王晨飞，王 莉

（1.武汉大学 电子信息学院，湖北 武汉 430072；2.唐山师范学院 物理系，河北 唐山 063000）

当前计算机技术高速发展，为图像数字化处理提供了良好的技术基础。基于颜色模式转换的图像处理方法是数字图像处理的常用手段，在医学、遥感、红外影像、智慧城市等众多领域有着广泛的应用[1-4]。

本文研究灰度图像和伪彩色图像颜色模式的相互转换。

1 彩色图像转化为灰度图像

1.1 实现方法

RGB 颜色空间是以R（Red）、G（Green）、B（Blue）三种颜色为基础的色彩模式。在RGB 颜色空间，彩色图像转化为灰度图像的方法有分量法、最大值法、平均值法和加权平均法等[5]，分别对应式(1)至(4)。

其中，R(i,j),G(i,j),B(i,j)分别表示点(i,j)的红绿蓝分量，f(i,j)为该点灰度数值。

按照上述原理，使用MATLAB 编程实现彩色图片的灰度处理，采用最大值、平均值、加权平均值三种不同的方法所得到的灰度图像效果如图1 所示。可以看出，对这张图片来说，最大值、加权平均值、平均值三种灰度图像的亮度依次降低，每种灰度图像都保留了足够多的细节。将图片放大对局部进行观察发现，除了画面明度不同以外，人眼未见图案形状的明显差异。

图1 一幅彩色手绘风景的三种灰度处理

实现上述效果的代码如下：

1.2 适用范围

在RGB 颜色空间，灰度范围为256 级，RGB色彩组合种类可达1 678 万种以上。彩色图像转化为灰度图像保留了梯度信息，极大提高了数据传输和计算的速度。在数字图像处理众多领域，特别是某些嵌入式实时系统，对处理速度和效率要求很高[6]，采用灰度图像不失为一种明智选择。

2 灰度图像转化为伪彩图像

2.1 实现方法

灰度图像转化为伪彩图像常用的方法有密度分层法、灰度级-彩色变换法、频域滤波法等[7-8]。通过灰度级-彩色变换法，黑白灰度图像变为色彩相对丰富的连续彩色渐变图像，灰度级范围更宽，图像视觉区分度较好，在三种方法中应用也最为广泛。灰度级-彩色变换法应用了RGB 颜色模式的显色原理，通过合理设计红绿蓝变换器的特征，实现不同灰度级映射到不同的色彩。对于确定的某一级灰度而言，三种变换器分别对其进行变换得到不同输出，通过显示器的合成得到人眼可辨的色彩。

在MATLAB 中使用灰度级-彩色变换法对灰度图像进行伪彩处理，采用了两种变换器，如图2所示。其中（a）为渐变灰度条原图，图（b）（c）分别为两种灰度级-彩色变换后的对比图。图3 为应用这两种变换器对一张肺部X 光图像进行伪彩处理。可以看到，经过伪彩处理后的图像细节更加清晰，易于辨认。对图1 所得到的加权平均值灰度图进行上述两种伪彩处理的结果如图4 所示，两幅图像的色彩不同于原图。

图3 肺部X 光图像伪彩处理

图4 伪彩处理不能得到原图的实验

使用的两种变换器的代码实现如下：

2.2 适用范围

医学影像绝大部分为灰度图像，人对单纯黑白灰度图像的视觉敏感度低，而对于彩色图像的视觉敏感度显著增强。医学影像经过伪彩处理后，原图中相近灰度级别间的差异扩大，易于辨认，有助于病灶的诊断和治疗[9]。

3 结论

借助MATLAB 仿真，实现了灰度图像和伪彩色图像间颜色模式转换。今后应对算法做进一步改进，以保留和展现更高质量的图像细节。