tiểu luận xử lý ảnh số xử lý ảnh màu

TIỂU LUẬN XỬ LÝ ẢNH SỐ XỬ LÝ ẢNH MU

Việc sử dụng màu sắc trong xử lý hình ảnh được thúc đẩy bởi hai yếu tố
chính.
- Đầu tiên, màu sắc là một mô tả mạnh mẽ thường đơn giản hoá xác định
đối tượng và chiết xuất từ một cảnh.
- Thứ hai, con người có thể phân biệt hàng ngàn sắc thái màu sắc và cường
độ, so với chỉ có hai chục sắc thái của màu xám.
Yếu tố thứ hai này là đặc biệt quan trọng trong hướng dẫn (ví dụ, khi được
thực hiện bởi con người) phân tích hình ảnh.
Xử lý ảnh màu được chia thành hai nhóm chính: đầy màu sắc và giả màu.
- Trong nhóm thứ nhất, những hình ảnh trong câu hỏi thường được đòi hỏi
với một cảm biến đầy đủ màu sắc, chẳng hạn như một máy ảnh truyền
hình màu hoặc máy quét màu.
- Trong nhóm thứ hai, vấn đề là một trong những chỉ định một màu sắc cho
một cường độ đơn sắc cụ thể hoặc vùng cường độ.
Cho đến gần đây, xử lý ảnh màu kỹ thuật số được thực hiện ở cấp giả màu.
Tuy nhiên, trong thập kỷ qua, cảm biến màu sắc và phần cứng cho xử lý ảnh
màu đã có giá hợp lý. Kết quả là công nghệ xử lý ảnh đầy màu sắc hiện nay
đang được sử dụng trong một loạt các ứng dụng, bao gồm xuất bản, hình dung,
và Internet.
Nó trở nên rõ ràng trong phần trình bày một số phương pháp xám bao phủ trong
các chương trước, là ứng dụng trực tiếp cho ảnh màu. Nhưng phải trình bày lại
để phù hợp với tính chất của không gian màu được phát triển trong chương này.
Các kỹ thuật mô tả ở đây là đầy đủ, chúng minh họa phạm vi và phương thức xử
lý ảnh màu sắc.

Nguyễn Thị Minh Hưng_K26 Trang
1
Mặc dù quy trình tiếp theo bởi bộ não con người trong việc nhận thức và
giải thích màu sắc là một hiện tượng tâm lý vật lý, nó mà chưa được hiểu đầy

đủ, tính chất vật lý của màu sắc có thể được thể hiện một cách chính thức trên cơ
sở lý thuyết. và kết quả thực nghiệm.
Năm 1666, Sir Isaac Newton phát hiện ra rằng khi một chùm ánh sáng
mặt trời đi qua một lăng kính thủy tinh, chùm tia xuất hiện của ánh sáng là ánh
sáng trắng nhưng quang phổ liên tục từ màu tím đầu tiên đến màu đỏ cuối cùng.
Như Hình 6.1 cho thấy, quang phổ màu sắc có thể được chia thành sáu khu vực
lớn: tím, xanh dương, xanh lá cây, vàng, cam, và màu đỏ. Khi xem tất cả màu
sắc (Hình 6.2), trong quang phổ không có màu sắc kết thúc đột ngột, mà lỗi màu
sắc pha trộn nhẹ nhàng vào tiếp theo.
Về cơ bản, màu sắc mà con người và một số động vật khác cảm nhận
được từ một vật thể được xác định bởi bản chất của truyền đạt tia sáng xuất phát
từ vật thể đó. Như minh họa trong Hình 6.2, ánh sáng có thể nhìn thấy có tần số
trong quang phổ điện từ. Một cơ thể phản xạ tất cả các bước sóng ánh nhìn thấy
được thì xuất hiện màu trắng để quan sát. Tuy nhiên, một cơ thể mà chỉ phản xạ
trong một phạm vi giới hạn của quang phổ nhìn thấy được thì thể hiện một số
sắc thái của màu sắc. Ví dụ, các đối tượng màu xanh lá cây phản chiếu ánh sáng
với bước sóng chủ yếu trong khoảng 500-570 nm trong khi hấp thụ hầu hết năng
lượng ở các bước sóng khác.
Đặc tính của ánh sáng là trung tâm khoa học của màu sắc. Nếu ánh sáng
không màu (hay là ánh sáng đen trắng), nó chỉ có thuộc tính duy nhất là cường
độ , hoặc lượng. Ánh sáng không màu là những gì khán giả nhìn thấy trên một
máy truyền hình màu đen và trắng. Như trình bày ở Chương 2, và sử dụng lại
nhiều lần, mức độ màu xám là thuật ngữ chỉ cường độ ánh sáng khoảng từ đen,
đến màu xám, và cuối cùng là màu trắng.
Nguyễn Thị Minh Hưng_K26 Trang
2
Hình 6.1 Quang phổ màu nhìn thấy qua ánh sáng trắng qua lăng kính. (Ảnh của
the General Electric Co Lamp Business Division)
Hình 6.2 Dải sóng của ánh sáng nhìn thấy được trong quang phổ điện từ. (Ảnh
của the General Electric Co Lamp Business Division)

Ánh sáng là dạng năng lượng sóng điện từ có bước sóng vào khoảng 400
đến 700 nm. Ba yếu tố cơ bản được sử dụng để mô tả chất lượng của một nguồn
ánh sáng màu: radiance, luminance, và brightness. Radiance là tổng số năng
lượng từ nguồn ánh sáng, và nó thường được đo bằng watt (W). Luminance, đo
trong lumens (lm), cho ta biết lượng năng lượng mà ta quan sát nhận thấy từ một
nguồn ánh sáng. Ví dụ, ánh sáng phát ra từ một nguồn hoạt động trong vùng
hồng ngoại xa của quang phổ có thể có năng lượng đáng kể (Radiance), nhưng
chúng ta quan sát khó có thể cảm nhận nó, nên Luminance của nó gần như bằng
không. Cuối cùng, brightness là một mô tả chủ quan mà là thực tế không thể đo
lường chính xác ( không xác định rõ ràng). Nó thể hiện quan điểm tiêu sắc
cường độ và là một trong những yếu tố quan trọng trong việc cảm nhận được
màu sắc.
Nguyễn Thị Minh Hưng_K26 Trang
3
Như đã đề cập trong phần 2.1.1, tế bào nón là các cảm biến trong sự chịu
đựng của mắt về tầm nhìn màu sắc (có độ nhậy cảm cao đối với màu sắc). Bằng
thực nghiệm đã chỉ ra rằng có khoảng 6 đến 7 tỉ tế bào hình nón trong mắt người
có thể được chia thành ba nhóm cảm nhận chính (cảm nhận tốt nhất các màu
riêng này so với các nhóm màu còn lại), tương ứng với khoảng sáng màu đỏ,
xanh lá cây và xanh dương. Khoảng 65% của tất cả các tế bào nón nhạy cảm với
ánh sáng màu đỏ. 33% rất nhạy cảm với ánh sáng màu xanh lá cây, và chỉ có
khoảng 2% là nhạy cảm với màu xanh (nhưng các tế bào nón cảm nhận màu
xanh là tốt nhất). Hình 6.3 Thể hiện đường cong trung bình chi tiết sự nhạy cảm
ánh sáng của các tế bào hình nón đối với màu đỏ, xanh lá cây, và màu xanh
dương trong mắt. Do những đặc tính hấp thụ của mắt người, màu sắc được xem
là sự kết hợp của các màu cơ bản đỏ (R), xanh lá cây (G), và màu xanh dương
(B).
Với mục đích tiêu chuẩn hóa, các CIE (Commission Internationale de
I'Eclairage Ủy ban quốc tế về chiếu sáng ) được chỉ định trong năm 1931, giá trị
bước sóng cụ thể sau đây với ba màu cơ bản : màu xanh dương = 435,8 nm; màu

xanh lá cây = 546,1 nm; và màu đỏ = 700 nm . Tiêu chuẩn này đã được thiết lập
trước khi có thí nghiệm của các đường cong chi tiết thể hiện Hình 6.3 được phát
hành vào năm 1965. Vì vậy, các tiêu chuẩn CIE tương ứng gần đúng với số liệu
thực nghiệm. Chúng ta xem xét từ Hình 6.2 và Hình 6.3 nhận thấy không có
màu sắc duy nhất có thể được gọi là màu đỏ, xanh dương, hoặc màu xanh lá cây.
Ngoài ra, điều quan trọng là chúng ta có ba bước sóng màu cơ bản cụ thể cho
các mục đích của tiêu chuẩn hóa, không có nghĩa là ba thành phần RGB cố định
một mình mà có thể tạo ra tất cả các màu quang phổ. Giải thích theo cách hiểu
sai là từ ba nhóm màu tiêu chuẩn chính , khi trộn theo tỷ lệ cường độ khác nhau,
có thể tạo ra tất cả các màu có thể nhìn thấy. Như chúng ta sẽ thấy ngay, cách
giải thích này là không chính xác trừ khi các bước sóng cũng được phép thay
Nguyễn Thị Minh Hưng_K26 Trang
4
đổi, trong trường hợp này chúng ta sẽ không còn có ba màu cố định, màu cơ bản
tiêu chuẩn.
Hình 6.3 Hấp thụ các bước sóng ánh sáng bởi các tế bào nón trong mắt người
đối với màu đỏ, xanh lá cây, và màu xanh dương.
Các màu cơ bản có thể được thêm vào để tạo ra các màu sắc thứ hai của
ánh sáng màu đỏ tươi (đỏ cộng với màu xanh), màu lục lam (màu xanh lá cây
cộng với màu xanh dương) , và màu vàng (đỏ cộng với màu xanh lá cây). Trộn
ba màu cơ sở (chính), hoặc một màu thứ với màu cơ bản đối lập của nó theo tỷ
lệ thích hợp tạo ra ánh sáng trắng. Kết quả này được thể hiện trong Hình 6.4(a),
và còn thể hiện ba màu cơ bản và kết hợp chúng để tạo thành màu sắc trung.
Sự khác biệt giữa các màu cơ bản của ánh sáng và các màu cơ bản của các
sắc tố hoặc chất màu là rất quan trọng. Thứ hai, một màu cơ bản được xác định
là một trong đó trừ hoặc hấp thụ một màu cơ bản của ánh sáng và phản chiếu
hoặc truyền các khác hai. Do đó, các màu cơ bản của các sắc tố là màu đỏ tươi ,
Nguyễn Thị Minh Hưng_K26 Trang
5
màu lục lam, và màu vàng, và màu thứ cấp là màu đỏ, xanh lá cây và xanh

dương. Những màu sắc được thể hiện trong Hình 6.4(b). Một sự kết hợp thích
hợp của ba màu cơ sở sắc tố, hoặc một màu thứ với chính màu phụ của nó, tạo
ra màu đen .
Hình 6.4 Tổng hợp màu theo phương pháp cộng và trừ giữa 3 màu cơ bản và 3
màu cơ bản sắc tố (Ảnh của the General Electric Co Lamp Business Division)
Ti Vi màu là ví dụ về bản chất các màu sắc ánh sáng. Bản chất của nhiều
ống truyền hình màu bao gồm một mảng lớn hình tam giác dấu chấm mô hình
điện tử nhạy cảm phosphor. Khi bị kích thích, mỗi dấu chấm trong một bộ ba có
khả năng tạo ra ánh sáng một trong những màu cơ bản. Cường độ của những
điểm Phosphor màu đỏ phát ra được điều chế bởi một súng điện tử bên trong các
Nguyễn Thị Minh Hưng_K26 Trang
6
ống, tạo ra xung tương ứng với "năng lượng màu đỏ" nhìn thấy bằng máy ảnh
truyền hình. Những điểm Phosphor màu xanh lá cây và màu xanh dương trong
mỗi bộ ba được điều chế trong các hiệu ứng manner. Cuối cùng, xem trên vô
tuyến truyền hình, là ba màu cơ bản từ mỗi phosphor bộ ba là "bổ sung" với
nhau và nhận được các tế bào nón trong mắt nhạy cảm các màu như một hình
ảnh đầy đủ về màu sắc. Thay đổi ba mươi hình ảnh liên tiếp mỗi giây trong tất
cả ba màu sắc hoàn thành những ảo ảnh hiển thị hình ảnh liên tục trên màn hình.
Các đặc tính thường được sử dụng để phân biệt một màu là: độ sáng (độ
chói), sắc màu và bão hòa màu. Như đã nêu trước đó, độ sáng tiêu biểu cho khái
niệm màu sắc cường độ. Nó là tổng hợp của ánh sáng nhận được bởi mắt không
kể tới màu sắc. Nó nằm trong khoảng từ lờ mờ tối đến rất sáng hoặc chói mắt.
Sắc màu chính là màu có phổ trội hơn trong ánh sáng. Sắc màu đại diện cho màu
sắc chủ đạo như cảm nhận của một người quan sát. Vì vậy, khi chúng ta gọi là
một đối tượng màu đỏ, cam, hoặc màu vàng, là chúng ta xác định màu sắc của
nó. Bão hòa màu sắc nó tạo ra độ tinh khiết phổ của màu trong ánh sáng. Những
màu sắc phổ tinh khiết được hoàn toàn bão hòa. Màu sắc như màu hồng (màu đỏ
và trắng) và hoa oải hương (màu tím và màu trắng) ít bão hòa, với mức độ bão
hòa là tỉ lệ nghịch với lượng ánh sáng khi thêm vào .

Sắc màu và bão hòa màu thực hiện cùng nhau được gọi là kết tủa màu ,và
do đó, một màu sắc có thể được đặc trưng bởi độ sáng và độ kết tủa màu của nó.
Số lượng của màu đỏ, xanh lá cây, và màu xanh dương theo tỉ lệ thích hợp có
thể tạo ra bất kỳ màu sắc đặc biệt được gọi là các giá trị tristim-ulus và được
biểu thị bởi X , Y và Z, tương ứng. Một màu được xác định bởi hệ số màu,
được xác định như sau:
ZYX
X
x
++
=
(6.1-1)
Nguyễn Thị Minh Hưng_K26 Trang
7
ZYX
Y
y
++
=
(6.1-2)
ZYX
Z
z
++
=
(6.1-3)
Cần lưu ý từ các phương trình
x+y+z =1 (6.1-4)
Đối với bất kỳ bước sóng ánh sáng trong quang phổ nhìn thấy được, các
giá trị tristim-ulus cần thiết để tạo ra màu tương ứng với bước sóng có thể được

lấy trực tiếp từ các đường cong hoặc bảng đã được tổng hợp từ kết quả thực
nghiệm rộng rãi (Poynton [1996]. Xem thêm đầu tài liệu tham khảo của Walsh
[1958] và Kiver [1965]).
Một cách tiếp cận đối với những màu xác định là sử dụng sơ đồ kết tủa
màu CIE (Hình 6.5). Trong đó cho thấy thành phần màu sắc như một hàm của x
(màu đỏ) và y (màu xanh lá cây). Đối với bất kỳ giá trị của x và y , giá trị tương
ứng của z (màu xanh dương) thu được từ biểu thức (6.1-4 ) bằng cách ghi nhận
rằng z = 1 - (x + y ). Các điểm đánh dấu màu xanh lá cây trong Hình 6.5, ví dụ,
có khoảng 62% màu xanh lá cây và 25% chứa màu đỏ. Từ biểu thức (6.1-4),
thành phần của màu xanh dương là khoảng 13%.
Bước sóng của các màu sắc quang phổ khác nhau trải từ màu tím tại 380
nm đến màu đỏ tại 780 nm, được chỉ định xung quanh ranh giới của sơ đồ kết
tủa màu. Đây là những màu sắc tinh khiết thể hiện trong quang phổ của Hình
6.2. Bất kỳ điểm nào không thực sự trên biên giới nhưng trong sơ đồ đại diện
cho một số hỗn hợp của màu sắc quang phổ. Điểm năng lượng bằng Hình 6.5
tương ứng với phân số bằng nhau của ba màu cơ bản, nó đại diện cho tiêu chuẩn
CIE cho ánh sáng trắng. Bất kỳ điểm nào nằm trên ranh giới của các biểu đồ kết
tủa màu đều bão hòa hoàn toàn. Như là một điểm rời khỏi ranh giới và đạt đến
điểm năng lượng bằng nhau, ánh sáng trắng hơn được thêm vào màu sắc và nó
Nguyễn Thị Minh Hưng_K26 Trang
8
trở nên ít bão hòa. Độ bão hòa tại thời điểm năng lượng tương đương là số
không.
Sơ đồ kết tủa màu rất hữu ích cho màu sắc pha trộn vì một đoạn đường thẳng
nối hai điểm bất kỳ trong các sơ đồ định nghĩa tất cả các biến thể màu sắc khác
nhau có thể đạt được bằng cách kết hợp những màu sắc phụ nhau. Xem xét, ví
dụ, một đường thẳng được vẽ từ màu đỏ đến các điểm màu xanh lá cây Hình
6.5. Nếu có ánh sáng đỏ nhiều hơn ánh sáng màu xanh lá cây, các điểm chính
xác đại diện cho màu sắc mới sẽ được trên đường thẳng, nhưng nó sẽ tiến gần
hơn đến điểm màu đỏ hơn đến điểm màu xanh lá cây. Tương tự như vậy, một

điều rút ra từ kết luận của năng lượng tương đương với bất kỳ điểm nào trên
đường biên của biểu đồ sẽ xác định tất cả các sắc thái của màu đó là quang phổ
của màu sắc đặc biệt.
Nguyễn Thị Minh Hưng_K26 Trang
9
(C.I.E. CHROMATICITY DIAGRAM)
Hình 6.5 Sơ đồ kết tủa màu. (Ảnh do the General Electric Co Lamp Business
Division)
Mở rộng điều này từ ba màu sắc là đơn giản. Để xác định phạm vi của
màu sắc có thể được lấy từ ba màu sắc bất kỳ được đưa ra trong sơ đồ kết tủa
màu, chúng ta chỉ cần vẽ đường nối với nhau trong ba điểm màu. Kết quả là tạo
ra một hình tam giác, và bất kỳ màu sắc bên trong hình tam giác có thể được tạo
ra bởi nhiều sự kết hợp tỉ lệ thích hợp của ba màu sắc ban đầu. Một tam giác với
đỉnh tại bất kỳ ba màu sắc cố định không thể thể hiện toàn bộ khu vực màu sắc
trong Hình 6.5. Quan sát này hỗ trợ đồ họa, nhận xét được thực hiện trước đó
chỉ ra rằng không phải tất cả màu sắc có thể thu được với ba nhóm màu sắc cơ
bản duy nhất.
Tam giác trong Hình 6.6 cho thấy một phạm vi đặc trưng của màu sắc
(gọi là gam màu) được thể hiện bởi màn hình RGB. Các nhóm bất thường trong
tam giác là đại diện của các gam màu của thiết bị in màu chất lượng cao hiện
nay
Nguyễn Thị Minh Hưng_K26 Trang
10
Hình 6.6 Gam màu tiêu biểu của màn hình màu (hình tam giác) và các thiết bị in
màu (khu vực không thường xuyên).
Ranh giới của các gam màu in là không đều vì in màu là một sự kết hợp
của chất phụ gia và trừ màu trộn, một quá trình khó khăn hơn nhiều để kiểm soát
hơn so với màu sắc hiển thị trên một màn hình, mà là dựa trên việc bổ sung ba
màu sắc cơ bản.


Mục đích của một mô hình màu (còn gọi là không gian màu hoặc hệ thống màu
sắc) là để tạo điều kiện cho các đặc điểm kỹ thuật của màu sắc trong một số tiêu
chuẩn, cách thường được chấp nhận. Về bản chất, một mô hình màu là một đặc
điểm kỹ thuật của một hệ thống phối hợp và một không gian con trong hệ thống,
mỗi màu được biểu diễn bởi một điểm duy nhất.
Hầu hết các mô hình màu trong sử dụng ngày nay được định hướng hoặc
đối với phần cứng (như đối với màn hình màu và máy in) hoặc đối với các ứng
Nguyễn Thị Minh Hưng_K26 Trang
11
dụng mà thao tác màu sắc là một mục tiêu (chẳng hạn như trong việc tạo ra các
đồ họa màu cho hình ảnh động). Về xử lý hình ảnh kỹ thuật số, các mô hình
phần cứng theo định hướng phổ biến nhất được sử dụng trong thực tế là RGB
(đỏ, xanh lá cây, xanh dương) mô hình cho màn hình màu và một lớp rộng các
máy quay video màu; mô hình CMY (màu lục lam, đỏ tươi, vàng) và CMYK
(màu lục lam, đỏ tươi, vàng, đen ) để in màu : và mô hình MSI (sắc màu, bão
hòa màu, cường độ), tương ứng chặt chẽ với cách chúng ta mô tả và giải thích
màu sắc. Mô hình MSI cũng có lợi thế vì nó tách riêng thông tin về màu sắc và
màu xám trong một hình ảnh, làm cho nó phù hợp với nhiều kỹ thuật màu xám
được trình bày trong cuốn sách này. Có rất nhiều mô hình màu được sử dụng
hiện nay do thực tế rằng kỹ thuật về màu sắc là một lĩnh vực rộng bao gồm
nhiều lĩnh vực ứng dụng nó. Nó là hấp dẫn trên một số mô hình ở đây, đơn giản
chỉ vì họ là thú vị và bổ ích. Tuy nhiên, để giữ các nhiệm vụ, các mô hình được
trình bày trong chương này là mô hình quan trọng cho xử lý hình ảnh. Tìm hiểu
các tài liệu trong chương này, người đọc sẽ không có khó khăn trong việc tìm
hiểu các mô hình màu bổ sung được sử dụng ngày nay .

Trong mô hình RGB, mỗi màu sắc xuất hiện trong thành phần quang phổ
chính của nó là màu đỏ, xanh lá cây, và xanh dương. Mô hình này được dựa trên
một hệ thống tọa độ Descartes. Các không gian màu quan tâm là hình khối lập
phương thể hiện Hình 6.7, trong đó giá trị RGB là ba góc: màu lục lam, đỏ

tươi, và màu vàng; màu đen là nguồn gốc; và trắng ở góc xa nhất từ nguồn gốc
Trong mô hình này, những điểm màu xám (các giá trị RGB bằng nhau) kéo dài
từ màu đen sang màu trắng theo đường nối hai điểm này, những màu sắc khác
nhau trong mô hình này là các điểm trên hoặc bên trong khối lập phương, và
được xác định bởi vector mở rộng từ gốc, để thuận tiện, giả thiết đó là tất cả giá
trị màu đã được chuẩn hóa thành khối lập phương Hình 6.7, tất cả các giá trị của
R, G và B được giả định là trong phạm vi [0,1].
Nguyễn Thị Minh Hưng_K26 Trang
12
Hình 6.7 Sơ đồ của màu khối lập phương RGB. Điểm dọc theo đường chéo
chính có giá trị màu xám, kéo dài tại gốc là màu đen đến trắng tại điểm (1,1,1)
Hình ảnh đại diện trong các mô hình màu RGB bao gồm ba thành phần hình
ảnh, một cho mỗi màu cơ bản. Khi đưa vào mô hình RGB, ba hình ảnh kết hợp
trên màn hình phốt pho để tạo ra một hình ảnh màu tổng hợp. Số lượng bit được
sử dụng để đại diện cho mỗi điểm ảnh trong không gian RGB được gọi là chiều
sâu pixel. Xem xét một mô hình RGB trong đó mỗi hình ảnh màu đỏ, xanh lá
cây, và màu xanh dương là một hình ảnh 8-bit. Dưới những điều kiện mỗi màu
RGB [đó là, một bộ ba giá trị (R, G, B)] được cho là có độ sâu 24 bit. Hình ảnh
đầy đủ màu sắc được sử dụng thường xuyên để biểu thị một hình ảnh màu RGB
24-bit. Tổng số màu sắc trong một hình ảnh RGB 24-bit là (2
8
)
3
= 16.777.216;
Hình 6.8 cho thấy 24-bit màu RGB khối tương ứng sơ đồ trong Hình 6.7
Ví dụ 6.1: Khối hình rắn Hình 6.8, bao gồm các (2
8
)
3
= 16.777.216 màu sắc

được đề cập trong đoạn trước. Một cách thuận tiện để xem màu sắc là để tạo ra
vùng màu (mặt hoặc mặt cắt ngang của khối lập phương). Điều này được thực
hiện đơn giản bằng cách thay đổi một trong ba màu sắc và cho phép hai khác để
thay đổi. Ví dụ, một vùng cắt ngang qua trung tâm của khối lập phương và song
song với vùng GB trong Hình 6.8 và Hình 6.7 là vùng (127,G,B) cho G.B
Nguyễn Thị Minh Hưng_K26 Trang
13
=0,1,2…, 255. Ở đây chúng tôi sử dụng các giá trị điểm ảnh thực tế chứ không
phải là giá trị bình thường toán học thuận tiện trong phạm vi [0,1] vì các giá trị
cũ là những người thực tế sử dụng trong một máy tính để tạo ra màu sắc. Hình
6.9(a) cho thấy một hình ảnh của vùng cắt ngang đơn giản chỉ xem là bằng cách
cho ba thành phần màu vào một màn hình màu. Trong những màu thành phần, 0
đại diện cho màu đen và 255 đại diện cho trắng (lưu ý rằng đây là những hình
ảnh màu xám). Cuối cùng, Hình 6.9(b) cho thấy ba vùng bề mặt ẩn của khối
trong Hình 6.8. được tạo ra theo cách tương tự .
Nó cần lưu ý rằng có được một hình ảnh màu sắc cơ bản là quá trình thể hiện
trong Hình 6.9, ngược lại. Một hình ảnh màu sắc có thể được tạo lại bằng cách
sử dụng ba màu nhạy cảm tương ứng với màu đỏ, xanh lá cây, và màu xanh
dương. Khi chúng ta xem một cảnh màu với một máy ảnh đơn sắc được trang bị
với một trong những bộ lọc, kết quả là một hình ảnh đơn sắc, có cường độ là tỷ
lệ thuận với phản ứng của bộ lọc.
Hình 6.8 RGB 24-bit màu khối lập phương.
Nguyễn Thị Minh Hưng_K26 Trang
14
Hình 6.9
(a) Tạo ra các hình ảnh RGB của vùng màu mặt cắt ngang (127,G, B).
(b)Ba mặt phẳng bề mặt ẩn trong khối lập phương màu sắc của Hình 6.8.
Lặp đi lặp lại quá trình này với mỗi bộ lọc tạo ra ba hình ảnh đơn sắc là những
hình ảnh thành phần RGB của cảnh (Trong thực tế, cảm biến hình ảnh màu RGB
thông thường quy trình này được tích hợp vào một thiết bị duy nhất). Rõ ràng,

hiển thị các hình ảnh ba thành phần RGB như thể hiện trong Hình 6.9(a) sẽ
mang lại một màu sắc biểu hiện của cảnh màu sắc ban đầu RGB.
Trong khi card màn hình cao cấp và màn hình cung cấp một biểu hiện hợp
lý của màu sắc trong một hình ảnh RGB 24-bit, các hệ thống sử dụng ngày nay
được giới hạn ở 256 màu. Ngoài ra, có rất nhiều ứng dụng trong đó nó chỉ đơn
giản là không có ý nghĩa để sử dụng nhiều hơn một vài trăm màu sắc, và đôi khi
Nguyễn Thị Minh Hưng_K26 Trang
15
ít hơn. Một ví dụ điển hình về điều này được cung cấp bởi các màu sắc kỹ thuật
xử lý hình ảnh giả màu được trình bày trong Phần 6.3. Với sự đa dạng của các
hệ thống được sử dụng hiện nay, nó được quan tâm đáng kể để có một tập hợp
các màu sắc có khả năng được sao chép một cách trung thực, hợp lý, độc lập với
khả năng cảm nhận của người xem. Tập hợp các màu sắc được gọi là tập hợp
các màu RGB an toàn, hoặc tập hợp tất cả các hệ thống màu sắc an toàn. Trong
các ứng dụng Internet, chúng được gọi là màu sắc web an toàn hoặc màu sắc
trình duyệt an toàn.
Trên giả thiết rằng 256 màu là số lượng tối thiểu của màu sắc có thể được
sao chép toàn bộ của bất kỳ hệ thống trong đó một kết quả mong muốn có thể
được hiển thị. Nó rất hữu ích để có một ký hiệu tiêu chuẩn được chấp nhận để
tham khảo những màu sắc. Bốn mươi của 256 màu sắc ấy là được xử lý khác
nhau của hệ điều hành khác nhau, chỉ để lại 216 màu sắc được phổ biến với hầu
hết các hệ thống.
Hệ thống số Tương đương Màu
Hex
Decimal
00 33 66 99 CC FF
0 51 102 153 204 255
Bảng 6.1 Giá trị hợp lệ của mỗi thành phần RGB trong một màu an toàn.
Mỗi phần màu trong số 216 màu an toàn được hình thành từ ba giá trị RGB như
trước, nhưng mỗi giá trị chỉ có thể được 0, 51, 102, 153, 204 hoặc 255. Như vậy,

ba giá trị của màu RGB cung cấp cho chúng ta (6)
3
= 216 giá trị (lưu ý rằng tất
cả các giá trị chia hết cho 3). Nó thể hiện những giá trị trong hệ thống số của
hình lục giác, như thể hiện trong Bảng 6.1. Chúng ta có hệ thống số hex 0,1,2,,,
9, A, B, C, D, E, F tương ứng với hệ thống số thập phân
0,1,2 ,,,,9,10,11,12,13,14,15. Ta có biến đổi như (0)
16
=(0000)
2
và (F)
16
=(1111)
2
.
Như vậy, ví dụ (FF)
16
=(255)
10
= (11111111)
2
và chúng ta thấy rằng số hex chia
thành 2 nhóm, một nhóm tạo thành một byte 8-bit.
Nguyễn Thị Minh Hưng_K26 Trang
16
Vì nó có ba con số để tạo thành một màu RGB, mỗi màu sắc an toàn được hình
thành từ ba của hai số hex chữ số trong Bảng 6.1. Ví dụ: màu đỏ tinh khiết nhất
là FF0000. Các giá trị 000000 và FFFFFF tương ứng cho màu đen và trắng.
Chúng ta biết rằng sử dụng các số thập phân làm ký hiệu quen thuộc để cho kết
quả như nhau. Ví dụ: màu đỏ sáng nhất trong hệ thập phân có R = 255 (FF) và G

= B = 0
Hình 6.10(a) cho thấy 216 màu an toàn, sắp xếp theo thứ tự giảm dần giá
trị RGB. Hình vuông trong các mảng trên bên trái có giá trị FFFFFF (màu
trắng), hình vuông thứ hai bên phải của nó có giá trị FFFFCC, hình vuông thứ
ba có giá trị FFFF99 cùng trên hàng đầu tiên. Hàng thứ hai của cùng một mảng
có giá trị FFCCFF, FFCCCC, FFCC99. Và như vậy, Hình vuông cuối cùng của
mảng có giá trị FF0000 (màu đỏ sáng nhất). Hình vuông cuối cùng (dưới cùng
bên phải) của mảng có giá trị 000000 (màu đen). Điều quan trọng cần lưu ý là
không phải tất cả 8-bit màu xám có thể được bao gồm trong 216 màu an toàn.
Hình 6.10(b) cho thấy tất cả các mã hex của 256 màu có trong một hệ thống
RGB. Một số những giá trị bên ngoài của tập màu an toàn được đại diện đúng
đắn (về trên cường độ tương đối của chúng) trong hầu hết các hệ thống hiển thị.
Các màu xám từ nhóm màu an toàn, (KKKKKK)
16
, cho K = 0,3,6,9,C,F được
trình bày cụ thể trong Hình 6.10(b)
Nguyễn Thị Minh Hưng_K26 Trang
17
Hình 6.10
(a) 216 màu RGB.
(b)Tất cả các màu xám 256 màu trong hệ thống RGB (màu xám là một phần
của các nhóm màu an toàn được hiển thị phần gạch dưới).
Hình 6.11 cho thấy khối màu RGB. Không giống như các khối lập phương
(khối rắn) về đầy đủ màu sắc trong Hình 6.8, thì khối lập phương trong Hình
6.11 có giá trị màu sắc nằm trên những vùng bề mặt (mặt phẳng). Như thể hiện
trong Hình 6.10(a), mỗi mặt phẳng có tổng cộng 36 màu sắc, vì vậy toàn bộ bề
mặt của khối lập phương màu được bao phủ bởi 216 màu sắc khác nhau.
Nguyễn Thị Minh Hưng_K26 Trang
18
Hình 6.11 Khối lập phương về màu RGB


Như đã trình bày trong Phần 6.1: màu lục lam, đỏ tươi, và màu vàng là
những màu sắc thứ hai của ánh sáng, hoặc nói cách khác, là các màu sắc tố cơ
bản. Ví dụ: khi một bề mặt phủ một lớp sắc tố màu lục lam được chiếu sáng
bằng ánh sáng trắng, không có ánh sáng đỏ phản xạ từ bề mặt. Đó là, màu lục
lam trừ ánh sáng màu đỏ từ ánh sáng trắng, mà bản thân nó bao gồm tỉ lệ bằng
nhau của màu đỏ, xanh lá cây và màu xanh dương.
Hầu hết các thiết bị tạo ra các sắc tố màu trên giấy, chẳng hạn như máy in
màu và máy photocopy, yêu cầu dữ liệu đầu vào là CMY hoặc thực hiện một
chuyển đổi từ RGB đến CMY. Chuyển đổi này được thực hiện bằng cách đơn
giản sau:










Y
M
C
=











1
1
1
-










B
G
R
(6.2-1)
Với quy ước, tất cả các giá trị màu đã được chuẩn hóa với phạm vi [0,1],
phương trình (6.2-1) chứng minh rằng ánh sáng phản xạ từ một bề mặt phủ một
lớp màu lục lam tinh khiết không chứa màu đỏ (có nghĩa là, ta có phương trình:
C = 1 - R)
Tương tự như vậy, đỏ tươi nguyên chất không phản ánh màu xanh lá cây,
và màu vàng tinh khiết không phản ánh màu xanh. Phương trình (6.2-1) cũng
Nguyễn Thị Minh Hưng_K26 Trang

19
cho ta cách tính giá trị RGB từ một tập hợp các giá trị CMY bằng cách lấy 1 trừ
đi giá trị CMY. Như đã nêu ở trên, trong mô hình xử lý ảnh màu này được sử
dụng trong máy in để tạo ra bản in, vì vậy chuyển đổi ngược từ CMY qua RGB
thường ít sử dụng trong thực tế.
Theo Hình 6.4 nếu trộn tỉ lệ bằng nhau giữa 3 màu sắc tố: màu lục lam,
đỏ tươi, và màu vàng sẽ tạo ra màu đen. Vì vậy, để sản xuất ra một màu đen
thực sự (đó là màu sắc chủ đạo trong in ấn), một màu thứ tư là màu đen được
thêm vào, tạo ra mô hình màu CMYK. Vì vậy, khi các nhà xuất bản nói về "in
bốn màu" tức là họ đang đề cập đến ba màu sắc của mô hình màu CMY cộng
với màu đen.
 !"#
Như chúng ta đã thấy, việc tạo ra màu sắc trong các mô hình RGB và
CMY và thay đổi thành một mô hình khác là một việc quá trình đơn giản. Như
đã đề cập trước đó, các hệ thống màu sắc rất lý tưởng cho việc triển khai phần
cứng. Ngoài ra, mô hình hệ thống màu RGB phù hợp với thực tế là do mắt của
con người nhạy cảm cao đối với bộ ba màu sắc: màu đỏ, xanh lá cây, và màu
xanh dương. Tuy nhiên mô hình màu RGB, mô hình màu CMY, và các mô hình
màu tương tự khác là không thích hợp để mô tả màu sắc trong thực tế. Ví dụ,
người ta không đề cập đến màu sắc của một ô tô bằng cách đưa ra tỷ lệ phần
trăm các màu cơ sở. Hơn nữa, chúng ta nghĩ rằng các hình ảnh màu không gồm
ba hình ảnh màu chính kết hợp để tạo thành hình ảnh duy nhất.
Khi con người xem một đối tượng màu, chúng ta thường mô tả nó bằng
sắc màu, bão hòa màu, và độ sáng (độ chói). Xem lại nội dung đã trình bày trong
Phần 6.1 rằng sắc màu là một thuộc tính màu mô tả một độ tinh khiết màu (màu
vàng tinh khiết, màu cam, hoặc đỏ), trong khi bão hòa màu cho một thước đo
của mức độ mà một màu sắc tinh khiết được pha loãng bằng ánh sáng trắng. Độ
sáng là một mô tả chủ quan mà là thực tế không thể đo lường. Nó thể hiện quan
điểm tiêu sắc cường độ và là một trong những yếu tố quan trọng trong việc mô
Nguyễn Thị Minh Hưng_K26 Trang

20
tả cảm giác màu sắc. Chúng ta biết rằng cường độ (cấp độ xám) là một mô tả
đầy đủ nhất của hình ảnh đơn sắc. Số lượng này chắc chắn là có thể đo lường và
dễ giải thích. Mô hình chúng tôi muốn trình bày được gọi là mô hình màu HSI
(sắc màu, bão hòa màu, cường độ) tách riêng các thành phần cường độ từ những
thông tin mang màu sắc (sắc màu và bão hòa màu) trong một hình ảnh màu. Kết
quả cho ta thấy mô hình màu HSI là một mô hình lý tưởng cho việc phát triển
các thuật toán xử lý hình ảnh dựa trên mô tả màu sắc tự nhiên và trực quan với
con người, người mà phát triển và sử dụng các thuật toán. Chúng ta có thể tóm
tắt rằng mô hình màu RGB là lý tưởng cho thế hệ hình ảnh màu (như hình ảnh
chụp được bằng máy ảnh màu hoặc hình ảnh hiển thị trong một màn hình TV
màu), nhưng việc sử dụng mô hình này để mô tả màu sắc là bị hạn chế rất nhiều.
Các tài liệu sau cung cấp hiệu quả cách để làm điều này .
Như đã trình bày trong Ví dụ 6.1, một hình ảnh màu RGB có thể được
xem như là ba hình ảnh cường độ màu đơn sắc (đó là ba màu: màu đỏ, xanh lá
cây và xanh dương), vì vậy sẽ ngạc nhiên khi chúng ta có thể trích xuất cường
độ từ một hình ảnh RGB. Điều này trở nên rõ ràng hơn nếu chúng ta lấy khối lập
phương màu từ Hình 6.7 và vector gốc (0,0,0) là chuẩn hóa màu đen, và màu
trắng là vector (1,1,1) như thể hiện trong Hình 6.12(a). Chú đường nối trong
Hình 6.7, cường độ (quy mô xám) là theo đường nối hai đỉnh này. Theo biểu
diễn hình 6.12, đường nối (trục cường độ) giữa các đỉnh màu đen và màu trắng
là đường thẳng đứng. Vì vậy, nếu chúng ta muốn xác định các thành phần cường
độ của bất kỳ điểm màu trong Hình 6.12, chúng ta chỉ cần thông qua một mặt
phẳng vuông góc với trục cường độ và có chứa các điểm màu. Các giao điểm
giữa mặt phẳng với trục cường độ sẽ cung cấp cho chúng ta một điểm với giá trị
cường độ trong khoảng [0,1]. Chúng ta cũng lưu ý rằng bão hòa màu (độ tinh
khiết) của một màu sắc tăng theo một hàm của khoảng cách từ trục cường độ.
Trong thực tế, bão hòa màu của các điểm nằm trên trục cường độ bằng không,
thực nghiệm đã chứng tỏ được là tất cả các điểm dọc theo trục này có màu xám.
Nguyễn Thị Minh Hưng_K26 Trang

21
Để thấy sắc màu quyết định như thế nào đến một điểm RGB nhất định,
xem xét Hình 6.12 (b), trong đó cho thấy một mặt phẳng được xác định bởi ba
điểm (đen, trắng, và màu lục lam). Thực tế là các điểm đen và trắng được chứa
trong mặt phẳng cho chúng ta biết trên trục cường độ cũng được chứa trong mặt
phẳng. Hơn nữa, chúng ta thấy rằng tất cả các điểm có trong phần mặt phẳng
được xác định bởi các trục cường độ và ranh giới của khối lập phương có sắc
màu tương tự (màu lục lam trong trường hợp này). Chúng ta sẽ đi đến kết luận
bằng cách nhắc lại kiến thức Phần 6.1 rằng tất cả các màu sắc được tạo ra bởi ba
màu sắc nằm trong tam giác xác định được màu sắc của nó. Nếu hai trong số
những đỉnh đó là màu đen và màu trắng và màu thứ ba là một điểm màu sắc thì
tất cả các điểm trên hình tam giác sẽ có sắc màu tương tự bởi vì các thành phần
đen và trắng không thể thay đổi sắc màu (tất nhiên cường độ và bão hòa màu
của các điểm trong tam giác sẽ khác nhau). Bằng cách quay mặt phẳng về bóng
mờ trên trục cường độ thẳng đứng, chúng ta sẽ có được những sắc màu khác
nhau. Từ những khái niệm trên, chúng ta đi đến kết luận rằng các sắc màu, độ
bão hòa màu, và cường độ là những yếu tố cần thiết để hình thành mô hình màu
HSI có thể trích từ khối lập phương màu RGB. Có nghĩa là, chúng ta có thể
chuyển đổi bất kỳ điểm màu RGB tương ứng đến một điểm màu từ mô hình màu
HSI bằng cách lập ra các công thức hình học mô tả đã nêu ra trong phần trình
bày trước đó.
(a)(b)
Nguyễn Thị Minh Hưng_K26 Trang
22
Hình 6.12 Mối quan hệ giữa mô hình màu RGB và HSI .
Hình 6.13 Sắc màu và độ bão hòa màu trong các mô hình màu HSI. Dấu chấm
là một điểm màu sắc tùy ý. Góc từ trục màu đỏ cho ta sắc màu, và chiều dài của
vector là bão hòa màu. Cường độ của tất cả các màu sắc trong bất kỳ của những
mặt phẳng được đưa ra bởi các vị trí của mặt phẳng trên các trục cường độ theo
chiều dọc.

Điều quan trọng cần lưu ý liên quan đến việc sắp xếp khối Hình 6.12 và
không gian màu HSI tương ứng của nó là không gian màu HSI được đại diện bởi
một trục cường độ dọc và quỹ tích của các điểm màu nằm trên mặt phẳng vuông
góc với trục này. Như những mặt phẳng di chuyển lên xuống trên trục cường độ,
ranh giới được xác định bởi giao điểm của mỗi mặt phẳng với bề mặt của khối
lập phương có thể hoặc là một hình tam giác hoặc hình lục giác. Điều này có thể
hình dung như thế sẽ dễ hơn bằng cách nhìn vào khối trục màu xám như thể hiện
trong Hình 6.13(a). Trong mặt phẳng này, chúng ta thấy rằng các màu cơ bản
được phân cách bằng 120
0
. Những màu sắc trung là 60
0
từ màu cơ sở, có nghĩa
là góc giữa thứ 2 cũng là 120
0
. Hình 6.13(b) cho thấy hình dạng lục giác giống
Nguyễn Thị Minh Hưng_K26 Trang
23
nhau và một điểm màu sắc tùy ý (thể hiện như một dấu chấm). Các màu sắc của
các điểm được xác định bởi một góc từ một số điểm tham chiếu. Thường (nhưng
không luôn luôn) một góc 0
0
từ trục màu đỏ chỉ định 0 sắc màu, và sắc màu tăng
theo chiều ngược chiều kim đồng hồ. Độ bão hòa màu (khoảng cách từ trục
tung) là độ dài của vector từ gốc đến điểm. Lưu ý rằng gốc được xác định bởi
giao giữa mặt phẳng màu với cường độ trên trục thẳng đứng. Các yếu tố quan
trọng của không gian màu HSI là trục thẳng đứng cường độ, độ dài của vector
đến một điểm màu, và góc tạo giữa vector này làm với trục màu đỏ. Vì vậy, việc
xác định mặt phẳng HSI như đã trình bày được biểu diễn bởi hình lục giác, hình
tam giác, hoặc thậm chí một vòng tròn như Hình 6.13(c) và Hình 6.13(d) là

chính xác. Hình dạng lựa chọn không quan trọng, vì bất kỳ một trong những
hình dạng nào cũng có thể biến đổi hình học thành một trong hai hình dạng kia.
Hình 6.14 Cho thấy mô hình HSI dựa trên hình tam giác màu và cũng như trên
vòng tròn.
(a)
Nguyễn Thị Minh Hưng_K26 Trang
24
(b)
Hình 6.14 Mô hình màu HSI dựa trên (a)mặt phẳng màu hình tam giác và (b)
mặt phẳng màu hình tròn. Hình tam giác và hình tròn vuông góc với trục cường
độ theo chiều dọc.
$%&'(&)!"#
Đưa ra một hình ảnh màu trong mô hình RGB, thành phần H của mỗi
điểm ảnh RGB được biểu diễn bởi phương trình tổng quát
với
Phương trinh tổng quát của yếu tố bão hòa màu:
Nguyễn Thị Minh Hưng_K26 Trang
25