灰度圖像與偽彩圖像顏色模式相互轉(zhuǎn)換研究

王晨飛，王 莉

（1.武漢大學(xué) 電子信息學(xué)院，湖北 武漢 430072；2.唐山師范學(xué)院 物理系，河北 唐山 063000）

當(dāng)前計算機技術(shù)高速發(fā)展，為圖像數(shù)字化處理提供了良好的技術(shù)基礎(chǔ)。基于顏色模式轉(zhuǎn)換的圖像處理方法是數(shù)字圖像處理的常用手段，在醫(yī)學(xué)、遙感、紅外影像、智慧城市等眾多領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用[1-4]。

本文研究灰度圖像和偽彩色圖像顏色模式的相互轉(zhuǎn)換。

1 彩色圖像轉(zhuǎn)化為灰度圖像

1.1 實現(xiàn)方法

RGB 顏色空間是以R（Red）、G（Green）、B（Blue）三種顏色為基礎(chǔ)的色彩模式。在RGB 顏色空間，彩色圖像轉(zhuǎn)化為灰度圖像的方法有分量法、最大值法、平均值法和加權(quán)平均法等[5]，分別對應(yīng)式(1)至(4)。

其中，R(i,j),G(i,j),B(i,j)分別表示點(i,j)的紅綠藍(lán)分量，f(i,j)為該點灰度數(shù)值。

按照上述原理，使用MATLAB 編程實現(xiàn)彩色圖片的灰度處理，采用最大值、平均值、加權(quán)平均值三種不同的方法所得到的灰度圖像效果如圖1 所示。可以看出，對這張圖片來說，最大值、加權(quán)平均值、平均值三種灰度圖像的亮度依次降低，每種灰度圖像都保留了足夠多的細(xì)節(jié)。將圖片放大對局部進(jìn)行觀察發(fā)現(xiàn)，除了畫面明度不同以外，人眼未見圖案形狀的明顯差異。

圖1 一幅彩色手繪風(fēng)景的三種灰度處理

實現(xiàn)上述效果的代碼如下：

1.2 適用范圍

在RGB 顏色空間，灰度范圍為256 級，RGB色彩組合種類可達(dá)1 678 萬種以上。彩色圖像轉(zhuǎn)化為灰度圖像保留了梯度信息，極大提高了數(shù)據(jù)傳輸和計算的速度。在數(shù)字圖像處理眾多領(lǐng)域，特別是某些嵌入式實時系統(tǒng)，對處理速度和效率要求很高[6]，采用灰度圖像不失為一種明智選擇。

2 灰度圖像轉(zhuǎn)化為偽彩圖像

2.1 實現(xiàn)方法

灰度圖像轉(zhuǎn)化為偽彩圖像常用的方法有密度分層法、灰度級-彩色變換法、頻域濾波法等[7-8]。通過灰度級-彩色變換法，黑白灰度圖像變?yōu)樯氏鄬ωS富的連續(xù)彩色漸變圖像，灰度級范圍更寬，圖像視覺區(qū)分度較好，在三種方法中應(yīng)用也最為廣泛。灰度級-彩色變換法應(yīng)用了RGB 顏色模式的顯色原理，通過合理設(shè)計紅綠藍(lán)變換器的特征，實現(xiàn)不同灰度級映射到不同的色彩。對于確定的某一級灰度而言，三種變換器分別對其進(jìn)行變換得到不同輸出，通過顯示器的合成得到人眼可辨的色彩。

在MATLAB 中使用灰度級-彩色變換法對灰度圖像進(jìn)行偽彩處理，采用了兩種變換器，如圖2所示。其中（a）為漸變灰度條原圖，圖（b）（c）分別為兩種灰度級-彩色變換后的對比圖。圖3 為應(yīng)用這兩種變換器對一張肺部X 光圖像進(jìn)行偽彩處理。可以看到，經(jīng)過偽彩處理后的圖像細(xì)節(jié)更加清晰，易于辨認(rèn)。對圖1 所得到的加權(quán)平均值灰度圖進(jìn)行上述兩種偽彩處理的結(jié)果如圖4 所示，兩幅圖像的色彩不同于原圖。

圖3 肺部X 光圖像偽彩處理

圖4 偽彩處理不能得到原圖的實驗

使用的兩種變換器的代碼實現(xiàn)如下：

2.2 適用范圍

醫(yī)學(xué)影像絕大部分為灰度圖像，人對單純黑白灰度圖像的視覺敏感度低，而對于彩色圖像的視覺敏感度顯著增強。醫(yī)學(xué)影像經(jīng)過偽彩處理后，原圖中相近灰度級別間的差異擴大，易于辨認(rèn)，有助于病灶的診斷和治療[9]。

3 結(jié)論

借助MATLAB 仿真，實現(xiàn)了灰度圖像和偽彩色圖像間顏色模式轉(zhuǎn)換。今后應(yīng)對算法做進(jìn)一步改進(jìn)，以保留和展現(xiàn)更高質(zhì)量的圖像細(xì)節(jié)。