基於RGB與HSI顏色模型的圖像提取法

　　現實中我們要處理的往往是RGB彩色圖像。對其主要通過HSI轉換、分量色差等技術來提出目標。

 

RGB分量灰度化：

　　RGB可以分為R、G、B三分量。當R=G=B即為灰度圖像，很多時候為了方便，會直接利用某個分量來進行灰度化，如下圖所示：

　　　　上圖中R分量下紅色部分明顯比其他兩幅更偏白；同樣地G分量草地較淡，B分量天空較淡。其他部分如灰黑色馬路則相差不多。實際中，我們可以根據

　　需求有選擇地選擇分量。

 

RGB分量差灰度化：

　　有時候我們的要求是從圖像中提取某種顏色區域，那么最簡單的方法就是采用RGB色差。

　　例如在花束中提取紅色的花瓣，就可以采用R-G分量差（目標為紅色，干擾為G分量），或者，在土壤表面提取綠色秧苗，可以采用G-R-B分量差（G占2份，土壤可能

　　存在R,B分量干擾），下圖為提取結果：

　　

　　如果遇到更復雜的情況，可以根據目標顏色與干擾顏色設計合適的分量差。

　　

 

HSI分量灰度化：

　　　　H、S、I分別表示色調、飽和度、明度。色調指日常所說的顏色（紅，白，黑等），飽和度則表示顏色的鮮艷程度，值越大越鮮艷，明度則是顏色的明亮

　　程度。這三種屬性可以用兩個椎體表示，其中明度是豎直中心軸，在豎直方向上，明度不同；每個明度對應一個橫截面，用極坐標表示H,S，H為角度，S為模長。

　　HSI模型如圖所示：

　　

 

　　我們可以將RGB轉為HSI，相關公式有很多種，各有特點，下面介紹其中一種:

　　　　rgb_min=min(r,g,b)

　　　　rgb_max=max(r,g,b)

　　　　I=rgb_max

　　　　S=(rgb_max-rgb_min)/rgb_max

　　　　if r==rgb_max

　　　　　　H=abs(g-b)/(rgb_max-rgb_min)/3

　　　　if g==rgb_max

　　　　　　H=1/3+abs(r-b)/(rgb_max-rgb_min)/3

　　　　if  b==rgb_max

 

　　　　　　H=2/3+abs(r-g)/(rgb_max-rgb_min)/3

 

　　如此計算所得的H范圍為[0,1)，S范圍為[0,1)，I范圍[0,255]。HSI分量灰度圖如下：

　　

　　明度分量與一般灰度化效果差不多（可能灰度化可能是基於明度的），有時候利用飽和度與色調灰度號的圖像進行提取會便利很多，如下圖是基於飽和度的二值提取

　　（一般如果要基於顏色提取的化采用RGB分量色差比較好，畢竟如果要獲取較精准的飽和度信息，所用公式會比上面的復雜）：

　　

　　由於背景的飽和度較低，而目標飽和度高，而且目標由多種顏色組成，這樣如果直接基於明度的灰度化不可能提取到整個花束，而通過飽和度提取的效果就非常棒。

　　另外，也可以將HSI組合起來使用，使得特征更明顯，例如可以用飽和度與色調消除紅眼現象，具體基於HSI的算法這里就不探究了！

 

 

以上相關matlab仿真測試代碼如下：

%RGB分量差提取
imga=imread('flower.jpg');
imgb=imread('soil.jpg');
imga2=uint8(zeros(300,300));
imgb2=uint8(zeros(300,300));
for i=1:300
    for j=1:300
        r=imga(i,j,1);
        g=imga(i,j,2);
        if (r>g)
            imga2(i,j)=uint8(r-g);
        else
            imga2(i,j)=0;
        end
    end
end

for i=1:300
    for j=1:300
        r=imgb(i,j,1);
        g=imgb(i,j,2);
        b=imgb(i,j,3);
        if 2*uint16(g)>(uint16(r)+uint16(b))
            imgb2(i,j)=uint8(2*uint16(g)-uint16(r)-uint16(b));
        else
            imgb2(i,j)=0;
        end
    end
end

imga2=imbinarize(imga2,60/255);
imgb2=imbinarize(imgb2,40/255);

subplot(2,2,1);
imshow(imga);
title('原圖');
subplot(2,2,2);
imshow(imga2);
title('R-G分量差提取紅色部分');

subplot(2,2,3);
imshow(imgb);
title('原圖');
subplot(2,2,4);
imshow(imgb2);
title('G-R-B分量差提取綠色部分');

%RGB轉HSI模型
function myhsvdisplay(file)
    rgb=imread(file);
    [sizex,sizey,~]=size(rgb);
    
    hsv_v=uint8(zeros(sizex,sizey));
    hsv_s=double(zeros(sizex,sizey));
    hsv_h=double(zeros(sizex,sizey));
    for i=1:sizex
        for j=1:sizey
            r=rgb(i,j,1);
            g=rgb(i,j,2);
            b=rgb(i,j,3);
            rgb_min=min([r,g,b]);
            rgb_max=max([r,g,b]);
            hsv_v(i,j)=rgb_max;
            hsv_s(i,j)=(double(rgb_max)-double(rgb_min))/double(rgb_max);
            if r==rgb_max
                hsv_h(i,j)=abs( double(g)-double(b))/(double(rgb_max)-double(rgb_min))/double(3);
            elseif g==rgb_max
                hsv_h(i,j)=double(1/3)+abs(double(g)-double(b))/(double(rgb_max)-double(rgb_min))/double(3);
            else
                hsv_h(i,j)=double(2/3)+abs(double(g)-double(b))/(double(rgb_max)-double(rgb_min))/double(3);
            end      
        end
    end
   
    subplot(2,2,1);
    imshow(rgb);
    title('rgb原圖');
    
    subplot(2,2,2);
    imshow(hsv_v);
    title('明度信號');
    
    subplot(2,2,3);
    imshow(hsv_s);
    title('飽和度信號');
    
    subplot(2,2,4);
    imshow(hsv_h);
    title('色調信號');
end

%利用飽和度提取
function sbinarize(file)
   imga=imread(file);
   [~,hsv_s,hsv_v]=rgb2hsv(imga);
   sbin=imbinarize(hsv_s,80/255);
   vbin=imbinarize(hsv_v,130/255);
    subplot(1,3,1);
    imshow(imga);
    title('原圖');
    subplot(1,3,2);
    imshow(sbin);
    title('飽和度提取');
    subplot(1,3,3);
    imshow(vbin);
    title('明度提取');
end