阴影区域检测理论知识

Posted 2020-06-17

一．阴影

     是由于光源点照射到背景的光线受到了目标物的阻挡而形成的，但是场景中的光照强度并不会改变背景的表面纹理特征结构；由于阴影区域所获得的入射光线强度减弱，所以阴影区域的像素值会比该区域无阴影时的像素值要小（阴影检测算法中的先验知识）。阴影会降低背景的像素值，但亮度不会发生改变；对遥感图像阴影区域内的灰度方差一般小与其他非阴影区域，不同区域之间的灰度值具有较强的一致性。阴影区域的灰度均值与方差受阴影所投射的地表性质的影响并不十分明显。在遥感图像中，高出地面的目标由光照强烈，反射通常都比较强，占据比较高的灰度级；而阴影区域由于没有太阳光直接照射，光线较暗，产生灰度级较低，因此在目标阴影的交界线区域，图像的对比度是最高的。阴影边缘，以阴影边缘来检索图像中阴影区域的灰度值.

二．阴影在色彩空间中的特性。  

1.RGB色彩空间

在计算机多媒体技术中，RGB色彩空间使用频率最高。RGB色彩空间，又称RGB模式，基于三基色原理，由三基色（红色、绿色、蓝色）按照不同比例叠加，形成RGB空间中任一颜色F，其中当红、绿、蓝三通道分量值都为零时表现成黑色，都为最大值时表现成白色。利用数学上三维立方体描述RGB色彩空间，具体如图2.2所示。

                             

    

                                      图  RGB色彩模型

 

RGB空间对亮度比较敏感，三基色都会随着亮度的改变而变化，另外RGB空间的颜色显示是叠加过程，所以RGB空间主要用于描述各类电子设备屏幕所能表现出的颜色，并不适于制作任何彩色印刷品或者进行图像色彩处理等。

2.HSI色彩空间

HSI色彩空间作为一种主要面向色彩处理的模型，以色调H、饱和度S和强度I三类基本特征量表现不同颜色，与人们的视觉系统感知颜色方式更为相近，见图2.3。其中，圆盘的角度大小表示色调H，与光线波长有关，用以区分不同的颜色类别；圆心到圆锥体表面的水平距离长短表示饱和度S，与颜色纯度有关，描述某纯色中加入白光的比例，使同一类颜色表现出不同的等级；圆锥体的斜边长度表示强度I，与光照强弱有关，体现图像的亮度和灰度。HSI色彩模型的成立基于两个条件：（1）强度分量独立于图像的颜色信息；（2）色调分量、饱和度分量强相关于视觉系统感知颜色的方式。这两方面因素使得HSI颜色模型非常有利于进行图像颜色的处理，以及彩色特性的检测与研究。

HSI与RGB色彩空间之间的联系可归结于：HSI空间首先将RGB空间中的亮度分量区隔开，之后把色度分量解析为色调、饱和度，并且利用角向量指代色调分量。可利用几何推演法将RGB色彩空间变换至HSI空间，具体过程见公式(2-3)。

                   

 

                             HSI色彩模型

3.C1C2C3色彩空间

C1C2C3色彩空间作为一种颜色不变量，由Gevers和Smeulders[37] 基于RGB色彩空间首次提出，该空间可由RGB空间直接转换得来，转换公式为：

 

                                                (2-12)

         

其中,R,G,B各代表图像中每个像素点红、绿、蓝通道的亮度值，C1,C2,C3通道值由R、G、B分量值通过反正切函数变换得到，而这三个通道同时也属于典型的颜色不变量。

C1C2C3色彩空间是像素的RGB分量之间的一种比例模型，该色彩空间的特点是空间的三个色彩分量紧随物体的表面反射率和传感器的变化而变化。由于C1C2C3色彩空间是通过非线性变化得到的且仅对反射光敏感，因此这种色彩变化是用作阴影检测的最好的非线性变化