12.7. Ложные цвета

Ложные цвета образуются при поэлементном линейном или нелинейном преобразовании координат цвета исходного цветного изображения или набора компонент спектрозонального изображе­ния, в результате которого получаются координаты воспроизводи­мого цвета [22, 231. Это преобразование применяется для того, чтобы получить изображение, объекты которого имеют изменен­ные или ложные цвета, отличающиеся от ожидаемых. Например, голубое небо в естественном сюжете может стать красным, а зеле­ная трава — синей. Одна из возможных целей такого цветового преобразования — поместить обыкновенные объекты в мир не­обычных цветов, чтобы наблюдатель следил за ними более внима­тельно, чем в случае их нормальной окраски. Медленное изме­нение преобразования позволяет предотвратить адаптацию на­блюдателя к новому цветовому миру. Польза такого применения ложных цветов связана со сложными психологическими явле­ниями.

Ложные цвета могут применяться также для лучшего использо­вания возможностей зрительной системы человека. Как известно, яркостная чувствительность палочек и колбочек сетчатки макси­мальна в зеленой области видимого спектра. Таким образом, если объект красного цвета перекрасить в ложный зеленый цвет, его будет легче обнаружить. Другое психофизическое свойство цве­тового зрения, которым можно воспользоваться, заключается в повышенной контрастной чувствительности глаза в синем свете. При определенных обстоятельствах целесообразно преобразо­вывать естественные цвета объектов с мелкими деталями в гра­дации синего цвета.

Третье применение ложных цветов связано с воспроизведением в естественных цветах спектрозональных изображений. При этом

некоторые компоненты спектрозонального изображения могут формироваться датчиками, спектральные характеристики которых находятся вне видимой области спектра, например в инфракрас­ной или ультрафиолетовой области.

При образовании ложных цветов красная, зеленая и синяя координаты воспроизводимых цветов связаны с координатами исходных цветов или значениями F_t компонент спектрозональ­ных изображений следующими выражениями:

где О_я(-), Oq (•). О_в (■) — функциональные операторы общего вида. Рассмотрим простой пример, когда исходные красная, зеленая и синяя координаты цвета (R_s = F_u G_s = F₂, B_s = F₃) меняются местами в соответствии с соотношением

Зеленые объекты исходного изображения будут воспроизводиться как красные, синие — как зеленые, а красные — как синие. Общее выражение для линейного преобразования в ложные цвета естественных цветных изображений можно определить как

Следует заметить, что это соотношение описывает линейное пре­образование координатной системы основных цветов датчика исходного изображения в координатную систему некоторых новых основных цветов.

12.8. ПСЕВДОЦВЕТА

Псевдоцветовое отображение является еще одним методом I повышения обнаружимости изображеннык объектов человеком-I наблюдателем. Однако при использовании псевдоцветов исходное ^изображение не является цветным, а представляется двумерным 1массивом величин, отображаемых в цветовое пространство [24—

26]. Псевдоцветовое отображение элемента F (/, k) исходного массива в общем виде определяется как

где R (/, /г), G (/, fe), В (/, fe) — координаты цвета воспроизводи­мых цветов, \0_R (•). О _G (•). <?« (•) —линейные или нелинейные

Рис. 12.8.1. Псевдоцветовые ото­бражения, траектории которых начинаются в точке черного и кончаются в точке белого, и ото­бражение, соответствующее обходу по периметру ЯОВ-треугольника.

функциональные операторы, дто отображение параметрически оп­ределяет некоторую траекторию в трехмерном цветовом простран­стве, причем параметром является значение элемента F(j, k). На рис. 12.8.1 показаны цветовое /^GB-пространство и два псевдо-цветовых отображения, траекто­рии которых начинаются в точке черного и кончаются в точке белого. Отображение А представ­ляется ахроматической траекто­рией, проходящей через все гра­дации серого; оно является обычным представлением черно-белого изображения. Отображе­ние В представляется некоторой спиральной траекторией в цвето­вом пространстве.

Другой класс псевдоцветовых

отооражении составляют отоора-жения, не охватывающие градаций серого. Примером может служить отображение С, траектория которого проходит вдоль ребер цветового RGB-куба. Это отображение соответствует продви­жению по периметру треугольника воспроизводимых цветов, который построен на равноконтрастном цветовом графике, пока­занном на рис. 12.8.2. На этом рисунке указаны яркости красного, зеленого, синего, голубого, пурпурного и желтого цветов, коор­динаты которых лежат на сторонах треугольника воспроизводи­мых цветов. Как видно, яркость псевдоцветов изменяется в ин­тервале между минимальным значением 0,114 (яркость синего) и максимальным значением 0,886 (яркость желтого). Максималь­ное значение яркости, равное единице, имеет белый цвет. В неко­торых применениях желательна такая яркость всех воспроизво­димых цветов, чтобы различение псевдоцветов по всей шкале про­водилось только на основе цветового тона и насыщенности. Гео­метрические места точек равной яркости показаны на рис. 12.8.2.

ет"^Смы¹²НТСЦ^{Ге0МеТРИЧеСКИе МеСТЗ Т}°^{ЧеК постоянной} яркости для цветов сн- Ьб^ГТо"е^Рк^И^ »Р—_Й; б - геометрическое

350

На этом рисунке также представлены границы цветностей воспроизводимых цветов равной яркости. Например, обход по периметру RGB-треугольника возможен только при ограничении максимальной яркости любого из цветов значением 0,114, что соответствует яркости синего. Для яркости 0,2 обход по пери­метру RGB-треугольника также возможен, за исключением об­ласти вблизи насыщенного синего. Для больших уровней яркости гамма цветов равной яркости, пригодных для включения в шка­лу псевдоцветов, становится существенно ограниченной. На рис. 12.8.2,6 показано геометрическое место цветностей для яркости 0,5. В область, ограниченную этим геометрическим ме­стом точек, вписан треугольник цветностей тех цветов, которые имеют одинаковую наибольшую насыщенность. Псевдоцвета с цветностями на сторонах этого треугольника будут отличаться

только цветовым тоном.

При заданной линии псевдоцветов в цветовом пространстве необходимо выбрать масштабный коэффициент, связывающий значения F (/, k) с расстоянием вдоль этой линии. На равнокон-трастном цветовом графике равным приращениям расстояния соответствуют субъективно почти одинаковые изменения цвето­вого ощущения. Это дает основание делить всю длину линии псев­доцветов на равные отрезки.

12.9. УЛУЧШЕНИЕ СПЕКТРОЗОНАЛЬНЫл п^

При обработке спектрозональных изображений часто исполь­зуют различные процедуры для облегчения последующего ви­зуального или машинного анализа 122, 271. Некоторые из таких процедур предусматривают раздельную обработку спектрозональ­ных компонент, например повышение контраста, видоизменение гистограмм и подчеркивание границ (эти процедуры описаны в предыдущих разделах). Однако существуют и другие про­цедуры, рассматриваемые в данном разделе, которые основаны на ~"™<^тной обработке спектрозональных компонент.

""и ttrvx компонент спектрозональных

изображения. Отношение m-й и n-й спектрозональных компонент равно по определению

Предполагается, что диапазон изменения спектрозональных ком­понент выбран так, что они не принимают нулевых значений. Во многих спектрозональных системах компоненту F„ (/, k) удается представить в виде произведения коэффициента отраже­ния объекта R_n (/, k) и функции освещенности Е (/, k); это произ­ведение почти одинаково для всех компонент. Вычисление отно­шений компонент обеспечивает автоматическую нормировку, т. е. позволяет компенсировать изменение освещенности. Одна из трудностей, с которой сталкиваются при использовании метода отношений, заключается в подчеркивании ошибок квантования. Отношение [F_m(j, k)/F_n(j, k) ± A (/', k)], в котором Л (/, k) выражает неопределенность квантования, при малом F_п (/, k) может изменяться в значительных пределах. Разброс существенно уменьшается при вычислении логарифма отношения, введенного В работе [26]:

Имея N спектрозональных компонент, можно получить [N (N — 1) 1/2 различных разностей или отношений. Чтобы умень­шить число вариантов, разности и отношения часто вычисляют относительно усредненного изображения, описызаемого массивом

Унитарные преобразования совокупности спектрозональных Компонент представляют собой еще одно средство их улучшения. При наличии jV спектрозональных компонент формируется век-топ иазмера N X 1:

бц} каждого элемента (/, k). Затем производится преобразование