基于RGB与HSI颜色模型的图像提取法

　　现实中我们要处理的往往是RGB彩色图像。对其主要通过HSI转换、分量色差等技术来提出目标。

 

RGB分量灰度化：

　　RGB可以分为R、G、B三分量。当R=G=B即为灰度图像，很多时候为了方便，会直接利用某个分量来进行灰度化，如下图所示：

　　　　上图中R分量下红色部分明显比其他两幅更偏白；同样地G分量草地较淡，B分量天空较淡。其他部分如灰黑色马路则相差不多。实际中，我们可以根据

　　需求有选择地选择分量。

 

RGB分量差灰度化：

　　有时候我们的要求是从图像中提取某种颜色区域，那么最简单的方法就是采用RGB色差。

　　例如在花束中提取红色的花瓣，就可以采用R-G分量差（目标为红色，干扰为G分量），或者，在土壤表面提取绿色秧苗，可以采用G-R-B分量差（G占2份，土壤可能

　　存在R,B分量干扰），下图为提取结果：

　　

　　如果遇到更复杂的情况，可以根据目标颜色与干扰颜色设计合适的分量差。

　　

 

HSI分量灰度化：

　　　　H、S、I分别表示色调、饱和度、明度。色调指日常所说的颜色（红，白，黑等），饱和度则表示颜色的鲜艳程度，值越大越鲜艳，明度则是颜色的明亮

　　程度。这三种属性可以用两个椎体表示，其中明度是竖直中心轴，在竖直方向上，明度不同；每个明度对应一个横截面，用极坐标表示H,S，H为角度，S为模长。

　　HSI模型如图所示：

　　

 

　　我们可以将RGB转为HSI，相关公式有很多种，各有特点，下面介绍其中一种:

　　　　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

 

　　如此计算所得的H范围为[0,1)，S范围为[0,1)，I范围[0,255]。HSI分量灰度图如下：

　　

　　明度分量与一般灰度化效果差不多（可能灰度化可能是基于明度的），有时候利用饱和度与色调灰度号的图像进行提取会便利很多，如下图是基于饱和度的二值提取

　　（一般如果要基于颜色提取的化采用RGB分量色差比较好，毕竟如果要获取较精准的饱和度信息，所用公式会比上面的复杂）：

　　

　　由于背景的饱和度较低，而目标饱和度高，而且目标由多种颜色组成，这样如果直接基于明度的灰度化不可能提取到整个花束，而通过饱和度提取的效果就非常棒。

　　另外，也可以将HSI组合起来使用，使得特征更明显，例如可以用饱和度与色调消除红眼现象，具体基于HSI的算法这里就不探究了！

 

 

以上相关matlab仿真测试代码如下：

%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('原图');
subplot(2,2,2);
imshow(imga2);
title('R-G分量差提取红色部分');

subplot(2,2,3);
imshow(imgb);
title('原图');
subplot(2,2,4);
imshow(imgb2);
title('G-R-B分量差提取绿色部分');

%RGB转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原图');
    
    subplot(2,2,2);
    imshow(hsv_v);
    title('明度信号');
    
    subplot(2,2,3);
    imshow(hsv_s);
    title('饱和度信号');
    
    subplot(2,2,4);
    imshow(hsv_h);
    title('色调信号');
end

%利用饱和度提取
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('原图');
    subplot(1,3,2);
    imshow(sbin);
    title('饱和度提取');
    subplot(1,3,3);
    imshow(vbin);
    title('明度提取');
end