。
CMY模型分为三个分量，C 青色（Cyan）、M 深红色（Magenta）、Y 黄色（Yellow）。
CMYK则是在CMY上加一个黑色

imcomplement(image) 获取图片负片, 可以实现CMY模型与RGB互换

f = imread('onion.png');g = imcomplement(f);img = imcomplement(g);subplot(1, 3, 1), imshow(f), title('原图');subplot(1, 3, 2), imshow(g), title('CMY');subplot(1, 3, 3), imshow(img), title('RGB');

• 输入:
  
• 输出:
  

HSI彩色空间

HSI模型三个分量为， H 色彩（hue）， S 饱和度（saturation）， I 强度（intensity）

rgb2hsi(image) 将rgb图像转为hsi图像

f = imread('onion.png');g = rgb2hsi(f);subplot(1, 2, 1), imshow(f), title('原图');subplot(1, 2, 2), imshow(g), title('HSI');

• 输入:
  
• 输出:
  

hsi2rgb(image) 将hsi图像变换为rgb图像

f = imread('onion.png');g = rgb2hsi(f);img = hsi2rgb(g);subplot(1, 3, 1), imshow(f), title('原图');subplot(1, 3, 2), imshow(g), title('HSI');subplot(1, 3, 3), imshow(img), title('RGB');

• 输入:
  
• 输出:
  

附录

代码

myRgb2ntsc.m

function img = myRgb2ntsc(f)    f = im2double(f);    d =  [0.229, 0.587, 0.114; 0.596, -0.274, -0.332; 0.211, -0.523, 0.312] ;    r = f(:, :, 1);    g = f(:, :, 2);    b = f(:, :, 3);    y = r * d(1, 1) + g * d(1, 2) + b * d(1, 3);    i = r * d(2, 1) + g * d(2, 2) + b * d(2, 3);    q = r * d(3, 1) + g * d(3, 2) + b * d(3, 3);    img = cat(3, y, i, q);end

myNtsc2rgb.m

function img = myNtsc2rgb(f)    f = im2double(f);    d =  [1.0, 0.956, 0.621; 1.0, -0.272, -0.647; 1.0, -1.106, 1.703];    y = f(:, :, 1);    i = f(:, :, 2);    q = f(:, :, 3);    r = y * d(1, 1) + i * d(1, 2) + q * d(1, 3);    g = y * d(2, 1) + i * d(2, 2) + q * d(2, 3);    b = y * d(3, 1) + i * d(3, 2) + q * d(3, 3);    img = cat(3, r, g, b);end

rgb2hsi.m

function hsi = rgb2hsi(image)    rgb = im2double(image);    r = rgb(:, :, 1);    g = rgb(:, :, 2);    b = rgb(:, :, 3);    num = 0.5 * ((r - g) + (r - b));    den = sqrt((r - g) .^ 2 + (r - b) .* (g - b));    theta = acos(num ./ (den + eps));    H = theta;    H(b > g) = 2 * pi - H(b > g);    H = H / (2 * pi);    num = min(min(r, g), b);    den = r + g + b;    den(den == 0) = eps;    S = 1 - 3 .* num ./ den;    H(S == 0) = 0;    I = (r + g + b) / 3;    hsi = cat(3, H, S, I);end

hsi2rgb.m

function rgb = hsi2rgb(hsi)    H = hsi(:, :, 1) * 2 * pi;    S = hsi(:, :, 2);    I = hsi(:, :, 3);    width = size(hsi, 1);    height =  size(hsi, 2);    R = zeros(width, height);    G = zeros(width, height);    B = zeros(width, height);    idx = find(0 <= H < 2 * pi / 3);    B(idx) = I(idx) .* (1 - S(idx));    R(idx) = I(idx) .* (1 + S(idx) .* cos(H(idx)) ./ cos(pi / 3 - H(idx)));    G(idx) = 3 * I(idx) - (R(idx) + B(idx));    idx = find((2 * pi / 3 <= H & H < 4 * pi / 3));    R(idx) = I(idx) .* (1 - S(idx));    G(idx) = I(idx) .* (1 + S(idx) .* cos(H(idx) - 2 * pi / 3) ./ cos(pi - H(idx)));    B(idx) = 3 * I(idx) - (R(idx) + G(idx));    idx = find((4 * pi / 3 <= H) & (H <= 2 * pi));    G(idx) = I(idx) .* (1 - S(idx));    B(idx) = I(idx) .* (1 + S(idx) .* cos(H(idx) - 4 * pi / 3) ./ cos(5 * pi / 3 - H(idx)));    R(idx) = 3 * I(idx) - (G(idx) + B(idx));    rgb = cat(3, R, G, B);    rgb = max(min(rgb, 1), 0);end