图像的彩色空间表示及其转换
3.1 数字图像和图形的基本原理
3.1.3 图像的指标
1.分辨率
分辨率是影响位图的质量的重要因素 , 它有三种形式 : 显示分辨率、图像分辨率和像素分辨率。应正确理解这三者之间的区别。
按照不同的图像分辨率来扫描图像，可以看出图像分辨率与显示分辨率的关系和不
2. 像素深度
定义：也称为位深度或颜色深度。指位图中记录每个像素点所占的二进制位数。
屏幕上的每一个像素都要在内存中占有一个或多个位
3. 调色板
定义在生成一幅位图时 , 图像处理软件要对图像中不同的色调进行采样 , 产生包含该图像中各种颜色的颜色表 , 这个颜色表就称为调色板。
4．位图文件的大小
5.α通道
3.2 图像文件格式1、矢量图形及其格式
2 位图图像及其格式
同一内容的素材，采用不同的格式，其形成的文件的大小和质量有很大的差别。
3.4.1 颜色基本概念
1.亮度
明亮程度，光作用于人眼时所引起的明亮程度不同
2 色调
色调反映颜色的种类。
3．饱和度
饱和度是指
4．色度
通常，把色调和饱和度称为色度，则亮度表示某彩色光的明亮程度，色度表示颜色的类别和深浅程度。5．三基色原理
定义：自然界常见的各种颜色光，都可以由红、绿、蓝三种颜色光按不同的比例相配混合而成，同样，各种颜色的光也可以分解成红、绿、蓝三种颜色，这就称为三基色原理。
计算机
色彩的叠加
6．亮度方程
亮度Y
人眼对于相同程度单色光的主观亮度感觉不同，
当白光的亮度用
6．色彩模型
一个比较好的描述色彩的模型是采用色调、饱和度、和亮度来描述。这三个分量定义了一个彩色空间，即一个三维模型，其中一条轴用以表示色调，一条轴用以表示饱和度，还有一条轴表示亮度。
3.4.2 彩色空间
1.RGB彩色空间
一个能发出光波的物体称为有源物体，它的颜色由该物体发出的光波决定，使用RGB相加混合模型。
计算机彩色显示器的输入需要RGB三个彩色分量，通过三个分量的不同比例，在显示屏幕上合成所需要的任意颜色。在RGB彩色空间，任意彩色光F的配色方程可表达为
F = r[R]（红色百分比） +g[G]（绿色百分比） + b[B]（蓝色百分比）
2．CMY色彩空间
一个能不发光波的物体称为无源物体，它的颜色由该物体吸收或者反射哪些光波决定，使用CMY相减混合模型。
彩色印刷或彩色打印的纸张是不能发射光线的，因而印刷机或彩色打印机就只能使用一些能够吸收特定的光波而反射其它光波的油墨或颜料。
油墨或颜料的三基色是青（Cyan）、品红（Magenta）和黄（Yellow），简称为CMY。青色对应蓝绿色；品红对应紫红色。理论上说，任何一种由颜料表现的色彩都可以用这三种基色按不同的比例混合而成，这种色彩表示方法称CMY色彩空间表示法。彩色打印机和彩色印刷系统都采用CMY色彩空间。
青色，品红，黄色分别是红、绿、蓝三色的补色。
3.YUV和YIQ彩色空间
电视系统中用YUV和YIQ模型来表示的彩色图像。
·PAL彩色电视制式中使用YUV模型
··Y表示亮度信号
··U、V表示色差信号，UV构成彩色的两个分量。
·NTSC彩色电视制式中使用YIQ模型，其中Y表示亮度，I、Q是两个彩色分量。
YUV 彩色空间特点
·亮度信号（Y）和色度信号（U，V）是相互独立的，也就是Y信号分量构成的黑白灰度图与用U，V信号构成的另外两幅单色图是相互独立的。由于Y，U，V是独立的，所以可以对这些单色图分别进行编码。黑白电视机能够接收彩色电视信号也就是利用了YUV分量之间的独立性。
电视系统为什么采用YUV或YIQ模型呢？
·眼对彩色图象细节的分辨本领比对黑白图象低，因此，对色差信号， U , V，可以采用"大面积着色原理"。
大面积着色原理：用亮度信号Y 传送细节，用色差信号U . V 进行大面积涂色。因此，彩色信号的清晰度由亮度信号的带宽保证，而把色差信号的带宽变窄。正是由于这个原因，在多媒体计算机中，采用了YUV 彩色空间，数字化的表示，通常采用Y:U:V = 8:4:4，或者 Y:U:V = 8:2:2。
例如8:2:2具体的做法是：对亮度信号Y，每个像素都用8位2进制数表示（可以有256级亮度），而U ，V 色差信号每4个像素点用一个8位数表示，即画面的粒子变粗，但这样能够节约存储空间，将一个像素用24为表示压缩为用12位表示，节约1/2存储空间，而人的眼睛基本上感觉不出这种细节的损失，这实际上也是图像压缩技术的一种方法。
YIQ彩色空间的优点
美国，日本等国采用了NTSC制式，选用的是YIQ彩色空间。Y仍为亮度信号，I，Q仍为色差信号，他们与U, V不同，（但可以相互转换）。
·选择YIQ彩色空间的好处:
人眼的彩色视觉的特性表明，人眼分辨红、黄之间颜色变化的能力最强，而分辨蓝与紫之间颜色变化的能力最弱。通过一定的变化，I对应于人眼最敏感的色度，而Q对应于人眼最不敏感的色度。这样，传送Q 可以用较窄的频宽，而传送分辨率较强的I信号时，可以用较宽的频带。对应于数字化的处理，可以用不同位数的字节数来记录这些分量。
4．HIS彩色空间
介绍：
HSI色彩空间是从人的视觉系统出发，用色调（Hue）、色饱和度（Saturation或Chroma）和亮度（Intensity 或Brightness）来描述色彩。
HSI色彩空间可以用一个圆锥空间模型来描述。用这种描述HSI色彩空间的圆锥模型相当复杂，但的确能把色调、亮度和色饱和度的变化情形表现得很清楚。
HSI彩色空间的优点：
·我们通常把色调和饱和度通称为色度，用来表示颜色的类别与深浅程度。由于人的视觉对亮度的敏感程度远强于对颜色浓淡的敏感程度，为了便于色彩处理和识别，人的视觉系统经常采用HSI色彩空间，它比RGB色彩空间更符合人的视觉特性。
·采用HSI彩色空间减少彩色图象处理的复杂性，增加快速性，它更接近人对彩色的认识和解释。例如对色调、饱和度和亮度通过算法进行操作。在图象处理和计算机视觉中的大量算法，都可以在HIS空间中方便的使用。它们可以分开处理而且是互相独立的，因此HIS彩色空间可以大大简化图像分析和处理的工作量。
3.4.3 彩色空间的转换
RGB，HSI，YUV，CMYK等不同的色彩空间只是同一物理量的不同表示法，因而它们之间存在着相互转换关系，这种转换可以通过数学公式的运算而得。例如，CMY为相减混色，它与相加混色的RGB空间正好互补。
1.RGB与CMYK彩色空间的转换
CMYK为减基色，RGB为加基色，两个空间正好互补，用白色减去RGB空间中的某一彩色值就等于同种颜色在CMYK空间中的值。如下图所示：
红色＋青色＝绿色＋品红＝蓝色＋黄色＝白色
2. YUV与RGB之间的转换
Y＝0.229R＋0.587G＋0.114B
U＝－0.147R－0.289G+0.436B
V=0.615R－0.515G－0.100B
3. YIQ与RGB之间的转换
Y＝0.299R＋0.587G＋0.114B
I＝0.596R－0.275G－0.321B
Q=0.212R－0.523G＋0.311B
4．HIS与RGB之间的转换
I＝（R＋G＋B）/3
H＝{90－Arctan（F/）+[0,G>B;180,G S=1-[min（R，G，B）/I] 3.4 图形图像处理软件 图像有两种图形格式，一种是位图图像、一种是矢量图形。创作和编辑矢量图形的常用软件有CorelDraw、Adobe Illustrator、Macromedia Freehand等,这些软件一般功能都很相近。图像编辑软件很丰富，Photoshop是公认的最优秀的专业图像编辑软件之一。 3.4.1 图形处理软件简介 1.CorelDraw 简介： 2.Illustrator Illustrator是Adobe公司出品的全球最著名的图形软件，在封面设计、广告设计、产品演示、网页设计等方面给设计者提供了无限的创意空间，以其强大的功能和体贴用户的界面已经占据了全球矢量编辑软件中的大部分份额。。 3.FreeHand FreeHand是一个功能强大的平面图形设计软件，一个以向量为基础的绘图应用程式。在机械制图、绘制建筑蓝图，海报招贴制作、广告创意的实现等方面都是一件强大、实用而又灵活的利器。使用 FreeHand，可以以任何解析度进行缩放及列印的向量图形，且无损细节或清晰度。建立印刷品及诸如标志和广告标题等网页图形图例。亦可使用 FreeHand 来将自己的图稿转换成 Flash 动画。Freehand在图像方面可能不会有什么特别的优势，不过在文字处理方面，Freehand就有着明显的优势。在目前的矢量绘图领域，Freehand一直与Illustrator、CorelDraw并驾齐驱。 实验四、图像的几何变换与彩色处理 一、实验目的 1理解和掌握图像的平移、垂直镜像变换、水平镜像变换、缩放和旋转的原理和应用； 2熟悉图像几何变换的MATLAB操作和基本功能 3 掌握彩色图像处理的基本技术 二、实验步骤 1 启动MATLAB程序，读入图像并对图像文件分别进行平移、垂直镜像变换、水平镜像变换、缩放和旋转操作 %%%%%%平移 >> flowerImg=imread('flower.jpg'); >> se=translate(strel(1),[100 100]); >> img2=imdilate(flowerImg,se); >> subplot(1,2,1); >> imshow(flowerImg); >> subplot(1,2,2); >> imshow(img2); I1=imread('flower.jpg'); I1=double(I1); H=size(I1); I2(1:H(1),1:H(2),1:H(3))=I1(H(1):-1:1,1:H(2),1:H(3)); I3(1:H(1),1:H(2),1:H(3))=I1(1:H(1),H(2):-1:1,1:H(3)); Subplot(2,2,1); Imshow(uint8(I1)); Title('原图'); Subplot(2,2,2); Imshow(uint8(I3)); Title('水平镜像'); Subplot(2,2,3); Imshow(uint8(I2)); Title('垂直镜像'); img1=imread('flower.jpg'); figure,imshow(img1); %%%%%%缩放 img2=imresize(img1,0.25); figure,imshow(img2); imwrite(img2,'a2.jpg'); 空间坐标转换说明 集团文件版本号：（M928-T898-M248-WU2669-I2896-DQ586-M1988） 坐标转换说明 GPS 接收机接收到GPS （大地坐标：经度、纬度和高度值）信号后，并不利于显示，需要将大地坐标进行转换，现选用东北天坐标系（也叫站心坐标系）作为显示的依据。 GPS 接收机接收到的第一个信号L （经度）、B （纬度）和H （高度），作为东北天坐标系的原点。当接收到第二个信号时L 1、B 1和H 1，应用坐标转换公式，转换到东北天坐标系下进行显示。依次类推，凡是接收到的GPS 信号都转换到东北天坐标系下进行显示，在东北天坐标系下预测出来的坐标值通过坐标转换公式在显示屏上显示大地坐标（经度、纬度和高度）。 1.大地坐标与直角坐标的相互转化 对空间某一点，大地坐标系(L ,B ,H )到直角坐标系(X ,Y ,Z )的转换关系如下： ?? ? ?? +-=+=+=B H e N Z L B H N Y L B H N X sin ])1([sin cos )(cos cos )(2（1） 由直角坐标系(X ,Y ,Z )转化到大地坐标系(L ,B ,H )的公式如下： ??? ? ??? --=+-++==)1(sin /]})1((/[)(arctan{) /arctan(2222e N B Z H H e N Y X H N Z B X Y L （2） 式中：B e a N 22sin 1/-=，N 为该点的卯酉圈曲率半径；2222/)(a b a e -=，a 、 b 、e 分别为该大地坐标系对应参考椭球的长半轴、短半轴和第一偏心率。长半轴 a =6378137±2m ，短半轴 b =6356.7523142km ，90130066943799.02=e 。 从公式（2）看出，经度比较容易求得，纬度和高度必须通过迭代计算获直接计算得到。迭代计算的次序为：N H B →→，通常迭代四次可以达到H 优于0.001m ，B 优于0.00001''的计算精度；教科书中给出的直接法计算公式比较繁琐，有的计算公式的应用条件受到一定限制，例如要求大地高度小于10000m 时，才能使B 、H 达到上述计算精度，有的直接计算公式精度较低。 根据[张华海]提供的方法，本文建议采用该方法将直角坐标（X ,Y ,Z ）转变成大地坐标（L ,B ,H ）。该方法的公式形式比较简便，B 、H 的计算精度高；用计算出 Matlab图像颜色空间转换 实验内容 用matlab软件编程实现下述任务: 读入彩色图像,提取其中得R、G、B颜色分量,并展示出来。 我们学习了多种表示图像得颜色空间,请编写程序将图像转换到YUV、YIQ、YCrCb、HIS、CMY等颜色空间,并展示出来。 颜色空间得转化关系参考以下公式: 原始图片 三个色调分量 YUV与RGB之间得转换 Y＝0、229R＋0、587G＋0、114B U＝－0、147R－0、289G+0、436B V=0、615R－0、515G－0、100B YIQ与RGB之间得转换 Y＝0、299R＋0、587G＋0、114B I＝0、596R－0、275G－0、321B Q=0、212R－0、523G＋0、311B YCrCb与RGB之间得转换 Y = 0、2990R + 0、5870G + 0、1140B? Cr = 0、5000R 0、4187G 0、0813B + 128 Cb = 0、1687R 0、3313G + 0、5000B + 128 HSI与RGB之间得转换 I＝(R＋G＋B)/3 H＝arccos{ 0、5*((RG)+(RB)) / ((RG)^2 + (RB)(GB))^0、5} S=1[min(R,G,B)/ I ] CMY与RGB之间得转换 心得体会 查阅了很多资料,并且学习了关于matlab实现图像颜色空间转换得过程。不同得颜色空间在描述图像得颜色时侧重点不同。如RGB(红、绿、蓝三原色)颜色空间适用于彩色监视器与彩色摄像机,HSI(色调、饱与度、亮度)更符合人描述与解释颜色得方式(或称为HSV,色调、饱与度、亮度),CMY(青、深红、黄)、CMYK(青、深红、黄、黑。)主要针对彩色打印机、复印机等,YIQ(亮度、色差、色差)就是用于NTSC规定得电视系统格式,YUV(亮度、色差、色差)就是用于PAL规定得电视系统格式,YCbCr(亮度单一要素、蓝色与参考值得差值、红色与参考值得差值)在数字影像中广泛应用。近年来出现了另一种颜色空间lαβ,由于其把亮度与颜色信息最大限度得分离,在该颜色空间可以分别处理亮度或颜色而不相互影响。 通过这次实验,实现了五种颜色空间得转换,瞧到了不同得绚丽结果,掌握了一些基本得知识。 程序 clear rgb=imread('G:\Learning\MultiMedia\666、jpg'); rgb2hsi(rgb); rgb_r=rgb(:,:,1); 1．已知a＝（2，－1，3），b＝（－1，4，－2），c＝（7，5，λ），若a、b、c三向量共面，则实数λ等于( ) A．62 7 B．637 C．647 D．657 2．直三棱柱ABC—A1B1C1中，若CA A．a+b－c ?a,CB?b,CC1?c，则A1B? ( ) B．a－b+c C．－a+b+c D．－a+b－c3．已知a+b+c＝0，|a|＝2，|b|＝3，|c|＝，则向量a与b之间的夹角?a,b?为 ( ) A．30°B．45°C．60°D．以上都不对 4．已知△ABC的三个顶点为A（3，3，2），B（4，－3，7），C（0，5，1），则BC边上中线长( ) A．2 B．3 C．4 D．5 5．已知a?3i?2j?k,b?i?j?2k,则5a与3b的数量积等于( ) A．－15 B．－5 C．－3 D．－1 6．已知OA?(1,2,3)，OB?(2,1,2)，OP?(1,1,2)，点Q在直线OP上运动，则当QA?QB 取得最小值时，点Q的坐标为( ) 131123448A．(,,) B．(,,) C．(,,) 243234333D．(447,,)333二、填空题7．若向量a?(4,2,?4),b?(6,?3,2)，则(2a?3b)?(a?2b)?__________________。 8．已知向量a?(2,?1,3),b?(?4,2,x)，若a?b，则x?______；若a//b则x? ______。已知向量a?(3,5,1)，b?(2,2,3)，c?(4,?1,?3)，则向量2a?3b?4c的坐标为 .14．如图正方体ABCD-A1B1C1D1中，E、F、G分别是B1B、AB、BC的中点． （1）证明D1F⊥平面AEG； （2）求cos?AE，D1B? 19．（14分）如图所示，直三棱柱ABC—A1B1C1中，CA=CB=1，∠BCA=90°，棱AA1=2，M、N分别是A1B1、A1A的中点. （1）求BN的长； （2）求cos的值； （3）求证A1B⊥C1M. 坐标转换方法 空间直角坐标系如果其原点不动，绕着某一个轴旋转而构成的新的坐标系，这个过程就叫做坐标旋转。在旧坐标系中的坐标与在旋转后新坐标系中的坐标有一定的转换关系，这种转换关系可以用转换矩阵来表示。 如图5.7，直角坐标系XYZ，P点的坐标为（x, y, z），其相应的在XY 平面，XZ平面，YZ平面分别为M（x, y,0），Q（x,0, z）和N（0, y, z）。 图5.7直角坐标系XYZ 设?表示第j 轴的旋转角度，R j (?) 表示绕第j 轴的旋转，其正方向是沿坐标轴向原点看去的逆时针方向。很明显当j 轴为旋转轴时，它对应的坐标中的j 分量是不变的。由于直角坐标系是对称的，下面我们以绕Z轴旋转为例推导其旋转变换矩阵，其它两个轴推导和它是一样的。 设图5.7的坐标绕Z轴逆时针旋转θ角度，新坐标为X 'Y'Z'，如图5.8所示： 图5.8 坐标绕Z 轴逆时针旋转θ角度 由于坐标中的z 分量不变，我们可以简化地在XY 平面进行分分析，如图 5.9所示： 图5.9坐标绕Z 轴逆时针旋转θ 角度的XY 平面示意图 点 M X 和点M X ' 分别是M 点在X 轴和X '轴的投影。如图5.9 cos cos() sin sin() X X X X x OM OM MOM OM y MM OM MOM OM ?θ?θ==∠=-??==∠=-? （5-1） cos cos sin sin X X X X x OM OM MOM OM y MM OM MOM OM ? ?'''''==∠=??'==∠=? （5-2） 把（5-1）式按照三角函数展开得： cos cos sin sin sin cos cos sin x OM OM y OM OM ?θ?θ ?θ?θ=+??=+? （5-3） 把（5-2）式代入（5-3）式得： cos sin sin cos x x y y x y θθ θθ''=+??''=-+? （5-4） 坐标中的z 分量不变，即z = z'这样整个三维坐标变换就可以写成（用新坐标表 示旧坐标） cos sin sin cos x x y y x y z z θθ θθ''=+? ?''=-+??' =? （5-5） 把式（5-5）用一个坐标旋转变换矩阵R Z (θ) 表示可以写成： VC编程实现灰度图像与彩色图像的相互转换 PhotoShop的图像处理功能很强，其中有一个功能是将灰度图像转换为彩色图像，数字图像处理中，也经常要遇到灰度图像与彩色图像相互转换的问题，如何自己解决这个问题，值得大家探讨，现将我解决这类问题的方法陈述如下： 工程应用中经常要遇到需要把彩色图像到灰度图像的变换的问题，采集卡过来的图像为彩色图像，为加快处理速度，要把彩色图像转换为黑白图象，这个问题比较好解决，一般情况下彩色图像每个像素用三个字节表示，每个字节对应着R、G、B分量的亮度（红、绿、蓝），转换后的黑白图像的一个像素用一个字节表示该点的灰度值，它的值在0~255之间，数值越大，该点越白，既越亮，越小则越黑。转换公式为Gray(i,j)=0.11*R(i,j)+0.59*G(i,j)+0.3*B(i,j)，其中Gray(i,j)为转换后的黑白图像在（i,j）点处的灰度值，我们可以观察该式，其中绿色所占的比重最大，所以转换时可以直接使用G值作为转换后的灰度。 至于灰度图像转换为彩色图像，技术上称为灰度图像的伪彩色处理，这是一种视觉效果明显而技术又不是很复杂的图像增强技术。灰度图像中，如果相邻像素点的灰度相差不大，但包含了丰富的信息的话，人眼则无法从图像中提取相应的信息，因为人眼分辨灰度的能力很差，一般只有几十个数量级，但是人眼对彩色信号的分辨率却很强，这样将黑白图像转换为彩色图像人眼可以提取更多的信息量。在转换过程中，经常采用的技术是灰度级-彩色变换，意思就是对黑白图像上的每一个像素点，取得该点的灰度值并送入三个通道经过实施不同的变换，产生相应的R、G、B的亮度值，即所求彩色图像对应像素点的彩色值，具体变换公式很多，我采用的是最常用的一种，变换曲线图如下： 上图中，三个图分别代表了三个变换通道，R、G、B指的是变换后对应点的R、G、B分量值，L指的是各个分量的最大值为255，G（x,y）为相应点的灰度值。理论上就这些，下面是我用VC实现的源代码，图一为我的灰度位图，图二为伪彩色处理后的结果图。我这个实现函数中是如何得到灰度位图的数据的就不多讲了，有兴趣的朋友可参考我在天极网上九月十号发表的《VC灰度位图处理》一文，那里应该讲的很 §10.2坐标转换工具 HGO 数据处理软件包提供了坐标转换程序，可以进行地方坐标与WGS-84坐标的相互转换，同时具备参数求解功能。 下面对这个工具进行介绍： 10.2.1概述 首先，介绍一下常见的三种坐标表示方法：经纬度和椭球高（BLH），空间直角坐标（XYZ），平面坐标和水准高程（xyh/NEU）。注意：椭球高是一个几何量，而水准高是一个物理量。 我们通常说的WGS-84坐标是经纬度和椭球这一种，北京54坐标是平面坐标和水准高程这一种，实质是有平面基准和高程基准组成的。 此外，再注意一下坐标转换的严密性问题，在同一个椭球里的纯几何转换都是严密的（BLH<->XYZ），而在不同的基准之间的转换是不严密的。举个例子，在WGS-84坐标和北京54坐标之间是不存在一套转换参数可以全国通用的，因为前者是一个地心坐标系，后者是一个参心坐标系。高程转换是由几何高向物理高转换。因此在每个地方必须用椭球进行局部拟合，通常用7参数模型来拟合。 那么，两个椭球间的坐标转换应该是怎样的呢？一般而言比较严密的是用七参数法（或称布尔莎模型），即X平移，Y平移，Z平移，X旋转，Y旋转，Z旋转，尺度变化K。要求得七参数就需要在一个地区需要3个以上的已知点（7个参数至少7个方程可解，所以需要三个点列出9个方程），如果区域范围不大、最远点间的距离不大于30Km(经验值)的情况可以用三参数，即X平移，Y平移，Z平移，而将X旋转，Y旋转，Z旋转，尺度变化K视为0，所以三参数只是七参数的一种特例。 七参数模型的实质是用一个局部椭球去拟合地方坐标系的形态；所以转换后获得的地方椭球高就是水准高。当然我们也可以把平面和高程两个方向分别进行拟合。例如平面用四参数模型拟合，高程方向则用二次曲面等模型来拟合。这样分开处理的模式相对七参数模型自由度更高。但是由于四参数模型参数较少，表达能力较弱，通常只用于小区域坐标转换。 综上所述，从实用的角度出发，坐标转换程序提供了两种转换策略供给客户选择使用： 1.七参数模型，一步得到地方平面和水准数据。 2.四参数加高程拟合模型，分两步得到地方平面和水准数据。 由于各厂家的模型和流程定义可能是不一样的，这里就我们公司的转换流程描述如下：七参数的转换过程是这样的： 坐标与直角空间坐标转换计算公式 一、参心坐标与参心空间直角坐标转换 1名词解释： A ：参心空间直角坐标系： a) 以参心0为坐标原点； b) Z 轴与参考椭球的短轴（旋转轴）相重合； c) X 轴与起始子午面和赤道的交线重合； d) Y 轴在赤道面上与X 轴垂直，构成右手直角坐标系0-XYZ ； e) 地面点P 的点位用（X ，Y ，Z ）表示； B ：参心坐标系： a) 以参考椭球的中心为坐标原点，椭球的短轴与参考椭球旋转轴重合； b) 纬度B ：以过地面点的椭球法线与椭球赤道面的夹角为纬度B ； c) 经度L ：以过地面点的椭球子午面与起始子午面之间的夹角为经度L ； d) 高H ：地面点沿椭球法线至椭球面的距离为高H ； e) 地面点的点位用（B ，L ，H ）表示。 2 参心坐标转换为参心空间直角坐标： ?? ? ?? +-=+=+=B H e N Z L B H N Y L B H N X sin *])1(*[sin *cos *)(cos *cos *)(2 公式中，N 为椭球面卯酉圈的曲率半径，e 为椭球的第一偏心率，a 、b 椭球的长短半径，f 椭球扁率，W 为第一辅助系数 a b a e 2 2-= 或 f f e 1*2-= W a N B W e = -=22 sin *1( 80椭球参数： 长半轴a=6378140±5（m ） 短半轴b=6356755.2882m 扁 率α=1/298.257 3 参心空间直角坐标转换参心坐标 [ ] N B Y X H H e N Y X H N Z B X Y L -+= +-++==cos ))1(**)() (*arctan() arctan(2 22 2 2 二 高斯投影及高斯直角坐标系 1、高斯投影概述 高斯-克吕格投影的条件：1. 是正形投影；2. 中央子午线不变形 高斯投影的性质：1. 投影后角度不变；2. 长度比与点位有关，与方向无关； 3. 离中央子午线越远变形越大 为控制投影后的长度变形，采用分带投影的方法。常用3度带或6度带分带，城市或工程控制网坐标可采用不按3度带中央子午线的任意带。 2、高斯投影正算公式： 52224253 2236 425442232)5814185(cos 120 )1(cos 6 cos )5861(cos sin 720 495(cos sin 24cos sin 2l t t t B N l t B N Bl N y l t t B B N l t B B N Bl B N X x ηηηηη-++-++-+=+-+++-++ =） 3、高斯投影反算公式： 批量C A D图形坐标系 严密转换系统V1.1 操作说明 省中纬测绘规划信息工程 2008-10 目录 1 软件概述 (1) 1.1关于批量A UTO C AD图形坐标系严密转换程序 (1) 1.2运行环境 (1) 1.3主要功能 (1) 2 软件安装 (1) 3软件注册和软件的试用期 (4) 4程序开始菜单组 (5) 4.1程序开始菜单组的名称 (5) 4.2程序组菜单项功能 (6) 5平面相似转换参数 (6) 5.1平面相似转换理论依据 (6) 5.2求解平面相似转换参数 (7) 5.3编辑、修改坐标 (10) 5.4输入平面相似转换参数 (11) 5.5编辑管理转换参数 (13) 6 DSNP+严密转换参数 (16) 6.1DSNP转换理论依据 (16) 6.2求解DSNP+转换参数 (18) 6.3输入DSNP+参数 (22) 7 图形坐标系转换 (23) 7.1准备工作 (23) 7.2打开源图形 (24) 7.3保存路径 (25) 7.4转换图形 (25) 批量AutoCad图形坐标系严密转换程序 正式版使用说明 1 软件概述 1.1关于批量AutoCad图形坐标系严密转换程序 批量AutoCad图形坐标系严密转换程序隶属图能达测绘软件系列，它是在Windows系统下用Microsoft Visual Studio .NET 2005 开发的线划图坐标处理软件，采用了Ｗindows风格的参数输入技术，以及CAD互连技术，界面友好，功能强大，操作简便，是数字测图中图形坐标系转换处理的理想工具。 1.2运行环境 运行本软件需安装AUTOCAD2004/2006和微软.Net FrameWork2.0平台开发框架，操作系统为Windows Xp2。 1.3主要功能 （1）支持平面相似转换（四参数）求解，严密DSNP+（七参数）求解； （2）基于数据库的参数添加、修改、删除等管理功能； （3）支持任意两空间坐标系及平面坐标系转换； （4）支持高程点含Z坐标（如：南方CASS图），以及不含Z坐标（如：清华山维EPS图）的转换； （5）支持无人干预的批量全自动转换。 2 软件安装 （1）打开安装文件夹运行“CAD图形转换(永久).EXE”，出现安装界面； 灰度图像处理程序代码代码 1.二值图像 function erzhi_Callback(hObject, eventdata, handles) % hObject handle to erzhi (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles structure with handles and user data (see GUIDATA) axes(handles.axes2); x=(handles.img); if isrgb(x) msgbox('这是彩色图像,不能转换为二值图像','转换失败'); else j=im2bw(x); imshow(j); end 2.图像腐蚀 function fushi_Callback(hObject, eventdata, handles) % hObject handle to fushi (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles structure with handles and user data (see GUIDATA) axes(handles.axes2); x=(handles.img); if isrgb(x) msgbox('这是彩色图像,不能进行图像腐蚀','失败'); else j=im2bw(x); se=eye(5); bw=bwmorph(j,'erode'); imshow(bw); 3.创建索引图像 function chuanjian_Callback(hObject, eventdata, handles) % hObject handle to chuanjian (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles structure with handles and user data (see GUIDATA) axes(handles.axes2); x=(handles.img); if isrgb(x) msgbox('这是彩色图像,不能创建索引图像','创建失败'); else y=grayslice(x,16); axes(handles.axes2); imshow(y,jet(16)); end 4.轮廓图 clc; clear all; close all; I = imread('q.jpg'); I1 = I; I2 = I; I3 = I; I1(I1>60 & I1<120) = 255; I2(I2>20 & I2<50) = 255; I3(I3>80 & I3<160) = 255; J = cat(3, I1, I2, I3); figure; subplot(1, 2, 1); imshow(I, []); title('By lyqmath 原图', 'FontWeight', 'Bold', 'Color', 'r'); subplot(1, 2, 2); imshow(J, []); title('By lyqmath 彩色图', 'FontWeight', 'Bold', 'Color', 'r'); 二. I = imread('q.jpg'); GS8=grayslice(I,8); GS64=grayslice(I,64); subplot(1,3,1), imshow(I), title('原始灰度图像'); subplot(1,3,2), subimage(GS8,hot(8)), title('分成8层伪彩色'); subplot(1,3,3), subimage(GS64,hot(64)), title('分成64层伪彩色'); k=imread('q.jpg'); [x y z]=size(k); % z should be one for the input image k=double(k); for i=1:x for j=1:y if k(i,j)>=0 & k(i,j)<50 m(i,j,1)=k(i,j,1)+5; m(i,j,2)=k(i,j)+10; m(i,j,3)=k(i,j)+10; end if k(i,j)>=50 & k(i,j)<100 m(i,j,1)=k(i,j)+35; m(i,j,2)=k(i,j)+28; m(i,j,3)=k(i,j)+10; end if k(i,j)>=100 & k(i,j)<150 m(i,j,1)=k(i,j)+52; m(i,j,2)=k(i,j)+30; m(i,j,3)=k(i,j)+15; end if k(i,j)>=150 & k(i,j)<200 m(i,j,1)=k(i,j)+50; 大地坐标与直角空间坐标转换计算公式 一、参心大地坐标与参心空间直角坐标转换 1名词解释： A ：参心空间直角坐标系： a) 以参心0为坐标原点； b) Z 轴与参考椭球的短轴（旋转轴）相重合； c) X 轴与起始子午面和赤道的交线重合； d) Y 轴在赤道面上与X 轴垂直，构成右手直角坐标系0-XYZ ； e) 地面点P 的点位用（X ，Y ，Z ）表示； B ：参心大地坐标系： a) 以参考椭球的中心为坐标原点，椭球的短轴与参考椭球旋转轴重合； b) 大地纬度B ：以过地面点的椭球法线与椭球赤道面的夹角为大地纬度B ； c) 大地经度L ：以过地面点的椭球子午面与起始子午面之间的夹角为大地经度L ； d) 大地高H ：地面点沿椭球法线至椭球面的距离为大地高H ； e) 地面点的点位用（B ，L ，H ）表示。 2 参心大地坐标转换为参心空间直角坐标： ?? ? ?? +-=+=+=B H e N Z L B H N Y L B H N X sin *])1(*[sin *cos *)(cos *cos *)(2 公式中，N 为椭球面卯酉圈的曲率半径，e 为椭球的第一偏心率，a 、b 椭球的长短半径，f 椭球扁率，W 为第一辅助系数 a b a e 2 2-= 或 f f e 1 *2-= W a N B W e = -=22 sin *1( 西安80椭球参数： 长半轴a=6378140±5（m ） 短半轴b=6356755.2882m 扁 率α=1/298.257 3 参心空间直角坐标转换参心大地坐标 [ ] N B Y X H H e N Y X H N Z B X Y L -+= +-++==cos ))1(**)() (*arctan() arctan(2 22 2 2 二 高斯投影及高斯直角坐标系 1、高斯投影概述 高斯-克吕格投影的条件：1. 是正形投影；2. 中央子午线不变形 高斯投影的性质：1. 投影后角度不变；2. 长度比与点位有关，与方向无关； 3. 离中央子午线越远变形越大 为控制投影后的长度变形，采用分带投影的方法。常用3度带或6度带分带，城市或工程控制网坐标可采用不按3度带中央子午线的任意带。 2、高斯投影正算公式： 52224253 2236 425442232)5814185(cos 120 )1(cos 6 cos )5861(cos sin 720 495(cos sin 24cos sin 2l t t t B N l t B N Bl N y l t t B B N l t B B N Bl B N X x ηηηηη-++-++-+=+-+++-++ =） 3、高斯投影反算公式： 关于颜色模式、色域和色彩空间配置文件 陈奕男の海报实验室 在印刷海报的过程中常常会出现印出来的海报有色差的问题，同一张照片在数码相机上看、在电脑上看、在手机里看颜色也不尽相同，甚至同一台显示器，用不同的软件看也会产生色差。下图是产生色差的示例： 产生色差的根源在于颜色模式，这里我们会逐步深入地了解颜色模式，以及如何在制作海报、印刷海报的过程中尽量避免色差。 一、颜色模式 颜色模式，是将某种颜色表现为数字形式的模型，或者说是一种记录图像颜色的方式。当我们需要将大自然的颜色用屏幕或者印刷品表示出来时，就需要一套模型来对这些颜色进行表示。 人的自然语言可以说是最早出现的颜色模式了，虽然严格意义上它并不能算是一种颜色模式。当我们需要印制一张浅绿色的彩纸时，我们直接跟印刷店说老板我要印一张浅绿色的彩纸。在这个过程中，老板心中的浅绿色和你觉得的浅绿色可能不一样，所以最后可能印出来的结果不会让你满意。这就是由于标准不同所导致的色差，在后面我们会详细讲。 当前主流的颜色模式主要有RGB、CMYK、lab、HSB。 眼能可以成另等，这样样的模型CMY 所以暗的所以1. RGB RGB 是色 能看到的绝以产生理论另一种波长依照这个 基本都采样的形式。因2. CMYK CMYK 是用的常识。和型的原理是YK 则像是减以我们看到的）紫色。当 以我们最后色光三原色大多数颜色上的白光。的光，而是个原理，凡是采用RGB 模式因此当x 、K 用于印刷品RGB 色光混，没有光的减法。白纸了红色，当当我们加上 会得到黑色（红、绿、色。比如红光（* 在这里是给人眼睛是使用光束式来表示颜y 、z 都是1品的色彩模式混合出颜色的时候就是可以反射白当我们再往各种颜色的色。 蓝）的简称光和绿光混里的“产生睛中感光细胞、发光体来颜色。某一种100时表示式。有点类色不同，颜料是黑色，加什白光，当我们上面增加蓝的颜料（不包 称。红、绿、混合可以产生生”是不严格胞一种错觉来显示颜色种颜色被表示白色，x 、类似我们小时料混合出颜什么颜色的们在白纸上蓝色时，又有包括白色颜 、蓝三束光生黄色光，红格的说法，觉，使人“感的设备，比表示成“x%y 、z 都是时候学过的颜色依靠的是的光就可以混上增加红色颜有一部分光颜料） 之后，光按照不同的红绿蓝全部两种波长不感受”到另比如电脑屏幕%的红光 + 0时表示黑 的红色颜料和是颜料对光混合出什么颜料时，一部光线的反射被因为所有光的比例混合部以相等的最不同的光的另一种颜色的幕、手机屏y%的绿光黑色（没有光和蓝色颜料光线反射的阻么颜色，是一部分光线的被阻碍，于光线的反射合，可以覆盖最大光度混的混合并不能的光。） 屏幕、投影仪光 + z%的蓝光就是黑色料混合出紫色阻碍作用。一种加法。的反射被阻碍于是变成了射都被阻碍了盖人混合，能生仪等蓝光”）。 色这RGB 而碍，（更了， 大地坐标向空间坐标转换和空间坐标向大地坐标转换的c程 序 #include 坐标转换问题的详细了解对于测量很重要，那么请和我一起来讨论这个问题。 首先，我们要弄清楚几种坐标表示方法。大致有三种坐标表示方法：经纬度和高程，空间直角坐标，平面坐标和高程。 我们通常说的WGS-84坐标是经纬度和高程这一种，北京54坐标是平面坐标和高程着一种。 现在，再搞清楚转换的严密性问题，在同一个椭球里的转换都是严密的，而在不同的椭球之间的转换这时不严密的。举个例子，在WGS-84坐标和北京54坐标之间是不存在一套转换参数可以全国通用的，在每个地方会不一样，因为它们是两个不同的椭球基准。 那么，两个椭球间的坐标转换应该是怎样的呢？一般而言比较严密的是用七参数法，即X平移，Y平移，Z平移，X旋转，Y旋转，Z旋转，尺度变化K。要求得七参数就需要在一个地区需要3个以上的已知点，如果区域范围不大，最远点间的距离不大于30Km(经验值)，这可以用三参数，即X平移，Y平移，Z平移，而将X旋转，Y旋转，Z旋转，尺度变化K视为0，所以三参数只是七参数的一种特例。在本软件中提供了计算三参数、七参数的功能。 在一个椭球的不同坐标系中转换需要用到四参数转换，举个例子，在深圳既有北京54坐标又有深圳坐标，在这两种坐标之间转换就用到四参数，计算四参数需要两个已知点。本软件提供计算四参数的功能。 现在举个例子说明：在珠江有一个测区，需要完成WGS-84坐标到珠江坐标系（54椭球）的坐标转换，整个转换过程是 这样的： 本软件使用说明： 本软件采用文件化管理，用户可以将一种转换作为一个文件保存下来，下次使用时从文件菜单中选择打开这个文件来调用所有已有的转换参数。 实例一： 转换要求： 用户在一个佛山测区内使用RTK GPS接收机接受了一些点的WGS-84的坐标,现在希望将其转换为北京54和佛山坐标系下的坐标。用户有佛山测区的一些控制点，这些控制点有WGS-84坐标，也有北京-54坐标也有佛山坐标。 分析： WGS-84坐标和北京54坐标是不同两个椭球的坐标转换，所以要求得三参数或七参数，而北京54和佛山坐标都是同一个椭球，所以他们之间的转换是地方坐标转换，需要求得地方转化四参数，因为要求得到的北京54是平面坐标所以需要设置投影参数。： 步骤： 1．1．新建坐标转换文件，便于下次使用转换是不用重新输入，直接打开即可。 2．2．设置投影参数。 3．3．用一个已知点（WGS84坐标和北京54坐标），计算不同椭球转换的三参数（或七参数）。 实验五彩色空间转换一、 实验目的 掌握MATLAB 中彩色空间的转换 二、实验步骤 1、由RGB 空间转换到YIQ： 读入5.jpg 图像； clc;clear; f = imread('5.jpg') yiq_image=rgb2ntsc(f); imshow(yiq_image) 显示结果如下： 2、由YIQ 彩色空间转换到RGB 空间下： rgb_image=ntsc2rgb(yiq_image); figure,imshow(rgb_image) 转换结果如图： 2、YCbCr 和RGB 彩色空间的相互转换 ycbcr_image=rgb2ycbcr(f); figure,imshow(ycbcr_image) rgb_image=ycbcr2rgb(ycbcr_image); figure,imshow(rgb_image) 效果如下图： 3、HSV 和RGB 彩色空间的相互转换 >> hsv_image=rgb2hsv(f); >> figure,imshow(hsv_image); >> rgb_image=hsv2rgb(hsv_image); >> figure,imshow(rgb_image); 效果如下图： 4、CMY 和RGB 彩色空间的相互转换 >> cmy_image=imcomplement(f); >> figure,imshow(cmy_image); >> rgb_image=imcomplement(cmy_image); >> figure,imshow(rgb_image); 效果如下图： 5、RGB 彩色空间到HSI 彩色空间的转换 hsi=rgb2hsi(f); figure,subplot(141),imshow(hsi) subplot(142),imshow(hsi(:,:,1)) subplot(143),imshow(hsi(:,:,2)) subplot(144),imshow(hsi(:,:,3)) 效果如下图： 三、实验总结 通过本次实验我掌握了MATLAB 中彩色空间的转换的基本方法。本次实验与上次实验联系比较紧密。但本次实验于上次实验相比，难度上有了一些变化，尤其是在RGB 彩色空间到HSI 彩色空间的转换的时候，出现了一点问题。由于在系统中本身没有rgb2hsi这个函数，所以运行时出现了错误，但通过，上网查找资料终于解决了这一问题。总体来说本次实验收获还是比较大的。 大地坐标（BLH） 平面直角坐标（XYZ） 四参数：X 平移、Y 平移、旋转角和比例 七参数：X平移，Y平移，Z 平移，X 轴旋转，Y 轴旋转，Z 轴旋转，缩放比例（尺度比） GPS控制网是由相对定位所求的的基线向量而构成的空间基线基线向量网，在GPS控制网的平差中，是以基线向量及协方差为基本观测量。 图3-1表示为HDS2003数据处理软件进行网平差的基本步骤，从图中可以看到，网平差实际上可以分为三个过程： l、前期的准备工作，这部分是用户进行的。即在网平差之前，需要进行坐标系的设置、并输入已知点的经纬度、平面坐标、高程等。 2、网平差的实际进行，这部分是软件自动完成的； 3、对处理结果的质量分析与控制，这部分也是需要用户分析处理的过程。 图3-1 平差过程 坐标系选择 针对不同的平差，要相应选择不同的坐标系，是否输入相应信息。在笔者接触过的项目中，平差时先通过三维无约束平差后，再进行二维约束平差。由于先进行的时三维无约束平差，是在WGS84坐标系统下进行的。 首先更改项目的坐标系统。在菜单“项目”->“坐标系统”或在工具栏“坐标系统”，则弹出“坐标 系统”对话框，选择WGS-84坐标。 图3-2 坐标系统 这里注意的是，在“投影”下见图，中央子午线是114°。很多情况下这里需要进行修改。 图3-3 WGS84投影 软件中自带的“中国-WGS 84”是允许修改的，我们换种方法：就是新建一个坐标文件，其他参数都和“中国-WGS84”一致，仅仅将中央子午线修改下。 在上图中，点击“新建”，得到“COORD GM”对话框，在“文件”->“新建”，如图 图3-4 新建坐标系统 然后在“设置”->“地图投影”，直接修改中央子午线，这里以81°为例，点击确定后，返回“COORD GM”对话框。 图3-5 投影设置 将输入源坐标和输入目标坐标的椭球，均改为WGS84。在“文件”->“保存”，输入名称和国家（中国），退出操作。 例5.1 函数说明。 clc,clear,close all; %函数demo f=imread('Fig0604(a)(iris).tif'); subplot 131;imshow(f);title('(a)RGB图像'); [X1,map1]=rgb2ind(f,8,'nodither'); subplot 132;imshow(X1,map1);title('(b)未经抖动处理的颜色数减少到8的图像'); [X2,map2]=rgb2ind(f,8,'dither'); subplot 133;imshow(X2,map2);title('(c)经抖动处理的颜色数减少到8的图像'); g=rgb2gray(f); g1=dither(g); figure;subplot 121;imshow(g); title('(d)使用函数rgb2gray得到的图(a)的灰度图像'); subplot 122;imshow(g1); title('(e)抖动处理后的灰度图像（二值图像）'); 运行结果： 例5.2 RGB转化为HSI。 clc,clear,close all; %从RGB转化到HSI f=imread('Fig0602(b)(RGB_color_cube).tif'); subplot 221;imshow(f); title('(a)RGB图像'); f1=rgb2hsi(f); H=f1(:,:,1); S=f1(:,:,2); I=f1(:,:,3); subplot 222;imshow(H);title('(b)色调图像'); subplot 223;imshow(S);title('(c)饱和度图像'); subplot 224;imshow(I);title('(d)亮度图像'); 运行结果： 坐标转换软件使用说明 1、功能介绍 在南京进行测量的同行一直受到坐标系统和已知控制点的困扰， 所以往往许多测量成果因坐标系统问题得不到承认，浪费了大量的人 力物力。基于此：本公司集全部精干技术力量，研发本款坐标转换软 件，可以说：它是全体测量工作者的福音。 南京CORS因为其免费，应用十分广泛，但是使用南京CORS在 很多情况下，因为已知控制点原因无法实地取得平面坐标而限制了 CORS优势的发挥。本软件可以实现基于南京CORS测量的WGS84 坐标与92南京地方坐标双向自由转换，转换精度与权威部门转换成 果比较（在南京市6800平方公里范围内，包括高淳、溧水、六合、 浦口）：平面残差中误差优于±5mm、高程残差中误差均优于±1cm。精度完全具有保障，免去到处寻找控制点带来的人力、财力和时间浪费。按照最新城市规范规定，这种模式可以实现城市E级GPS控制 点的平面测量。 本软件是一款后处理软件，即：内业处理软件，它不能在实地计 算坐标，通过事后（采集）或事前（放样）数据处理，同样可以让你 在野外无忧无障碍开展工作。 适用平台：Windows 32位所有系统平台。 2、外业采集数据转换操作介绍 外业测量数据从RTK手簿中以WGS84坐标格式导出，导出以后 将文件复制到计算机，假设文件名为0513.dat。在电脑中启动软件， 界面如下： 图一：程序启动界面 首先选择转换方向下拉列表框，此时选择“WGS84—>NJ92”，表示将WGS84坐标转向92南京地方坐标，此时软件会出现一个按钮 键读入数据并转换，点击该按钮，在弹出的文件对话框中选择从手簿 导出的外业坐标文件。如：0513.dat，点击打开按钮即可完成转换。如图二： 图二：选择原始数据文件 记得一定要选择你的原始数据文件格式在点击打开按钮。转换完 成以后又会在对话框中再出现一个按钮导出转换成果，点击它即可将matlab 图像的几何变换与彩色处理
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