3 Mô hình HSI – Hue-Saturation-Intensity

Bài tập lớn môn Xử lý ảnh

GVHD: Trần Hùng

Cường

Thành phần không gian màu HSI gồm có 3 phần: Hue được định nghĩa có giá trị 0-2π,

mang thông tin về màu sắc. Saturation có giá trị 0-1, mang giá trị về độ thuần khiết cả

thành phần Hue. Intensity (value) có giá trị 0-1 mang thông tin về độ sáng của điểm

ảnh. Có thể hình dung không gian màu HSI như là vật hình nó với trục chính biểu thị

cường độ sáng Intensity, khoảng cách đến trục biểu thị độ tập trung Saturation, góc

xung quanh trục biểu thị cho sắc màu Hue. Đôi khi , hệ thống màu HSI được coi như là

hệ thống màu HSV dùng Value thay vì Intensity.

Hệ thống màu HSI thì thích hợp hơn với một số thiết kế đồ họa bởi vì nó cung cấp sự

điều khiển trực tiếp đến ánh sáng và sắc độ. Hệ thống màu HSI cũng hỗ trợ tốt hơn

những thuật toán xử lý ảnh vì tiêu chuẩn hóa về ánh sáng và tập trung vào hai tham số

về độ hội tụ màu và cường độ màu. Hệ thống màu HSI có sự phân chia rõ rệt giữa ánh

sáng và màu sắc do đó có khả năng rất lớn được áp dụng cho việc tính đặc trưng và so

sánh sự giống về màu sắc của hai ảnh nên thích hợp cho việc tìm kiếm ảnh dựa vào

màu.

Sự giống và khác nhau giữa hai ảnh về màu sắc đối với mắt người chỉ là tương đối.

3.4. Các hệ biểu diễn màu khác

3.4.1. Mô hình HSB

Không gian màu HSB, còn gọi là không gian màu HSV, là một không gian màu dựa

trên ba số liệu:

• H: (Hue) Vùng màu

• S: (Saturation) Độ bão hòa màu

• B (hay V): (Bright hay Value) Độ sáng



Nhóm 8_Tin6_k11



Page 24



Cảm nhận và biểu diễn mầu sắc



Bài tập lớn môn Xử lý ảnh

Cường



GVHD: Trần Hùng



3.4.2. Mô hình YUV

Mô hình YUV qui định một không gian màu được tạo bởi một độ sáng và hai thành

phần màu (chrominance). YUV được sử dụng trong hệ thống phát sóng truyền hình

theo chuẩn PAL, đây là chuẩn ở phần lớn các nước.



Ví dụ mặt phẳng màu U-V tại giá trị Y = 0.5, nằm trong phổ màu RGB.

Mô hình YUV giúp tạo ra màu đúng với nhận thức của con người hơn chuẩn RGB, là

loại được dùng trong các thiết bị đồ hoạ máy tính, nhưng không chuẩn bằng không

gian màu HSV.

Y đại diện cho thành phần độ sáng, U và V là đại diện cho các thành phần màu. Không

gian màu YCbCr hay YPbPr, được sử dụng trong các thiết bị phát hình, đều xuất phát

từ nó (Cb/Pb và Cr/Pr là những phiên bản biến thể của U và V), và đôi khi bị gọi một

cách không chính xác là "YUV". Không gian màu YIQ được dùng trong các hệ thống

truyền hình NTSC cũng liên quan đến nó, tuy nhiên lại đơn giản hơn nó nhiều.



Nhóm 8_Tin6_k11



Page 25



Cảm nhận và biểu diễn mầu sắc



Bài tập lớn môn Xử lý ảnh

GVHD: Trần Hùng

Cường

Các tín hiệu YUV đều xuất phát từ các nguồn RGB. Các giá trị trọng số của R, G và B

được cộng lại với nhau để tạo ra một tín hiệu Y đơn, để biểu diễn độ sáng chung tại

một điểm đó. Tín hiệu U sau đó được tạo ra bằng các trừ Y khỏi tín hiệu xanh lam (B

của RGB), và được nhân với một tỉ lệ có sẵn; còn V được tính bằng cách trừ Y khỏi

màu đỏ (R của RGB), và nhân tỉ lệ với một hệ số khác.

3.4.3 Mô hình màu YIQ

Mô hình mầu YIQ là mô hình mầu được ứng dụng trong truyền hình mầu băng tần

rộng tại Mỹ, và do đó nó có mối quan hệ chặt chẽ với màn hình đồ hoạ màu raster.

YIQ là sự thay đổi của RGB cho khả năng truyền phát và tính tương thích với ti vi đen

trắng thế hệ trước. Tín hiệu truyền sử dụng trong hệ thống NTSC (National Television

System Committee).



Nhóm 8_Tin6_k11



Page 26



Cảm nhận và biểu diễn mầu sắc



Bài tập lớn môn Xử lý ảnh

Cường

3.4.4. Mô hình CIE L*a*b



GVHD: Trần Hùng



Mô hình CIE L*a*b* được xây dựng dựa trên khả năng cảm nhận màu của mắt người.

Các giá trị Lab mô tả tất cả những màu mà mắt một người bình thường có thể nhìn thấy

được. Lab được xem là một mô hình màu độc lập đối với thiết bị và thường được sử

dụng như một cơ sở tham chiếu khi chuyển đổi một màu từ một không gian màu này

sang một không gian màu khác.

Theo mô hình Lab, tất cả các màu có cùng một độ sáng sẽ nằm trên cùng một mặt

phẳng có dạng hình tròn theo 2 trục a* và b*. Màu có giá trị a* dương thì ngả đỏ, màu

có giá trị a* âm thì ngả lục. Tương tự b* dương thì ngả vàng và b* âm thì ngả lam. Còn

độ sáng của màu thì thay đổi theo trục dọc.



Ngoài ra còn nhiều hệ biểu diễn màu khác mà chưa thể đề cập hết ở đây.



Nhóm 8_Tin6_k11



Page 27



Cảm nhận và biểu diễn mầu sắc



Bài tập lớn môn Xử lý ảnh

GVHD: Trần Hùng

Cường

4. Chuyển đổi giữa các hệ biểu diễn màu. Lập trình mô phỏng.

4.1. Chuyển đổi giữa các hệ biểu diễn màu

4.1.1. Chuyển đổi RGB - CMY (CMYK)

Từ RGB sang CMY: giá trị của từng thành phần trong RGB thuộc khoảng [0,1] được

lượng tử hóa 256 mức [0:255] do đó biểu diễn được 256 3=1677216 màu đây cũng

chính là cách mà máy tính dùng để biểu diễn các màu sắc được hiển thị trên màn hình

có khác đôi chút là nó được biểu diễn dưới dạng Hexa các màu biến đổi từ #000000 tới

#FFFFFF. Việc chuyển đổi sang CMY rất đơn giản:



 C  1  R 

 M  = 1 − G 

    

 Y  1  B 

    



C 



255  R 



Y 

 



255  B 



  



và trong máy tính dưới dạng thập phân là  M  = 255 − G 

  

  



Từ đó ta suy ra công thức ngược để chuyển đổi từ CMY sang RGB:

 R  255  C 

G  = 255 −  M 

  

  

 B  255  Y 

  

  



Chuyển đổi sang CMYK: việc này được tiến hành thông qua mô hình trung gian CMY.

Sau khi biến đổi hệ sang CMY với 3 thành phần thu được là (C’, M’, Y’) ta tiến hành

tiếp như sau:

Chọn lựa hệ số K là vấn đề tương đối phức tạp, nó hoàn toàn phụ thuộc vào quyết định

của nhà sản xuất ra thiết bị in ấn. Các giá trị của K bị các nhà sản xuất giữ kín như là

một bí quyết công nghệ. Trong đa số trường hợp, hệ số K sẽ cho là bằng 0 khi độ bão



Nhóm 8_Tin6_k11



Page 28



Cảm nhận và biểu diễn mầu sắc



Bài tập lớn môn Xử lý ảnh

GVHD: Trần Hùng

Cường

hòa của màu đen thấp hơn từ 50% đến 75% do người ta cho rằng dưới mức hợp lý

(hoàn toàn chủ quan) thì không cần phải in bằng mực đen.

Về lý thuyết người ta tạm chấp nhận K = min {C’/2,55, M’/2,55, Y’/2,55}.

(0 ≤ K ≤100)

• Nếu K = 100 thì C = 0, M = 0, Y = 0 (toàn bộ là màu đen).

• Nếu 100 > K > 0 thì:

− C = (C'/2.55 - K) * 100 /(100 - K)

− M = (M'/2.55 - K) * 100 /(100 - K),

− Y = (Y'/2.55 - K) *100 /(100 - K)

− và K = K

trong đó các giá trị C, M, Y, K được làm tròn đến phần nguyên.

4.1.2. Chuyển đổi RGB – HSI

Từ RGB sang HSI:



Θ = cos -1



H=



Nhóm 8_Tin6_k11



Page 29



Cảm nhận và biểu diễn mầu sắc



Bài tập lớn môn Xử lý ảnh

Cường



GVHD: Trần Hùng



S=1-



I=



Từ HSI sang RGB



Trong phần mô phỏng sẽ chuyển đổi thông số để dễ dàng trong việc tính toán

4.1.3. Chuyển đổi RGB với các hệ màu khác

• RGB – YIQ:

Từ RGB sang YIQ

Y

I



0.299 0.587



0.596 -0.274 -0.322



G

B



1.0



Q



R



0.212 -0.523 0.311



=



0.114



0.956 0.621



Y



1.0



-0.272 -0.647



I



1.0



-1.105 1.702



Q



Từ YIQ sang RGB

R

G



=



B



Nhóm 8_Tin6_k11



Page 30



Cảm nhận và biểu diễn mầu sắc



Bài tập lớn môn Xử lý ảnh

Cường

• RGB – YUV



GVHD: Trần Hùng



Từ RGB sang YUV

Y

U



0.299 0.587 0.114



V



-0.147 -0.289 0.437



G



0.615 -0.515 -0.100



=



R

B



Từ YUV sang RGB

R

G



1.0

=



B



0.0



1.140



Y



1.0



-0.394 -0.581



U



1.0



2.028 0.0



V



4.2. Chương trình mô phỏng

Trong chương trình mô phỏng này chúng ta sẽ mô phỏng việc chuyển đổi qua lại giữa

các hệ biểu diễn màu, ở đây việc chuyển đổi đều từ RGB sang các hệ màu khác. Ngôn

ngữ sử dụng là C#.Net trong bộ Visual Studio 2008 chạy trên nền .Net Framework 3.5

4.1.1 Các chức năng của chương trình

Cửa sổ chính của chương trình:



Nhóm 8_Tin6_k11



Page 31



Cảm nhận và biểu diễn mầu sắc



Bài tập lớn môn Xử lý ảnh

Cường



GVHD: Trần Hùng



Chức năng biến đổi RGB – CMY/CMYK



Các giá trị của R, G, B, C, M, Y nằm trong khoảng 0-255 trong biến đổi RGB-CMY



Nhóm 8_Tin6_k11



Page 32



Cảm nhận và biểu diễn mầu sắc



Bài tập lớn môn Xử lý ảnh

GVHD: Trần Hùng

Cường

Các giá trị của R, G, B nằm trong khoảng 0-255 còn C, M, Y, K nằm trong khoảng 0100. Chú ý điều này khi nhập dữ liệu.

Chức năng biến đổi RGB – HSI



R, G, B có giá trị trong khoảng 0-255, H có giá trị trong khoảng 0-360 (độ) còn S, I có

giá trị trong khoảng 0-1.

Chức năng các phép biến đổi khác



Nhóm 8_Tin6_k11



Page 33



Cảm nhận và biểu diễn mầu sắc



Bài tập lớn môn Xử lý ảnh

Cường



GVHD: Trần Hùng



4.2.2 Đánh giá chương trình

Chương trình với giao diện dễ sử dụng, các chỉ số được đưa ra quy ước về giá trị trước

nên thuận tiện cho người dùng sử dụng. Chạy trên nền .Net hiện khá phổ biến tài

nguyên cần để chạy chương trình không nhiều.

Tuy nhiên chương trình mới dừng ở mức biến đổi trên 1 điểm ảnh (trừ biến đổi CMYRGB) do đó có thể cải tiến để thấy được sự biến đổi trên 1 vùng (mảng dữ liệu) cùng

với đó là thêm chau chuốt về giao diện.



Nhóm 8_Tin6_k11



Page 34



Cảm nhận và biểu diễn mầu sắc