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1、第 4 章,数字图像信息及处理技术,色调（hue）,色调表示光的颜色，它决定于光的波长，是彩色光的基本特性。某一物体的色调是指该物体在日光照射下所反射的光谱成分作用到人眼的综合效果。自然界中的七色光分别对应着不同的色调，而每种色调又分别对应着不同的波长。,4.1.1 色彩的三要素,1,教学进程,教学进程,亮度（luminance）,亮度就是来表示某种颜色在人眼视觉上引起的明暗程度，它直接与光的强度有关。光的强度越大，物体就越亮；光的强度越小，物体就会越暗。,2,教学进程,饱和度(saturation),饱和度也称为纯度或彩度，它是指彩色的深浅或鲜艳程度，通常指彩色中白光含量的多少。对于同一色调
2、的彩色光，饱和度越深颜色越纯。饱和度还和亮度有关，同一色调越亮或越暗则越不纯。100%饱和度的色光就代表完全没有混入白光的纯色光。,3,基色（primary color）,1,教学进程,基色是指互为独立的单色，任一基色都不能由其他两种基色混合产生。人眼对红绿蓝三种色光最为敏感，且他们相配所得到的彩色范围最广，所以一般选红绿蓝作为基色。选择基色遵循的原则：这三种颜色必须是相互独立且其中任两种颜色不能形成第三色。,4.1.2 三基色原理,互补色,教学进程,凡是两种色光相混合而成白光，这两种色光就互为补色（complementary colors）。如图所示，红、青；绿、品红；蓝、黄互为补色。互补色
3、是彼此之间最不一样的颜色，这就是人眼能看到除了基色之外其他色的原因。,2,教学进程,4.1.3 色彩模式,RGB模式,1,RGB采用的是加色法，三色光以不同的比例和强度混合来表示。当RGB的值相等时，结果会根据0255的具体值表现为纯黑、纯白及相应的灰色。,色彩模式是指在计算机上显示或打印图像时表示颜色的数字方法。比如计算机显示器采用RGB模式，打印机输出彩色图像时用CMYK模式，从事艺术绘画的采用HSB模式，彩色电视系统采用YUV/YIO模式。,教学进程,CMYK模式,2,CMY模式是使用青色（Cyan）、品红（Magenta）、黄色（Yellow）3种基本颜色按一定比例合成色彩的方法，混色
4、原理是减色法。在印刷时常加一种真正的黑色（Black），这样，CMY模式又称为CMYK模式。,HSB模式,3,教学进程,HSB模式使用色调（Hue）、饱和度（Saturation）和亮度（Brightness）3个参数来生成颜色。利用HSB模式描述颜色比较自然，但实际使用却不方便，例如显示时要转换成RGB模式，打印时要转换为CMYK模式等。,YUV/YIQ模式,4,在现代彩色电视系统中，使用YUV模式或YIQ模式来表示彩色图像。在PAL制式中使用YUV模式，其中Y表示亮度；U、V表示色度，是构成彩色的两个分量。在美国、日本等国采用的NTSC制式中使用YIQ模式，其中Y表示亮度，I、Q是两个彩色
5、分量。,灰度模式与黑白模式,5,灰度模式采用8位来表示一个像素，即将纯黑和纯白之间的层次等分为256级，就形成了256级灰度模式，它可以用来模拟黑白照片的图像效果。黑白模式只采用1位来表示一个像素，于是只能显示黑色和白色。黑白模式无法表示层次复杂的图像，但可以制作黑白的线条图。,4.2 图形与图像,矢量图形与位图图像,矢量图形,1,又称几何图形或矢量图（Vector Graphic）。指令用来描述构成一幅图所包含的直线、矩形、圆、圆弧、曲线等的形状、位置、颜色等各种属性和参数。矢量图形与分辨率无关，可以将它缩放到任意大小和以任意分辨率在输出设备上打印出来，都不会影响清晰度。,位图图像,2,又称
6、点阵图像或位图图像，它是指在空间和亮度上已经离散化的图像，是由许多像素点组成的。可以把一幅位图图像理解为一个矩形，矩形中的任一元素与图像中的一个点对应，该点的灰度或颜色等级用相应的值表示。矩形的元素称为像素，每个像素可以具有不同的颜色和亮度，它是组成位图图像的基本单位。像素的颜色等级越多则图像越逼真。,教学进程,4.2.2 图形与图像的比较,容量,1,显示性能,2,矢量图文件存储的是图形指令，占用的空间较小。位图文件存储的是图像数据，占用的空间比矢量图大得多。影响位图文件大小的因素有：图像分辨率和图像深度。,显示一幅复杂的位图文件比显示一幅复杂的矢量图文件要快。,教学进程,缩放性能,3,应用,
7、4,图形适合于表现变化的曲线、简单的图案和运算结果等；而图像表现较强，层次和色彩较丰富，适合于表现自然、细节的景物。图形的编辑方便，因此侧重于“绘制”、“创建”；而图像的表现力强但创建较困难，因此侧重于“获取”、“复制”。,图形在进行缩放、旋转等操作后不会产生失真；而图像有可能出现失真现象，特别是放大若干倍后可能出现严重的颗粒状，缩小后会吃掉部分像素点。,教学进程,4.3.1 图像的采样,图像数字化的目的是把真实的图像转变成计算机能够接受的显示和存储格式，即特定的一串连续数字。图像的数字化过程分为采样、量化和编码三个步骤。,采样频率,1,图像采样就是把图像分割成为一系列小区域，用特定的数值来表
8、示每一个小区域的亮度、色彩等特征，这些小区域称之为像素点。采样频率是指一秒钟内采样的次数，它反映了采样之间的间隔大小。采样频率是影响图像质量的重要指标，它决定了采样后所得到的图像是否能真实地反映原图像的程度。采样频率越高，得到的图像样本就越细腻逼真，图像的质量就越高，但存储量就越大。,4.3 图像的数字化,教学进程,4.3.2 图像的量化,4.3.3 图像的编码与压缩,图像的编码就是按照一定的格式把图像经过采样和量化得到的离散数据记录下来。,压缩编码技术是实现图像传输与存储的关键，常用的图像压缩编码有预测编码和变换编码。,把采样后所得到的这些连续量表示的像素值离散化为整数值的操作叫量化。表示量
9、化的亮度值（或色彩值）所需的二进制位数称为量化字长（图像深度）。量化字长越大，就越能真实反映图像的原有效果。,教学进程,分辨率,1,(1),显示分辨率（Display Resolution）,是指屏幕上显示图像区域的大小，即构成全屏显示的像素点的个数。以水平和垂直像素表示。如800600，是指屏幕水平方向有800个像素点，垂直方向有600个像素点。同样大小的屏幕，显示分辨率越高，像素的密度越大，显示的图像就越精细。,(2),图像分辨率,是指确定组成一幅图像的像素数目。以水平的和垂直的像素点表示。图像和显示分辨率决定了显示图像的大小。,数字图形、图像的性能指标,(3),像素分辨率,像素分辨率是指
10、在显示器上一个像素点的宽和长之比，在像素分辨率不同的机器间传输图像时会产生变形。,教学进程,颜色深度,2,颜色深度是指记录每个像素所使用的二进制位数，对于彩色图像来说，颜色深度决定了该图像可以使用的最大颜色数目；对于灰度图像来说，颜色深度决定了该图像可以使用的亮度级别数目。颜色深度值越大，显示的图像色彩越丰富，画面越好，但数据量也随之增长。,教学进程,颜色类型,3,最常用的RGB颜色空间为例，图像深度与颜色的映射关系主要包括真彩色、伪彩色和调配色。,(1),真彩色（True-color）,指图像中的每个像素值都分成R、G、B三个基色分量。每个基色分量直接决定其基色的强度，这样产生的颜色称为真彩
11、色。例如，图像深度为24，用R:G:B=8:8:8来表示颜色，则R、G、B各占用8位来表示各自基色分量的强度，每个基色分量的强度等级为28=256种。图像可以容纳224=16 777 216=16M种色彩。这样得到的颜色可以反映原图的真实色彩，故称为真彩色。,教学进程,(2),伪彩色（Pseudo-color）,图像的每个像素值实际上是一个索引值或代码值。该代码值作为颜色查找表中某一项的入口地址。根据该地址可以查找出包含实际R、G、B的强度值，这种用查找映射的方法产生的色彩称为伪彩色。,(3),调配色（Direct-color）,调配色获取是通过每个像素点的R、G、B分量分别作为单独的索引值进
12、行变换，经相应的颜色变换表找出各自的基色强度，用变换后的R、G、B强度值产生的色彩。,教学进程,调配色与真彩色的比较,相同点：都是采用R,G,B分量来决定基色强度。不同点：调配色的基色强度由 R,G,B经过变换后得到；真彩色 是直接用R,G,B决定。,调配色 与伪彩色的比较,相同点：都是采用查找表进行变换。不同点：调配色是对R,G,B分量分别进行查找变换，而伪彩色是把整个像素当作查找的索引进行查找变换。,教学进程,显示深度（Display Depth）,4,图像深度是图像文件中记录一个像素点所需要的位数，而显示深度是在显示缓存表示一个像素点的最大位数，即显示器可以显示的颜色数。,(1),显示深
13、度大于图像深度,此时，屏幕上的颜色能够比较真实地反映图像文件的颜色效果。比如，当显示深度为24位，图像深度为8位时，屏幕上可以显示按该图像的调色板选取的256种颜色；图像深度为4位时，屏幕上可以显示16色。这种情况下，显示的颜色完全取决于图像的颜色定义。,教学进程,(2),显示深度等于图像深度,在这种情况下，如果用真彩色显示模式来显示真彩色图像，或者显示调色板与图像调色板一致时，屏幕上的颜色能较真实地反映图像文件的色彩效果。反之，如果显示调色板与图像调色板不一致，则显示颜色会出现失真。,(3),显示深度小于图像深度,在这种情况下，显示的颜色会出现失真。例如，如果显示深度为8位，那么需要显示一幅
14、真彩色的图像时，显然达不到应有的颜色效果。,教学进程,4.3.5 图像数据量,在扫描生成一幅图像时，实际上就是按一定的图像分辨率和图像深度对模拟图片或照片进行采样，从而生成一幅数字化的图像。图像的分辨率越高、图像深度越深，数字化后的图像效果越逼真、图像数据量越大。按照像素点及其深度映射的图像数据大小可用下面的公式对数据量进行估算：图像数据量（B）=水平方向像素数垂直方向像素数图像深度（位）/8 eg:一幅640480的256色图像，其文件大小约为：6404808/8=307200（B）=300（KB）一幅1024768的真彩色图像文件大小约为：102476824/8=2359296（B）=23
15、04（KB）=2.25(MB),教学进程,确定一幅图像的主要参数有两个：图像的容量；图像输出的效果。如果是屏幕限时，则要考虑显示器的分辨率和深度；如果是打印输出，则要考虑打印机的分辨率等性能。,教学进程,(1),BMP（Bitmap）格式,BMP文件是Windows操作系统中的标准图像文件格式，是一种典型的位映射存储形式，它支持RGB、灰度和位图颜色模式。BMP文件都不压缩，所以这类文件的数据量很大。,(2),JPEG格式,JPEG是按图像专家联合组（Joint Photographic Experts Group）制订的压缩标准，是基于DCT压缩算法进行存储的图像文件格式，它是使用有损压缩方
16、式去除冗余的图像和彩色数据，但是这种损失很小，以至于人们很难察觉。,4.4 数字图像的文件格式,教学进程,(3),GIF（Graphics Interchange Format）格式,GIF是由CompuServe公司为了制定彩色图像传输协议而开发的图像格式文件。它最多只能支持256种颜色的调色板，通常用于以较大色块而非连续色阶呈现的图像。GIF格式的特点是压缩比高（存储时采用LZW压缩算法），磁盘空间占用较少。另外有3个主要特点：（1）交错显示（2）透明：GIF图像允许将画面的某一种颜色设置为透明。（3）动画效果:GIF文件格式允许在一个文件中设置多幅画面。,教学进程,(4),PSD格式,P
17、SD格式是Adobe公司开发的图像处理软件PhotoShop中自带的标准文件格式，是PhotoShop的默认文件格式。优点是在PS支持的所有图像格式中，PSD的存取速度比其他格式快很多，功能也更强大；缺点是体积庞大，很少有其他图像软件能读取此格式图像。,(5),PCX格式,PCX是为ZSOFT公司研制开发的图像处理软件设计的文件格式。PCX图像文件格式适用于绘画程序，是在PC机上使用时间最久的一种位图格式。,教学进程,(6),TIFF格式（Tag Image File Format）,TIFF称为标记图像文件格式。它是Aldus和Microsoft公司为扫描仪和桌面出版系统研制开发的较为通用的图像文件格式。它的特点是图像格式复杂、存储信息多。如果想打印图片，TIFF则是最佳的图像格式。,(7),PNG文件（Portable Network Graphics）,PNG是一种新兴的网络图像格式，它汲取了GIF和JPEG两者的优点，是目前保证最不失真的格式。它具有存储形式丰富的特点，采用无损压缩方式来减小文件；显示速度快；缺点：目前还不支持动画。,教学进程,数字图像的获取,用绘图软件创建数字图像,1,用数字摄入设备获取图像,2,利用扫描仪获取图像,3,从屏幕上直接获取图像,4,从光盘中获取图像资料,5,从网上获取图像,6,
