彩色圖像與灰度圖像之間的轉換

一.彩色圖像簡介

在RGB色彩空間,圖像深度與色彩的映射關系主要有真彩色、偽彩色和調配色。

真彩色是指在組成一幅彩色圖像的每個像素值中，有R，G，B三個基色分量，每個基色分量直接決定顯示設備的基色強度，這樣產生的彩色稱為真彩色，是真實的原圖彩色。

偽彩色圖像的每個像素值實際上是一個索引值或代碼，該代碼值作為色彩查找表CLUT中某一項的入口地址，根據該地址可查找出包含實際R，G，B的強度值。這種用查找映射的方法產生的色彩稱為偽彩色。色彩查找表CLUT是一個事先做好的表，表項入口地址也稱為索引號。彩色圖像本身的像素數值和色彩查找表的索引號有一種變換關系，這種關系可以是系統定義的，也可以是用戶自己定義的變換關系。使用查找得到的數值顯示的彩色是真的，可又不是圖像本身的顏色，因為其沒有完全反映原圖的彩色，所以稱其為偽彩色。

調配色的獲取是通過每個像素點的R，G，B分量分別作為單獨的索引值進行變換，經相應的色彩查找表找出各自的基色強度，用變換后的R，G，B強度值產生色彩。

二.灰度圖像簡介

灰度是描述灰度圖像內容的最直接的視覺特征。它指黑白圖像中點的顏色深度，范圍一般從0到255，白色為255，黑色為0，故黑白圖像也稱灰度圖像。灰度圖像矩陣元素的取值通常為[0,255]，因此其數據類型一般為8位無符號整數，這就是人們通常所說的256級灰度。

三.彩色圖像轉化為灰度圖像

彩色圖像轉換為灰度圖像時，需要計算圖像中每個像素有效的亮度值，其計算公式為：

Y = 0.3R + 0.59G + 0.11B

代碼如下：

clear all;
close all;

I = imread('lenna.png');
[M N H] = size(I);
I2 = zeros(M, N);

for x = 1 : M
   for y = 1 : N
      A = double([I(x, y, 1) I(x, y, 2) I(x, y, 3)]);
      B = [0.3; 0.59; 0.11];
      [gray] = A * B;                                           % 計算灰度值
      I2(x, y) = gray;
   end
end

imshow(uint8(I2));

四.灰度圖像轉換為彩色圖像 

將灰度圖像轉換為彩色圖像，稱為灰度圖像的偽彩色處理。

偽彩色處理技術的實現方式有很多，如：灰度分割法、灰度級-彩色變換法、濾波法等等。以下采用的是灰度級-彩色變換法，這是將來自傳感器的灰度圖像送入三個不同特征的R、G、B變換器，然后將三種變換器的不同輸出分別送到彩色顯示器進行顯示的技術。

映射關系如下，其中R(x,y)、G(x,y)、B(x,y)分別表示R、G、B通道的顏色值，f(x,y)表示特定點灰度圖像的灰度值，f是所選灰度圖像的灰度值。

代碼如下：

clear all;
close all;

I = imread('lenna.jpg');
[M N] = size(I);
I2 = zeros(M, N, 3);

for x = 1 : M
   for y = 1 : N
      if I(x, y) <= 127                                 % R
          I2(x, y, 1) = 0;
      elseif I(x, y) <= 191
          I2(x, y, 1) = 4 * I(x, y) - 510;
      else
          I2(x, y, 1) = 255;
      end
      
      if I(x, y) <= 63                                  % G
          I2(x, y, 2) = 254 - 4 * I(x, y);
      elseif I(x, y) <= 127
          I2(x, y, 2) = 4 * I(x, y) - 254;
      elseif I(x, y) <= 191
          I2(x, y, 2) = 255;
      else
          I2(x, y, 2) = 1022 - 4 * I(x, y);
      end
      
      if I(x, y) <= 63                                 % B
          I2(x, y, 3) = 255;
      elseif I(x, y) <= 127
          I2(x, y, 3) = 510 - 4 * I(x, y);
      else
          I2(x, y, 3) = 0;
      end
   end
end

imshow(uint8(I2));