2.3 伪彩色及伪彩色处理技术

我们在网上能看到大量的彩色照片，有些光怪陆离，煞是好看。在欣赏这些美丽图像的时候，你有没有想过，或许这些看似很真实的图像并不是真实的，而是经过处理的。

2.3.1 伪彩色图像

伪彩色图像是灰度图像经过伪彩色处理后得到的彩色图像，其目的是增强图像的视觉效果，提高图像的分辨力。因为人的眼睛只能区分20多种不同等级的灰度，但却能辨别出上千种不同的彩色。对于灰度图像中具有微小差别的灰度值，人眼难以分辨，若赋予不同的彩色后，就很容易分辨，从而提高图像的分辨力。

例如，中国嫦娥一号月球图片是遥感图像（遥感图像，具体的成像原理见第4章），通常为黑白图像，即只有从黑到白不同等级的灰度。为了提高图像的分辨力，将其处理成彩色。伪彩色图像相对灰度图像能够识别更多的细节，可分辨性更强。而且由于色彩鲜艳，直观性更强；再者，从灰度到彩色转换方式灵活，可以根据需要自行设计转换函数，或者自制映射表进行颜色转换，所以伪彩色处理技术具有广泛的应用空间。

可以对比图2-5（a）和（c），两个都是图2-5（b）原灰度图的伪彩色图，由于不同的伪彩色处理技术而具有不同的效果。

再举一个比较常见的例子，脑部 CT 图。由于这些图像的成像原理不是因可见光成像，而是指 X线透过人体组织结构时被吸收的程度（具体内容见第4章），所以只有一个颜色分量，而且这个颜色分量和颜色没有关系。但为了增加分辨力，我们可以将这个一维的颜色值通过伪彩色处理技术转换成三颜色分量的彩色图像，如图2-6所示。

医学方面的图像均是灰度图像（原理见第4章）。我们看到彩色的医学图像都是经过伪彩色处理技术转换得到的。

2.3.2 伪彩色处理技术

在显示或记录时，根据黑白图像各像素灰度的大小，按一定的规则赋予它们不同的色彩，于是就将黑白图像变换成彩色图像，这种处理方法称为伪彩色处理技术。

伪彩色处理技术是一种有效的图像增强措施，其目的是提高图像的分辨力。这种变换是输入和输出图像对应像素间的一对一的映射，不涉及其他像素及空间位置的改变。伪彩色图像的颜色是经处理后产生的颜色，所以伪彩色图像的颜色与原始景物的自然颜色无一致关系。

伪彩色增强是将单通道图像变换为多通道彩色图像。不同特点的灰度图像伪彩色处理的转换公式不同，常见而简单的如图2-7所示。

图2-7最左边的转换是红色分量的变换。将低于L/2的灰度级映射为最暗的红色，介于L/2至3L/4之间的按线性变换，介于3L/4至L的映射为最亮的红色，其中L为255。

图2-7中间的转换是绿色分量的变换。将小于L/4的灰度按线性变换，介于L/4至3L/4之间的转换成最亮的红色，大于3L/4的按线性变换。

图2-7最右边的转换是蓝色分量的变换。将小于L/4的灰度映射成最亮的蓝色，介于L/4至L/2之间的按线性变换，大于L/2的映射成最暗的蓝色。

用这种组合方案，能使整个灰度范围内的任何两种灰度都具有不同的彩色。当然，这种转换方法不唯一，可以根据需要自行设定，也可以自制颜色映射表。

伪彩色处理的方法有很多，主要有灰度分割法、灰度级-伪彩色变换法和频域伪彩色处理等方法（有关具体的彩色处理的方法，请查阅图像处理资料）。

根据上面的伪彩色处理的转换公式图可以看出，当灰度值是0，也就是黑色时，映射的彩色图像的颜色是蓝色；当灰度值是255，也就是白色时，映射的彩色图像的颜色是红色。图2-8（b）和（e）就是采用上面的伪彩色转换公式而得到的转换结果，而图2-8（c）和（f）是采用另外两种伪彩色转换公式得到的结果。从这几幅伪彩色图像中可以看出，采用不同的伪彩色转换公式所得的彩色图像效果并不相同。具体采用哪种伪彩色转换需要视原灰度图像的颜色特点和内容，以及人们研究的重点而定。

总而言之，伪彩色处理的目的是将人眼不能区分的微小的灰度差别显示为明显的色彩差异，从而便于解释和提取有用信息。