色彩在影像處理中扮演什麼角色?
色彩是什麼?
波長在 380 nm 到 780 nm 之間的電磁波,會對人類產生色彩的印象。雖然在此範圍以外的波,肉眼看不見,但可利用特殊器材加以偵測。肉眼可見的範圍,係由三種具備不同色彩感光度的受體而來。大腦將這些訊號處理成為單一的色彩印象。
經常黑白影像就夠用了
要用彩色相機產生彩色資訊,並不容易:以最簡單的形式來說,一般的彩色相機需要 2x2 畫素的資訊,以所謂的 Bayer 圖樣來計算一個畫素的色彩值;這稱為 2x2 debayering。因為這是一個插值,因此 2x2 矩陣的結果相對比較差。更常使用的是 3x3 或以上的矩陣。黑白相機以更為線性的方式,自其每個畫素取得資訊,即 1:1 取自其畫素陣列。
但肉眼的設計是當作通用工具。我們並不是時時需要用到色彩視力;有時只需要感知物體的亮度值就夠了。這就和影像處理很相似。
許多應用在影像處理時可以完全免去色彩資訊。在其他情形下,可以使用彩色光源或彩色濾鏡以及黑白相機,來選擇產生某類型的色彩資訊;例如紅色物體上的綠色區域,使用紅光照射時會顯現為黑色。
在許多案例中,利用彩色相機來進行彩色描繪是沒有入要的;當仔細分析應用需求後,就可以避免隨之而來的技術困難。
色彩相關主題愈來愈愈重要
對彩色相機的需求也愈來愈大。為什麼會對彩色相機有這麼強的需求,可能是因為新應用中的影像不再只用於電腦分析而已,影像也要具備肉眼可接受的品質。再者,影像中附加的色彩資訊,能讓影像處理和分析具有更廣泛、更多用途的可能性。
彩色相機的應用領域
印刷品檢測領域是工業彩色影像處理的一個例子。由於高科技之賜,印刷品檢測已能自動化進行。各種精巧,以相機進行的檢測系統,像是標籤與包裝。顯色效果的控制是特別重要的工作;舉例來說,在檢測食品包裝時,必須讓消費者覺得食品看起來「酥脆」又「新鮮」,這樣就可以加強購買慾。
用以檢查色彩的檢測系統,依賴一個經過最佳化、標準化的色彩描述,因為只有這樣,才能確保在遇到相同的色彩資訊時,不同的裝置和系統才能產生一致的結果。一切的「客戶」與衡量標準都操之在人:以印刷工業為例,肉眼透過顯示器進行最後的印刷影像控制。我們的視覺器官非常敏銳,最細微的偏差也能明察秋毫,因此顯示器的顯色性必須盡量逼真,以避免發生錯誤。
這只不過是眾多應用中,高色彩精確性扮演關鍵角色的其中之一。
總結
色彩是重要的資訊媒介,可在許多應用的影像處理過程中執行檢測任務。但是人腦對處理彩色影像具有強大的能力,這通常意味著我們會低估正確處理彩色影像的難度。幸好許多應用只需要黑白相機。至於其他實際需要彩色相機的情況,許多彩色相機都提供實用的功能,有助處置彩色影像,而且不會增加處理器的負載。