第二章 視覺(jué)特性與圖像制式

1、第二章第二章視覺(jué)特性與圖像制式視覺(jué)特性與圖像制式 信息工程學(xué)院信息工程學(xué)院 管張均管張均2.1 圖像的表示圖像的表示圖像信號(hào)：圖像是一種可視化的信息，圖像信號(hào)：圖像是一種可視化的信息， 圖像信號(hào)圖像信號(hào)是圖像信息的理論描述方法。是圖像信息的理論描述方法。圖像圖像 景物在某種成像介質(zhì)上再現(xiàn)的視覺(jué)信息景物在某種成像介質(zhì)上再現(xiàn)的視覺(jué)信息v圖：物體透射或反射光的分布圖：物體透射或反射光的分布v像：人的視覺(jué)系統(tǒng)對(duì)圖的接收并在大腦形成的印象或認(rèn)識(shí)像：人的視覺(jué)系統(tǒng)對(duì)圖的接收并在大腦形成的印象或認(rèn)識(shí) 具有明暗和色彩變化的許多單個(gè)像素信息的集合，具有明暗和色彩變化的許多單個(gè)像素信息的集合，以及接收者的感覺(jué)和心理

2、狀態(tài)以及接收者的感覺(jué)和心理狀態(tài)圖形？圖像？視頻？圖形？圖像？視頻？ 圖形是用幾何要素和操作過(guò)程（點(diǎn)、線、長(zhǎng)圖形是用幾何要素和操作過(guò)程（點(diǎn)、線、長(zhǎng)方、橢圓、指定點(diǎn)填充等等）描述的圖，即由計(jì)方、橢圓、指定點(diǎn)填充等等）描述的圖，即由計(jì)算機(jī)繪制的直線、圓、矩形、曲線、圖表等。算機(jī)繪制的直線、圓、矩形、曲線、圖表等。 圖像是掃描儀、攝像機(jī)等輸入設(shè)備捕捉實(shí)圖像是掃描儀、攝像機(jī)等輸入設(shè)備捕捉實(shí)際畫(huà)面產(chǎn)生的，用具有一定灰度級(jí)的點(diǎn)陣描述際畫(huà)面產(chǎn)生的，用具有一定灰度級(jí)的點(diǎn)陣描述的圖。靜止圖像是與時(shí)間無(wú)關(guān)的相片圖像。的圖。靜止圖像是與時(shí)間無(wú)關(guān)的相片圖像。 運(yùn)動(dòng)圖像指的是人們所能見(jiàn)到的活動(dòng)圖像運(yùn)動(dòng)圖像指的是人們所能見(jiàn)

3、到的活動(dòng)圖像（如電視、電影、錄像等）。由于要使圖像運(yùn)（如電視、電影、錄像等）。由于要使圖像運(yùn)動(dòng)起來(lái)，需要每秒鐘內(nèi)有足夠多的幀數(shù)（如動(dòng)起來(lái)，需要每秒鐘內(nèi)有足夠多的幀數(shù)（如PAL制式電視每秒制式電視每秒25幀，電影每秒幀，電影每秒24幀）。每幀）。每一幀就是一幅單獨(dú)的靜止圖像。一幀就是一幅單獨(dú)的靜止圖像。 圖形：圖形： 物理單元：點(diǎn)、直線、曲線等基本的幾何對(duì)象物理單元：點(diǎn)、直線、曲線等基本的幾何對(duì)象 屬性：線寬、填充色、填充模式、對(duì)象間的空域關(guān)系等屬性：線寬、填充色、填充模式、對(duì)象間的空域關(guān)系等 文件格式文件格式：PHIGS、GKS、IDS 、EPS等等圖像：圖像： 物理單元：像素物理單元：像素

4、屬性：屬性： 編碼屬性編碼屬性 - - 像素深度像素深度（pixel depth） 顯示屬性顯示屬性 - - 分辨率、尺寸等分辨率、尺寸等 文件格式：文件格式：GIF、TIFF、BMP、JPEG、PNG等等視頻：視頻： 物理單元：像素（物理單元：像素（pixelpixel）、幀）、幀（frame） 屬性：屬性： 編碼屬性編碼屬性 - - 像素深度像素深度 顯示屬性顯示屬性 - - 分辨率、尺寸、幀率等分辨率、尺寸、幀率等 文件格式：文件格式：M-JPEG、MPEG、WMV、ASF、AVI等等2.2 圖像的數(shù)字化圖像的數(shù)字化q 傳統(tǒng)的遠(yuǎn)程通信系統(tǒng)中，所傳送的信息一般是以模擬形式出傳統(tǒng)的遠(yuǎn)程通信系

5、統(tǒng)中，所傳送的信息一般是以模擬形式出現(xiàn)的，表現(xiàn)為一種時(shí)間連續(xù)的信號(hào)。而在計(jì)算機(jī)通信中，信現(xiàn)的，表現(xiàn)為一種時(shí)間連續(xù)的信號(hào)。而在計(jì)算機(jī)通信中，信號(hào)的傳送方式采用數(shù)字方式，把連續(xù)變化的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為號(hào)的傳送方式采用數(shù)字方式，把連續(xù)變化的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為離散的數(shù)字信號(hào)。離散的數(shù)字信號(hào)。q 信號(hào)的數(shù)字化主要包括取樣、量化和編碼三大部分。數(shù)字化信號(hào)的數(shù)字化主要包括取樣、量化和編碼三大部分。數(shù)字化后的信號(hào)一般稱為后的信號(hào)一般稱為PCM信號(hào)（脈沖編碼調(diào)制）。信號(hào)（脈沖編碼調(diào)制）。q 取樣是實(shí)現(xiàn)空間上的離散化。取樣是實(shí)現(xiàn)空間上的離散化。q 量化是實(shí)現(xiàn)幅度上的離散化。量化是實(shí)現(xiàn)幅度上的離散化。q 編碼是實(shí)現(xiàn)把離散化

6、了的幅度用二進(jìn)制碼型表示。編碼是實(shí)現(xiàn)把離散化了的幅度用二進(jìn)制碼型表示。圖像的數(shù)字化圖像的數(shù)字化 電視信號(hào)的數(shù)字化和復(fù)原電視信號(hào)的數(shù)字化和復(fù)原（a）A/D變換變換 （b）D/A變換變換 量化PCM信號(hào)模擬電視信號(hào)取樣脈沖PCM信號(hào)模擬電視信號(hào)取樣編碼解碼插入濾波(a)(b)又稱抽樣或取樣，它把時(shí)間上連續(xù)的模擬信號(hào)變成時(shí)又稱抽樣或取樣，它把時(shí)間上連續(xù)的模擬信號(hào)變成時(shí)間上離散的有限個(gè)樣值的信號(hào)。這是模擬信號(hào)數(shù)字化間上離散的有限個(gè)樣值的信號(hào)。這是模擬信號(hào)數(shù)字化過(guò)程中的第一步處理措施。過(guò)程中的第一步處理措施。采采 樣樣采樣定理采樣定理q根據(jù)傅立葉變換原理，在一定條件下，一個(gè)時(shí)間根據(jù)傅立葉變換原理，在一定

7、條件下，一個(gè)時(shí)間函數(shù)函數(shù)f(t)可以變換成一個(gè)相應(yīng)的頻率函數(shù)可以變換成一個(gè)相應(yīng)的頻率函數(shù)F(w)。采。采樣定理是選擇采樣頻率的理論依據(jù)。樣定理是選擇采樣頻率的理論依據(jù)。q其主要內(nèi)容為：對(duì)于一個(gè)最高頻率為其主要內(nèi)容為：對(duì)于一個(gè)最高頻率為f0的模擬信的模擬信號(hào)號(hào)，當(dāng)選擇的取樣頻率當(dāng)選擇的取樣頻率fs滿足滿足fs = 2f0時(shí)時(shí)，經(jīng)過(guò)取經(jīng)過(guò)取樣后的離散信號(hào)能夠包含原模擬信號(hào)的全部信息。樣后的離散信號(hào)能夠包含原模擬信號(hào)的全部信息。并且，經(jīng)過(guò)低通濾波和反變換，可以不失真地回并且，經(jīng)過(guò)低通濾波和反變換，可以不失真地回復(fù)出原模擬信號(hào)。復(fù)出原模擬信號(hào)。圖像的采樣圖像的采樣將物理圖像按行列掃描劃分后，每個(gè)小塊區(qū)

8、域稱為像素將物理圖像按行列掃描劃分后，每個(gè)小塊區(qū)域稱為像素（pixel）。）。測(cè)量每個(gè)像素位置上的值就稱為采樣。測(cè)量每個(gè)像素位置上的值就稱為采樣。二維采樣定理二維采樣定理q 圖像在采樣時(shí)，必須滿足二維采樣定理，確保無(wú)失真或有圖像在采樣時(shí)，必須滿足二維采樣定理，確保無(wú)失真或有限失真地恢復(fù)原圖像。限失真地恢復(fù)原圖像。q 如果二維圖像信號(hào)如果二維圖像信號(hào)f (x, y)的頻譜的頻譜F(u,v) 滿足滿足其中其中Uc和和Vc 為頻域最高截止頻率。則采樣圖像的頻譜為為頻域最高截止頻率。則采樣圖像的頻譜為1( , )(,)smnmnF u vF uvx yxy ( , ),( , )0,ccccF u v

9、uUvVF u vuUvV二維采樣定理二維采樣定理q 當(dāng)采樣周期當(dāng)采樣周期x和和y滿足滿足通過(guò)采樣信號(hào)通過(guò)采樣信號(hào)f (mx, ny)能唯一地恢復(fù)原圖像信號(hào)能唯一地恢復(fù)原圖像信號(hào)f (x, y) ，且有，且有1212scscuUxvVy mnynyyynyyxmxxxmxxynxmfyxf)()(sin)()(sin),(),(二維采樣定理二維采樣定理（a）原圖像的頻譜）原圖像的頻譜 （b）采樣信號(hào)的頻譜）采樣信號(hào)的頻譜采樣信號(hào)的頻譜采樣信號(hào)的頻譜量化量化 在時(shí)間軸上已變?yōu)殡x散的樣值脈沖，在幅度軸上仍會(huì)在在時(shí)間軸上已變?yōu)殡x散的樣值脈沖，在幅度軸上仍會(huì)在動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)有連續(xù)值，即在幅度軸上仍是模擬信

10、號(hào)的性質(zhì)，動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)有連續(xù)值，即在幅度軸上仍是模擬信號(hào)的性質(zhì)，故還必須用有限個(gè)電平等級(jí)來(lái)代表實(shí)際量值。故還必須用有限個(gè)電平等級(jí)來(lái)代表實(shí)際量值。 量化是幅度上把連續(xù)值的模擬信號(hào)變?yōu)殡x散值的數(shù)字信量化是幅度上把連續(xù)值的模擬信號(hào)變?yōu)殡x散值的數(shù)字信號(hào)，也就是對(duì)每個(gè)樣點(diǎn)值數(shù)字化，使其和有限個(gè)可能電平中號(hào)，也就是對(duì)每個(gè)樣點(diǎn)值數(shù)字化，使其和有限個(gè)可能電平中的一個(gè)對(duì)應(yīng)。的一個(gè)對(duì)應(yīng)。 另外，人的耳朵或眼睛都不可能辨別出微小的信號(hào)變化，另外，人的耳朵或眼睛都不可能辨別出微小的信號(hào)變化，所以也沒(méi)有必要對(duì)很小的幅度差別如實(shí)地傳送。這就是說(shuō)，所以也沒(méi)有必要對(duì)很小的幅度差別如實(shí)地傳送。這就是說(shuō)，量化對(duì)于實(shí)現(xiàn)數(shù)字化不僅是必

11、要的，而且也是可能的。量化對(duì)于實(shí)現(xiàn)數(shù)字化不僅是必要的，而且也是可能的。 目標(biāo)：當(dāng)幅值的概率分布目標(biāo)：當(dāng)幅值的概率分布為為p(z)，量化值為，量化值為qi時(shí)，總誤時(shí)，總誤差平方為最小時(shí)失真最小。差平方為最小時(shí)失真最小。 dzzpqzkizziii)()(10221圖像的量化圖像的量化 量化可分為兩種：量化可分為兩種：v均勻量化均勻量化v非均勻量化非均勻量化 在輸入信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)，量化間距處處相等的量化稱在輸入信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)，量化間距處處相等的量化稱為均勻量化或線性量化。為均勻量化或線性量化。 均勻量化時(shí)信噪比隨輸入信號(hào)動(dòng)態(tài)幅度的增加而增加。均勻量化時(shí)信噪比隨輸入信號(hào)動(dòng)態(tài)幅度的增加而增加。采用

12、均勻量化，在強(qiáng)信號(hào)時(shí)固然可把噪聲淹沒(méi)掉，但在弱信號(hào)采用均勻量化，在強(qiáng)信號(hào)時(shí)固然可把噪聲淹沒(méi)掉，但在弱信號(hào)時(shí)，噪聲的干擾就十分顯著。時(shí)，噪聲的干擾就十分顯著。 為改善弱信號(hào)時(shí)的信噪比，量化間距應(yīng)隨輸入信號(hào)幅度為改善弱信號(hào)時(shí)的信噪比，量化間距應(yīng)隨輸入信號(hào)幅度而變化，大信號(hào)時(shí)進(jìn)行粗量化，小信號(hào)時(shí)進(jìn)行細(xì)量化，也就是而變化，大信號(hào)時(shí)進(jìn)行粗量化，小信號(hào)時(shí)進(jìn)行細(xì)量化，也就是采用非均勻量化。采用非均勻量化。 q 如圖所示，設(shè)信號(hào)的整個(gè)動(dòng)態(tài)變化范圍為如圖所示，設(shè)信號(hào)的整個(gè)動(dòng)態(tài)變化范圍為A，共分為，共分為M個(gè)量化等級(jí)；每個(gè)個(gè)量化等級(jí)；每個(gè)量化層距為量化層距為 A，采用均勻量化，則有：，采用均勻量化，則有：AA/M

13、。q 量化等級(jí)通常用二進(jìn)制的位數(shù)量化等級(jí)通常用二進(jìn)制的位數(shù)b表示，它與十進(jìn)制數(shù)表示，它與十進(jìn)制數(shù)M之間的關(guān)系為：之間的關(guān)系為：M2b或或blog2M。q b通常稱為量化位數(shù)。例如，對(duì)于通常稱為量化位數(shù)。例如，對(duì)于8位量化，相應(yīng)的十進(jìn)制量化等級(jí)位量化，相應(yīng)的十進(jìn)制量化等級(jí)M為：為：M2b256。MA A123均勻量化均勻量化q 將將z z0 0,z zk k) 均分均分成成k個(gè)個(gè)子子區(qū)間后，每個(gè)區(qū)間的區(qū)間后，每個(gè)區(qū)間的長(zhǎng)度長(zhǎng)度q 各各子區(qū)間以它的中心位置作為量化值子區(qū)間以它的中心位置作為量化值 q 當(dāng)待量化值在當(dāng)待量化值在 z z0 0, ,z zk k) )區(qū)間內(nèi)均勻分布時(shí)區(qū)間內(nèi)均勻分布時(shí)kz

14、zLk/ )(02/ )(1iiizzqkLzp/1)(22/12Lq 主要思想：主要思想：l p(z) 不等于常數(shù)，使總誤差平方最?。徊坏扔诔?shù)，使總誤差平方最小；l 樣本值在某個(gè)取值范圍內(nèi)較頻繁出現(xiàn)，而在另外一些范圍內(nèi)出現(xiàn)不多；樣本值在某個(gè)取值范圍內(nèi)較頻繁出現(xiàn)，而在另外一些范圍內(nèi)出現(xiàn)不多；l 可對(duì)樣本值較頻繁出現(xiàn)的取值范圍采用較小的量化區(qū)間，而在其它地方用可對(duì)樣本值較頻繁出現(xiàn)的取值范圍采用較小的量化區(qū)間，而在其它地方用較大的量化區(qū)間；較大的量化區(qū)間；l 這樣就可在不增加量化級(jí)數(shù)這樣就可在不增加量化級(jí)數(shù)k k的條件下，降低平均誤差，減少量化噪聲。的條件下，降低平均誤差，減少量化噪聲。非均勻量

15、化非均勻量化為使總誤差最小，令其對(duì)為使總誤差最小，令其對(duì)z zi i和和q qi i的偏導(dǎo)數(shù)為的偏導(dǎo)數(shù)為0 0，可得，可得1z2iiiqq11( )( )iiiizzizzz p z dzqp z dzq 步驟：步驟：l初始化所有的量化電平初始化所有的量化電平qi；l更新所有的判決電平更新所有的判決電平zi，并計(jì)算總誤差的初始值；，并計(jì)算總誤差的初始值；l更新所有的量化電平更新所有的量化電平qi；l再次計(jì)算總誤差的值；再次計(jì)算總誤差的值；l如果兩次計(jì)算的總誤差之差小于某個(gè)閾值，則算法停止，否如果兩次計(jì)算的總誤差之差小于某個(gè)閾值，則算法停止，否則轉(zhuǎn)入第則轉(zhuǎn)入第2步。步。Lloyd Max量化器量

16、化器Max量化器在誤差平方和最小的意義上是最優(yōu)的。量化器在誤差平方和最小的意義上是最優(yōu)的。取樣點(diǎn)數(shù)和量化級(jí)數(shù)的選取取樣點(diǎn)數(shù)和量化級(jí)數(shù)的選取 假定一幅圖像取假定一幅圖像取MN個(gè)采樣點(diǎn)，對(duì)樣點(diǎn)值進(jìn)行個(gè)采樣點(diǎn)，對(duì)樣點(diǎn)值進(jìn)行Q級(jí)分檔取整。那么對(duì)級(jí)分檔取整。那么對(duì)M、 N和和Q如何取值呢？如何取值呢？q 首先，首先， Q一般總是取一般總是取2的整數(shù)次冪，如的整數(shù)次冪，如Q = 2b，b為正整數(shù)，通常稱為對(duì)圖為正整數(shù)，通常稱為對(duì)圖像進(jìn)行像進(jìn)行b比特量化。比特量化。q M、N可以相等，也可以不等。若取相等，則圖像距陣為方陣，分析運(yùn)算可以相等，也可以不等。若取相等，則圖像距陣為方陣，分析運(yùn)算方便一些。方便一些

17、。 q 其次，量化過(guò)程相當(dāng)于由輸入值找到它所在的區(qū)間號(hào)，反量化過(guò)程相當(dāng)于其次，量化過(guò)程相當(dāng)于由輸入值找到它所在的區(qū)間號(hào)，反量化過(guò)程相當(dāng)于由量化區(qū)間號(hào)得到對(duì)應(yīng)的量化電平值。量化處理是把一批輸入量化到一個(gè)由量化區(qū)間號(hào)得到對(duì)應(yīng)的量化電平值。量化處理是把一批輸入量化到一個(gè)輸出級(jí)上，量化區(qū)間總數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于輸入值的總數(shù)，所以量化能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)壓輸出級(jí)上，量化區(qū)間總數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于輸入值的總數(shù)，所以量化能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)壓縮。很明顯，反量化后并不能保證得到原來(lái)的值，因此量化過(guò)程是一個(gè)不縮。很明顯，反量化后并不能保證得到原來(lái)的值，因此量化過(guò)程是一個(gè)不可逆過(guò)程，用量化的方法來(lái)進(jìn)行壓縮編碼是一種非信息保持型編碼。通常可逆過(guò)程，用量化

18、的方法來(lái)進(jìn)行壓縮編碼是一種非信息保持型編碼。通常這兩個(gè)過(guò)程均可用查表法實(shí)現(xiàn)。對(duì)這兩個(gè)過(guò)程均可用查表法實(shí)現(xiàn)。對(duì)b來(lái)講，取值越大，量化區(qū)間總數(shù)越接來(lái)講，取值越大，量化區(qū)間總數(shù)越接近于輸入值總數(shù)，所引起的量化失真就越小。近于輸入值總數(shù)，所引起的量化失真就越小。q 在實(shí)際應(yīng)用中，如果圖像的總比特?cái)?shù)在實(shí)際應(yīng)用中，如果圖像的總比特?cái)?shù)MNb給定，對(duì)給定，對(duì)MN和和b的分配往往是根據(jù)圖像的內(nèi)容和應(yīng)用要求以及的分配往往是根據(jù)圖像的內(nèi)容和應(yīng)用要求以及系統(tǒng)本身的技術(shù)指標(biāo)來(lái)選定的。例如，若圖像中有大面積系統(tǒng)本身的技術(shù)指標(biāo)來(lái)選定的。例如，若圖像中有大面積灰度變化緩慢的平滑區(qū)域（如人的特寫(xiě)照片等），則灰度變化緩慢的平滑區(qū)

19、域（如人的特寫(xiě)照片等），則MN取樣點(diǎn)可以少些，而量化比特?cái)?shù)取樣點(diǎn)可以少些，而量化比特?cái)?shù)b多些，這樣可使多些，這樣可使重建圖像灰度層次多些。若重建圖像灰度層次多些。若b太少，在圖像平滑區(qū)往往會(huì)太少，在圖像平滑區(qū)往往會(huì)出現(xiàn)出現(xiàn)“假輪廓假輪廓”。q 反之，對(duì)于復(fù)雜景物圖像，如群眾場(chǎng)面的照片等，量化比反之，對(duì)于復(fù)雜景物圖像，如群眾場(chǎng)面的照片等，量化比特?cái)?shù)特?cái)?shù)b可以少些，而取樣點(diǎn)數(shù)可以少些，而取樣點(diǎn)數(shù)MN要多些，這樣就不會(huì)要多些，這樣就不會(huì)丟失圖像的細(xì)節(jié)。究竟丟失圖像的細(xì)節(jié)。究竟MN和和b如何組合才能獲得滿意如何組合才能獲得滿意的結(jié)果很難講出一個(gè)統(tǒng)一的方案。的結(jié)果很難講出一個(gè)統(tǒng)一的方案。 不同采樣點(diǎn)數(shù)對(duì)

20、圖像質(zhì)量的影響不同采樣點(diǎn)數(shù)對(duì)圖像質(zhì)量的影響（a）256256 （b）128128 （c）6464（d）3232 （e）1616 （f）88不同量化級(jí)別對(duì)圖像質(zhì)量的影響不同量化級(jí)別對(duì)圖像質(zhì)量的影響（a）256色色 （b）64色色 （c）32色色（d）16色色 （e）4色色 （f）2色色q 圖像處理時(shí)要考慮三個(gè)因素：分辨率、圖像深度和顯示圖像處理時(shí)要考慮三個(gè)因素：分辨率、圖像深度和顯示深度。深度。q 分辨率指圖像的清晰度。有屏幕分辨率、圖像分辨率和分辨率指圖像的清晰度。有屏幕分辨率、圖像分辨率和像素分辨率。像素分辨率。屏幕分辨率屏幕分辨率：指計(jì)算機(jī)顯示器屏幕顯示圖像的最大顯示區(qū)，指計(jì)算機(jī)顯示器屏幕

21、顯示圖像的最大顯示區(qū)，以水平和垂直像素點(diǎn)表示。以水平和垂直像素點(diǎn)表示。圖像分辨率：指數(shù)字化的圖像的大小，以水平和垂直像素圖像分辨率：指數(shù)字化的圖像的大小，以水平和垂直像素點(diǎn)個(gè)數(shù)表示。例如：在點(diǎn)個(gè)數(shù)表示。例如：在640480屏幕上顯示屏幕上顯示320240個(gè)像個(gè)像素點(diǎn)的圖像。素點(diǎn)的圖像。 像素分辨率：指像素的寬高比，一般為像素分辨率：指像素的寬高比，一般為1：1。2.3 圖像的基本屬性圖像的基本屬性2.3 圖像的基本屬性圖像的基本屬性q 圖像深度（顏色深度）：表示數(shù)字位圖圖像中每個(gè)像圖像深度（顏色深度）：表示數(shù)字位圖圖像中每個(gè)像素上用于表示顏色的二進(jìn)制數(shù)字位數(shù)。目前黑白圖像素上用于表示顏色的二進(jìn)

22、制數(shù)字位數(shù)。目前黑白圖像為為8比特，彩色為比特，彩色為24比特。比特。q 顯示深度：表示顯示器上每個(gè)點(diǎn)用于顯示顏色的二進(jìn)顯示深度：表示顯示器上每個(gè)點(diǎn)用于顯示顏色的二進(jìn)制數(shù)字位數(shù)。若顯示深度小于圖像深度，則圖像失真。制數(shù)字位數(shù)。若顯示深度小于圖像深度，則圖像失真。圖像文件大小的計(jì)算（圖像文件大小的計(jì)算（Byte）：）：圖像數(shù)據(jù)量大小圖像數(shù)據(jù)量大小=像素總數(shù)像素總數(shù)圖像深度圖像深度8例如：一幅例如：一幅640480的的256色圖像為：色圖像為： 64048088=307200 Bytes2.3 圖像的基本屬性圖像的基本屬性q 真彩（真彩（True color） 彩色圖像直接采用包含彩色圖像直接采用

23、包含R、G、B三基色分量的像素值。三基色分量的像素值。q 偽彩（偽彩（Pseudo color） Color look-up table，原圖像的灰度值按一定的數(shù)學(xué)關(guān)系同各種顏色，原圖像的灰度值按一定的數(shù)學(xué)關(guān)系同各種顏色對(duì)應(yīng)起來(lái)獲得彩色圖像的色調(diào)對(duì)應(yīng)起來(lái)獲得彩色圖像的色調(diào) 。q 直接色直接色 每個(gè)像素值分為每個(gè)像素值分為R、G、B分量，這些分量再作為單獨(dú)索引值，通過(guò)分量，這些分量再作為單獨(dú)索引值，通過(guò)相應(yīng)的彩色變換表找出基本色調(diào)。這樣產(chǎn)生的相應(yīng)的彩色變換表找出基本色調(diào)。這樣產(chǎn)生的RGB強(qiáng)度值構(gòu)成的彩強(qiáng)度值構(gòu)成的彩色稱為直接色。用這種系統(tǒng)產(chǎn)生顏色與真彩色系統(tǒng)相比，相同之處色稱為直接色。用這種系統(tǒng)

24、產(chǎn)生顏色與真彩色系統(tǒng)相比，相同之處是都采用是都采用RGB分量決定基色強(qiáng)度，不同之處是后者的基色強(qiáng)度直接分量決定基色強(qiáng)度，不同之處是后者的基色強(qiáng)度直接用用RGB決定，而前者的基色強(qiáng)度由決定，而前者的基色強(qiáng)度由RGB經(jīng)變換后決定。因而這兩種經(jīng)變換后決定。因而這兩種系統(tǒng)產(chǎn)生的顏色就有差別。試驗(yàn)結(jié)果表明，使用直接色在顯示器上系統(tǒng)產(chǎn)生的顏色就有差別。試驗(yàn)結(jié)果表明，使用直接色在顯示器上顯示的彩色圖像看起來(lái)更真實(shí)自然。顯示的彩色圖像看起來(lái)更真實(shí)自然。2.4 數(shù)字圖像種類(lèi)數(shù)字圖像種類(lèi)q 表達(dá)方法表達(dá)方法 矢量圖（矢量圖（vector graphics）（圖形）（圖形） 點(diǎn)陣圖（點(diǎn)陣圖（bit mapped g

25、raphics） （圖像）（圖像）v 利用點(diǎn)、線、矩形、多邊形、圓和弧線等描述；采用利用點(diǎn)、線、矩形、多邊形、圓和弧線等描述；采用 數(shù)學(xué)計(jì)算方式數(shù)學(xué)計(jì)算方式，通過(guò)計(jì)算機(jī)語(yǔ)言編程表達(dá)，通過(guò)計(jì)算機(jī)語(yǔ)言編程表達(dá)v 簡(jiǎn)單、小塊圖像時(shí)有效，適合做各種變換簡(jiǎn)單、小塊圖像時(shí)有效，適合做各種變換v 用像素表示用像素表示v 像素具有顏色、亮度像素具有顏色、亮度 和屬性和屬性v 掃描儀、攝像機(jī)、錄像掃描儀、攝像機(jī)、錄像 機(jī)、激光視盤(pán)、視頻機(jī)、激光視盤(pán)、視頻 信號(hào)數(shù)字卡等獲得信號(hào)數(shù)字卡等獲得 優(yōu)點(diǎn)：適合表現(xiàn)大量的優(yōu)點(diǎn)：適合表現(xiàn)大量的圖像細(xì)節(jié)，可以很好的反圖像細(xì)節(jié)，可以很好的反映明暗的變化、復(fù)雜的場(chǎng)映明暗的變化、復(fù)雜

26、的場(chǎng)景和顏色，表現(xiàn)逼真的圖景和顏色，表現(xiàn)逼真的圖像效果。像效果。 缺點(diǎn)：文件比較大，放缺點(diǎn)：文件比較大，放大時(shí)清晰度會(huì)降低并出現(xiàn)大時(shí)清晰度會(huì)降低并出現(xiàn)鋸齒。鋸齒。 通過(guò)數(shù)學(xué)公式計(jì)算獲得通過(guò)數(shù)學(xué)公式計(jì)算獲得描述圖形的直線和曲線，描述圖形的直線和曲線，文件一般較小，例如文字、文件一般較小，例如文字、線條。線條。 優(yōu)點(diǎn)：無(wú)論放大、縮小優(yōu)點(diǎn)：無(wú)論放大、縮小或旋轉(zhuǎn)等都不會(huì)失真?；蛐D(zhuǎn)等都不會(huì)失真。 缺點(diǎn)：難以表現(xiàn)色彩層缺點(diǎn)：難以表現(xiàn)色彩層次豐富的逼真圖像效果，次豐富的逼真圖像效果，而且顯示矢量圖也需要花而且顯示矢量圖也需要花費(fèi)一些時(shí)間。費(fèi)一些時(shí)間。矢量圖矢量圖點(diǎn)陣圖點(diǎn)陣圖q亮度等級(jí)亮度等級(jí)v二值圖像二值

27、圖像v灰度圖像灰度圖像q色調(diào)等級(jí)色調(diào)等級(jí)v黑白圖像黑白圖像v彩色圖像彩色圖像q空間的維數(shù)空間的維數(shù)v平面二維圖像平面二維圖像v立體三維圖像立體三維圖像 2.4 數(shù)字圖像種類(lèi)數(shù)字圖像種類(lèi)q 灰度圖（灰度圖（gray-scale image） 256級(jí)灰度圖，每級(jí)灰度圖，每個(gè)像素個(gè)像素1Byte二值二值圖，每個(gè)像圖，每個(gè)像素素1bit256色彩色圖及其轉(zhuǎn)換的色彩色圖及其轉(zhuǎn)換的256級(jí)灰度圖級(jí)灰度圖2424位真彩色圖及其轉(zhuǎn)換位真彩色圖及其轉(zhuǎn)換的的256256級(jí)灰度圖級(jí)灰度圖q 彩色圖（彩色圖（color image）2.5 彩色圖像信號(hào)的表示和編碼彩色圖像信號(hào)的表示和編碼彩色的三參量（彩色的三參量（

28、HIS）q 是視覺(jué)系統(tǒng)對(duì)一個(gè)區(qū)域呈現(xiàn)的顏是視覺(jué)系統(tǒng)對(duì)一個(gè)區(qū)域呈現(xiàn)的顏色的感覺(jué)，即對(duì)物體輻射或者反色的感覺(jué)，即對(duì)物體輻射或者反射的光波波長(zhǎng)的感覺(jué)。射的光波波長(zhǎng)的感覺(jué)。q 有一千萬(wàn)種以上，顏色專(zhuān)業(yè)人士有一千萬(wàn)種以上，顏色專(zhuān)業(yè)人士可辨認(rèn)出三百至四百種顏色?？杀嬲J(rèn)出三百至四百種顏色。q 混合相鄰顏色時(shí)，可以獲得在這混合相鄰顏色時(shí)，可以獲得在這兩種顏色之間連續(xù)變化的色調(diào)。兩種顏色之間連續(xù)變化的色調(diào)。色調(diào)（色調(diào)（hue）：表征各顏色（具有不同頻率或波長(zhǎng)）：表征各顏色（具有不同頻率或波長(zhǎng)）q飽和度是指色彩的鮮艷程度，飽和度是指色彩的鮮艷程度，即顏色的純潔性。即顏色的純潔性。q當(dāng)一種顏色滲入其它光（比如當(dāng)一種

29、顏色滲入其它光（比如白光）成分愈多時(shí)，顏色愈不白光）成分愈多時(shí)，顏色愈不飽和。飽和。q飽和度為零時(shí)，圖像變成一灰飽和度為零時(shí)，圖像變成一灰度圖像。度圖像。飽和度（飽和度（saturation）：表征顏色的濃度）：表征顏色的濃度q亮度是視覺(jué)系統(tǒng)對(duì)可見(jiàn)物體輻亮度是視覺(jué)系統(tǒng)對(duì)可見(jiàn)物體輻射或者發(fā)光多少的感知屬性。射或者發(fā)光多少的感知屬性。 亮度是主觀感覺(jué)，例如，一根亮度是主觀感覺(jué)，例如，一根點(diǎn)燃的蠟燭在黑暗中看起來(lái)要點(diǎn)燃的蠟燭在黑暗中看起來(lái)要比白熾光下亮。亮度的單位是比白熾光下亮。亮度的單位是坎德拉坎德拉/平方米（平方米（cd/m2）q亮度是用反映視覺(jué)特性的光譜亮度是用反映視覺(jué)特性的光譜敏感函數(shù)加權(quán)之

30、后得到的輻射敏感函數(shù)加權(quán)之后得到的輻射功率。功率。亮度（亮度（intensity或或brightness ）：表征總能量，明暗效果，）：表征總能量，明暗效果，與顏色無(wú)關(guān)。與顏色無(wú)關(guān)。另外一個(gè)常見(jiàn)概念另外一個(gè)常見(jiàn)概念 對(duì)比度對(duì)比度q 對(duì)比度指不同顏色之間的差異，對(duì)比度越大，兩種顏對(duì)比度指不同顏色之間的差異，對(duì)比度越大，兩種顏色之間的反差就越大。比如對(duì)一幅灰度圖像，提高對(duì)色之間的反差就越大。比如對(duì)一幅灰度圖像，提高對(duì)比度會(huì)更加黑白分明，反之，則得到一幅灰色的圖像。比度會(huì)更加黑白分明，反之，則得到一幅灰色的圖像。HIS顏色圓錐空間模型顏色圓錐空間模型2.5.1 彩色圖像信號(hào)的分量表示彩色圖像信號(hào)的分

31、量表示q 黑白圖像信號(hào)（灰度級(jí)，黑白圖像信號(hào)（灰度級(jí)，8比特，人眼對(duì)灰度的最大分辨比特，人眼對(duì)灰度的最大分辨力為力為26。）。） q 彩色視頻信號(hào)（彩色的三基色原理，彩色視頻信號(hào)（彩色的三基色原理，RGB混合而成，混合而成，24比比特，特， 不便于傳輸和存儲(chǔ)。）不便于傳輸和存儲(chǔ)。）q 利用人的視覺(jué)特性降低彩色圖像的數(shù)據(jù)量，將利用人的視覺(jué)特性降低彩色圖像的數(shù)據(jù)量，將RGB轉(zhuǎn)換到轉(zhuǎn)換到別的彩色空間，別的彩色空間， 轉(zhuǎn)換后每一種彩色都產(chǎn)生一個(gè)亮度分量和轉(zhuǎn)換后每一種彩色都產(chǎn)生一個(gè)亮度分量和兩個(gè)色度分量信號(hào)。兩個(gè)色度分量信號(hào)。 RGB YUV，YIQ，YCbCr顏色空間（彩色空間）顏色空間（彩色空間）

32、RGB型型/計(jì)算機(jī)圖形顏色空間計(jì)算機(jī)圖形顏色空間電視機(jī)和計(jì)算機(jī)的顏色顯示系統(tǒng)電視機(jī)和計(jì)算機(jī)的顏色顯示系統(tǒng) CMY型型/彩色印刷及打印模型彩色印刷及打印模型與與RGB三基色互補(bǔ)三基色互補(bǔ) YUV型型/電視系統(tǒng)顏色空間（電視系統(tǒng)顏色空間（Luminance and chrominance）廣播電視需求，以壓縮色度信息有效傳輸電視圖像廣播電視需求，以壓縮色度信息有效傳輸電視圖像 YCbCr（數(shù)字電視采用的顏色空間）數(shù)字電視采用的顏色空間） XYZ型型/CIE顏色空間顏色空間國(guó)際照明委員會(huì)定義的國(guó)際性顏色空間標(biāo)準(zhǔn)，是國(guó)際照明委員會(huì)定義的國(guó)際性顏色空間標(biāo)準(zhǔn)，是YUV的前身的前身RGB彩色空間q在多媒體計(jì)

33、算機(jī)中，用得最多的是在多媒體計(jì)算機(jī)中，用得最多的是RGB彩色空間表彩色空間表示，因?yàn)轱@示器的輸入需要示，因?yàn)轱@示器的輸入需要RGB三個(gè)彩色分量。三個(gè)彩色分量。q不管多媒體系統(tǒng)中使用什么彩色空間，最后輸出一不管多媒體系統(tǒng)中使用什么彩色空間，最后輸出一定要轉(zhuǎn)換為定要轉(zhuǎn)換為RGB。配色方程：配色方程：F=rR+gG+bB，r、g、b為三色系數(shù)。為三色系數(shù)。白光的白光的亮度公式：亮度公式：PAL，Y=0.22R+0.707G+0.071B NTSC，Y=0.299R+0.587G+0.114B系數(shù)不同是因?yàn)槿ㄩL(zhǎng)選擇不同。系數(shù)不同是因?yàn)槿ㄩL(zhǎng)選擇不同。RGB彩色空間彩色空間彩色圖像描述示例彩色

34、圖像描述示例 00255800255240240255R 02550160255255801600G 25525525524000160800BRGB彩色空間彩色空間q自然界中任何一種光都可由自然界中任何一種光都可由R、G、B三基色按不同的比例相加混合而成，當(dāng)三基三基色按不同的比例相加混合而成，當(dāng)三基色分量都為色分量都為0（最弱）時(shí)混合為黑色光，當(dāng)（最弱）時(shí)混合為黑色光，當(dāng)三基色分量都為三基色分量都為k（最強(qiáng)）時(shí)混合為白色光。（最強(qiáng)）時(shí)混合為白色光。p任一顏色任一顏色F是這個(gè)三維坐標(biāo)中的一點(diǎn)，調(diào)整三色系數(shù)是這個(gè)三維坐標(biāo)中的一點(diǎn)，調(diào)整三色系數(shù)r、g、b中的任一系數(shù)都會(huì)改變中的任一系數(shù)都會(huì)改變F的

35、坐標(biāo)值，也即改變了的坐標(biāo)值，也即改變了F的的色值。色值。pRGB顏色空間采用物理三基色表示，因而物理意義很清顏色空間采用物理三基色表示，因而物理意義很清楚，適合彩色顯像管工作。然而這一體制并不適應(yīng)人的視楚，適合彩色顯像管工作。然而這一體制并不適應(yīng)人的視覺(jué)特點(diǎn)，因而產(chǎn)生了其他不同的顏色空間表示法。覺(jué)特點(diǎn)，因而產(chǎn)生了其他不同的顏色空間表示法。 RGB圖像圖像q亮度信號(hào)亮度信號(hào)Y和色差信號(hào)和色差信號(hào)U、Vq亮度信號(hào)表示了單位面積上反射光線的強(qiáng)度亮度信號(hào)表示了單位面積上反射光線的強(qiáng)度q色差信號(hào)（所謂色差信號(hào)，就是指基色信號(hào)中的色差信號(hào)（所謂色差信號(hào)，就是指基色信號(hào)中的三個(gè)分量信號(hào)三個(gè)分量信號(hào)R、G、B

36、與亮度信號(hào)之差）決定了與亮度信號(hào)之差）決定了彩色圖像信號(hào)的色調(diào)。彩色圖像信號(hào)的色調(diào)。q最后發(fā)送端將最后發(fā)送端將Y、U、V三個(gè)信號(hào)進(jìn)行編碼，用同三個(gè)信號(hào)進(jìn)行編碼，用同一信道發(fā)送出去，這就是在一信道發(fā)送出去，這就是在PAL（德、英、中、（德、英、中、朝朝 ）彩色電視制式中使用的）彩色電視制式中使用的YUV彩色空間。彩色空間。YUV彩色空間彩色空間BGRVUY100. 0515. 0615. 0436. 0289. 0147. 0114. 0587. 0299. 0YUV與與RGB彩色空間變換彩色空間變換Y=0.299R+0.587G+0.114BqY和和U、V相互獨(dú)立。即黑白灰度圖與單色圖是相互獨(dú)

37、相互獨(dú)立。即黑白灰度圖與單色圖是相互獨(dú)立的，因此可以對(duì)這些單色圖分別進(jìn)行編碼。這也解決立的，因此可以對(duì)這些單色圖分別進(jìn)行編碼。這也解決了彩色電視機(jī)與黑白電視機(jī)的兼容問(wèn)題。了彩色電視機(jī)與黑白電視機(jī)的兼容問(wèn)題。q降低數(shù)字彩色圖像數(shù)據(jù)量。利用人眼視覺(jué)特性可把幾個(gè)降低數(shù)字彩色圖像數(shù)據(jù)量。利用人眼視覺(jué)特性可把幾個(gè)相鄰像素不同的色彩值當(dāng)做相同的色彩值來(lái)處理（即大相鄰像素不同的色彩值當(dāng)做相同的色彩值來(lái)處理（即大面積著色原理），從而減少了所需的數(shù)據(jù)量。面積著色原理），從而減少了所需的數(shù)據(jù)量。q在在PAL彩色電視制式中，亮度信號(hào)的帶寬為彩色電視制式中，亮度信號(hào)的帶寬為4.43MHz， 用以保證足夠的清晰度，而把

38、色差信號(hào)的帶寬壓縮為用以保證足夠的清晰度，而把色差信號(hào)的帶寬壓縮為1.3MHz，達(dá)到了減少帶寬的目的。，達(dá)到了減少帶寬的目的。 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)視頻采集卡得到的圖像視頻采集卡得到的圖像qY和和U、V分別采用不同的采樣頻率。分別采用不同的采樣頻率。q目前常用的目前常用的Y、U、V采樣頻率的比例有采樣頻率的比例有4 4 4、4 2 2、4：1：1、4：2：0。q如要存儲(chǔ)如要存儲(chǔ)RGB彩色圖像，每分量用彩色圖像，每分量用8個(gè)比特表示，個(gè)比特表示， 圖圖像的大小為像的大小為640480像素，像素， 那么所需要的存儲(chǔ)容量那么所需要的存儲(chǔ)容量為為64048038/8921600字節(jié)；字節(jié)；q如果用如果用Y U V

39、4 1 1來(lái)表示，對(duì)于來(lái)表示，對(duì)于Y每個(gè)像素每個(gè)像素仍用仍用8比特表示，而對(duì)于色差信號(hào)比特表示，而對(duì)于色差信號(hào)U、V，每，每4個(gè)像素個(gè)像素用用8比特表示，則存儲(chǔ)量變?yōu)楸忍乇硎?，則存儲(chǔ)量變?yōu)?40480(8+2+2)/8460800字節(jié)。盡管數(shù)據(jù)量減少了一半，但人眼察覺(jué)不字節(jié)。盡管數(shù)據(jù)量減少了一半，但人眼察覺(jué)不出有明顯變化。出有明顯變化。 YUV圖像圖像q在在NTSC彩色電視制式中選用彩色電視制式中選用YIQ彩色空間，其彩色空間，其中中Y表示亮度，表示亮度，I、Q是兩個(gè)彩色分量。是兩個(gè)彩色分量。q I、Q與與U、V是不相同的。人眼的彩色視覺(jué)特性是不相同的。人眼的彩色視覺(jué)特性表明，人眼對(duì)紅、黃之間

40、顏色變化的分辨能力最表明，人眼對(duì)紅、黃之間顏色變化的分辨能力最強(qiáng)；而對(duì)藍(lán)、紫之間顏色變化的分辨能力最弱。強(qiáng)；而對(duì)藍(lán)、紫之間顏色變化的分辨能力最弱。所以把相角為所以把相角為123度的橙色（紅黃之間的顏色）及度的橙色（紅黃之間的顏色）及其相反相角其相反相角303度的青色定義為度的青色定義為I軸。與軸。與I正交的色正交的色度信號(hào)軸叫度信號(hào)軸叫Q軸。即色彩信號(hào)軸。即色彩信號(hào)I表示人眼最敏感的表示人眼最敏感的色軸，色軸，Q表示人眼最不敏感的色軸。表示人眼最不敏感的色軸。 YIQ彩色空間彩色空間BGRQIY311. 0523. 0212. 0321. 0275. 0596. 0114. 0587. 029

41、9. 0YIQ與與RGB彩色空間變換的對(duì)應(yīng)關(guān)系：彩色空間變換的對(duì)應(yīng)關(guān)系： q在在NTSC制式（美、加）中，傳送人眼分辨能力較制式（美、加）中，傳送人眼分辨能力較強(qiáng)的強(qiáng)的I信號(hào)時(shí)，用較寬的頻帶（信號(hào)時(shí)，用較寬的頻帶（1.31.5 MHz）；而傳）；而傳送人眼分辨能力較弱的送人眼分辨能力較弱的Q信號(hào)時(shí)，用較窄的頻帶（信號(hào)時(shí)，用較窄的頻帶（0.5 MHz）。）。Y分量的帶寬是分量的帶寬是4.2MHz。qYCbCr彩色空間是由彩色空間是由ITU-R（國(guó)際電聯(lián)無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)（國(guó)際電聯(lián)無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)部，原國(guó)際無(wú)線電咨詢委員會(huì)部，原國(guó)際無(wú)線電咨詢委員會(huì)CCIR）制定的彩）制定的彩色空間。色空間。q 按照按照CCIR60

42、1-2標(biāo)準(zhǔn)，將非線性的標(biāo)準(zhǔn)，將非線性的RGB信號(hào)編碼信號(hào)編碼成（數(shù)字化）成（數(shù)字化）YCbCr，編碼過(guò)程開(kāi)始是先采用符，編碼過(guò)程開(kāi)始是先采用符合合SMPTE-CRGB（它定義了三種熒光粉，即一（它定義了三種熒光粉，即一種參考白光，應(yīng)用于演播室監(jiān)視器及電視接收機(jī)種參考白光，應(yīng)用于演播室監(jiān)視器及電視接收機(jī)標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)的RGB）的基色作為）的基色作為r校正信號(hào)。校正信號(hào)。 YCbCr彩色空間彩色空間q YCbCr與與RGB彩色空間變換的對(duì)應(yīng)關(guān)系如下所示。彩色空間變換的對(duì)應(yīng)關(guān)系如下所示。 YCbCr是針對(duì)數(shù)字圖像壓縮提出的彩色空間是針對(duì)數(shù)字圖像壓縮提出的彩色空間 。q 實(shí)際上很多時(shí)候，我們是把實(shí)際上很多

43、時(shí)候，我們是把YUV和和YIQ / YCrCb模型混為模型混為一談的。一談的。q YUV模型用于模型用于PAL制式的電視系統(tǒng)，制式的電視系統(tǒng)，Y表示亮度，表示亮度，UV并并非任何單詞的縮寫(xiě)。非任何單詞的縮寫(xiě)。q YIQ模型與模型與YUV模型類(lèi)似，用于模型類(lèi)似，用于NTSC制式的電視系統(tǒng)。制式的電視系統(tǒng)。YIQ顏色空間中的顏色空間中的I和和Q分量相當(dāng)于將分量相當(dāng)于將YUV空間中的空間中的UV分分量做了一個(gè)量做了一個(gè)33度的旋轉(zhuǎn)。度的旋轉(zhuǎn)。q YCbCr顏色空間是由顏色空間是由YUV顏色空間派生的一種顏色空間，顏色空間派生的一種顏色空間，主要用于數(shù)字電視系統(tǒng)中。從主要用于數(shù)字電視系統(tǒng)中。從RGB到

44、到Y(jié)CbCr的轉(zhuǎn)換中，的轉(zhuǎn)換中，輸入、輸出都是輸入、輸出都是8位二進(jìn)制格式。位二進(jìn)制格式。BG081. 0419. 0500. 0500. 0331. 0169. 0114. 0587. 0299. 0RCCYrb1281280CMY顏色空間顏色空間 q彩色印刷或彩色打印的紙張是不能發(fā)射光線的，因彩色印刷或彩色打印的紙張是不能發(fā)射光線的，因而印刷機(jī)或彩色打印機(jī)就只能使用一些能夠吸收特而印刷機(jī)或彩色打印機(jī)就只能使用一些能夠吸收特定的光波而反射其他光波的油墨或顏料。油墨或顏定的光波而反射其他光波的油墨或顏料。油墨或顏料的三基色是青（料的三基色是青（Cyan）、品紅（）、品紅（Magenta）和黃）

45、和黃（Yellow），簡(jiǎn)稱為），簡(jiǎn)稱為CMY。青色對(duì)應(yīng)藍(lán)綠色，品。青色對(duì)應(yīng)藍(lán)綠色，品紅對(duì)應(yīng)紫紅色。理論上說(shuō)，任何一種由顏料表現(xiàn)的紅對(duì)應(yīng)紫紅色。理論上說(shuō)，任何一種由顏料表現(xiàn)的顏色都可以用這三種基色按不同的比例混合而成，顏色都可以用這三種基色按不同的比例混合而成，這種顏色表示方法稱為這種顏色表示方法稱為CMY顏色空間表示法。彩顏色空間表示法。彩色打印機(jī)和彩色印刷系統(tǒng)都采用色打印機(jī)和彩色印刷系統(tǒng)都采用CMY顏色空間。顏色空間。 CMY顏色空間顏色空間q相減混色：它減少了為視覺(jué)系相減混色：它減少了為視覺(jué)系統(tǒng)識(shí)別顏色所需要的反射光。統(tǒng)識(shí)別顏色所需要的反射光。在在CMY相減混色中，三基色相減混色中，三基色

46、等量相減時(shí)得到黑色；等量黃等量相減時(shí)得到黑色；等量黃色（色（Y）和品紅（）和品紅（M）相減而）相減而青色（青色（C）為）為0時(shí)，得到紅色時(shí)，得到紅色（R）；等量青色（）；等量青色（C）和品）和品紅（紅（M）相減而黃色（）相減而黃色（Y）為）為0時(shí)，得到藍(lán)色（時(shí)，得到藍(lán)色（B）；等量黃）；等量黃色（色（Y）和青色（）和青色（C）相減而）相減而品紅（品紅（M）為）為0時(shí)，得到綠色時(shí)，得到綠色（G）。）。RGB空間與空間與CMY空間的互補(bǔ)關(guān)系空間的互補(bǔ)關(guān)系qCMY空間正好與空間正好與RGB空間互補(bǔ)，也即用白色空間互補(bǔ)，也即用白色減去減去RGB空間中的某一顏色值就等于同樣顏色空間中的某一顏色值就等于同

47、樣顏色在在CMY空間中的值?？臻g中的值。 2.5.2 彩色圖像信號(hào)編碼彩色圖像信號(hào)編碼q 對(duì)于彩色圖像信號(hào)數(shù)字壓縮編碼，可以采用兩種不對(duì)于彩色圖像信號(hào)數(shù)字壓縮編碼，可以采用兩種不同的編解碼方案：同的編解碼方案： 一種是復(fù)合編碼，一種是復(fù)合編碼， 它直接對(duì)復(fù)合圖像信號(hào)進(jìn)行采樣、它直接對(duì)復(fù)合圖像信號(hào)進(jìn)行采樣、 編編碼和傳輸；碼和傳輸； 另一種是分量編碼，另一種是分量編碼， 它首先把復(fù)合圖像中的亮度和色度它首先把復(fù)合圖像中的亮度和色度信號(hào)分離出來(lái)，信號(hào)分離出來(lái)， 然后分別進(jìn)行取樣、然后分別進(jìn)行取樣、 編碼和傳輸。分量編碼和傳輸。分量編碼是圖像信號(hào)壓縮編碼的主流編碼是圖像信號(hào)壓縮編碼的主流 （圖像壓縮

48、國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)）。（圖像壓縮國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)）。Q：什么是彩色的三參量，什么是彩色的三基色，：什么是彩色的三參量，什么是彩色的三基色，RGB、YUV、YIQ、CMY等彩色空間那些實(shí)現(xiàn)了亮色分離？等彩色空間那些實(shí)現(xiàn)了亮色分離？彩色圖像信號(hào)分量編碼系統(tǒng)的基本框圖彩色圖像信號(hào)分量編碼系統(tǒng)的基本框圖 復(fù)合視頻信號(hào)RBG編 碼數(shù) 據(jù) 流亮色分離YVUA/D變 換A/D變 換A/D變 換映射變換量化編碼 為了便于國(guó)際節(jié)目的交換及數(shù)字設(shè)備的互操作，為了便于國(guó)際節(jié)目的交換及數(shù)字設(shè)備的互操作，CCIR（ITUR）頒布了分量電視信號(hào)數(shù)字編碼標(biāo)準(zhǔn)）頒布了分量電視信號(hào)數(shù)字編碼標(biāo)準(zhǔn)ITU-R BT.601（CCIR 601）（俗稱）

49、（俗稱D1，標(biāo)清）。，標(biāo)清）。 組成：亮度、色差信號(hào)組成：亮度、色差信號(hào) 8比特均勻量化比特均勻量化 采樣頻率采樣頻率13.5MHZvPAL：fs = 625（行（行/幀）幀） 25（幀（幀/s） 864（樣點(diǎn)（樣點(diǎn)數(shù)數(shù)/行）行）vNTSC：fs = 525 29.97 858 v每一行有效樣本數(shù)均為每一行有效樣本數(shù)均為720個(gè)個(gè)2.6 數(shù)字視頻的分量傳輸數(shù)字視頻的分量傳輸ITU-R BT.601推薦亮度采樣結(jié)構(gòu)推薦亮度采樣結(jié)構(gòu)2.6.1 圖像子采樣圖像子采樣q4：2：2 （ITU-R BT.601推薦）推薦）Y：Cb：Cr：取樣點(diǎn)的位置：取樣點(diǎn)的位置：525行系統(tǒng)：行系統(tǒng)： M=720，N=

50、480，60Hz刷新頻率刷新頻率 Y=720 480，Cb=Cr=360 480625行系統(tǒng)：行系統(tǒng)： M=720，N=576，50Hz刷新頻率刷新頻率 Y=720 576， Cb=Cr=360 576 1 2 3 4 5 M 水平水平像素像素123N垂直垂直像素像素像素像素p 電視演播室應(yīng)用的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)電視演播室應(yīng)用的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)q4：2：0 123N垂直像素 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 M M 水平像素水平像素像素像素與與4:2:2具有相同亮度分辨率，色度分辨率降低為前者一半具有相同亮度分辨率，色度分辨率降低為前者一半隔行掃描隔行掃描用于數(shù)字廣播電視用于數(shù)字廣播電視525行系統(tǒng)：行系

51、統(tǒng)：Y=720 480， Cb=Cr=360 240625行系統(tǒng)：行系統(tǒng)： Y=720 576， Cb=Cr=360 288問(wèn)題：這兩種采樣格式下，彩色電問(wèn)題：這兩種采樣格式下，彩色電視信號(hào)數(shù)字化后，存儲(chǔ)每幀所需的視信號(hào)數(shù)字化后，存儲(chǔ)每幀所需的存儲(chǔ)容量及存儲(chǔ)容量及1小時(shí)電視小時(shí)電視/電影所需的電影所需的存儲(chǔ)容量？存儲(chǔ)容量？q SIF（源中間格式）（源中間格式） 水平和垂直分辨率為水平和垂直分辨率為4:2:0格式的一半（亞取樣）格式的一半（亞取樣） 刷新速率（時(shí)間分辨率）減半：刷新速率（時(shí)間分辨率）減半：30/25Hz 接收時(shí)進(jìn)行插值計(jì)算接收時(shí)進(jìn)行插值計(jì)算 主要用于存儲(chǔ)主要用于存儲(chǔ)q CIF（通

52、用中間格式（通用中間格式 ） 結(jié)合結(jié)合625行系統(tǒng)的空間分辨率、行系統(tǒng)的空間分辨率、525行系統(tǒng)的時(shí)間分辨率行系統(tǒng)的時(shí)間分辨率 Y =352 288，Cb =Cr = 176 144，30Hz 取樣點(diǎn)與取樣點(diǎn)與SIF同同 主要用于電視會(huì)議主要用于電視會(huì)議v為轉(zhuǎn)換到為轉(zhuǎn)換到CIF格式，則格式，則525行系統(tǒng)需要行頻轉(zhuǎn)換器，而行系統(tǒng)需要行頻轉(zhuǎn)換器，而625行系行系統(tǒng)需要幀頻轉(zhuǎn)換器。統(tǒng)需要幀頻轉(zhuǎn)換器。q QCIF（四分之一通用中間格式（四分之一通用中間格式 ） 水平和垂直分辨率為水平和垂直分辨率為CIF的的1/2 時(shí)間分辨率為時(shí)間分辨率為CIF的的1/2或或1/4 Y =176 144，Cb =Cr

53、 = 88 72，15Hz/7.5Hz 用于可視電話用于可視電話q S-QCIF （標(biāo)準(zhǔn)四分之一通用中間格式）（標(biāo)準(zhǔn)四分之一通用中間格式） 更低分辨率更低分辨率 用于調(diào)制解調(diào)器和用于調(diào)制解調(diào)器和PSTN提供的信道提供的信道 Y =128 96，Cb =Cr = 64 48 2.7.1 傅里葉變換傅里葉變換二維連續(xù)傅里葉變換二維連續(xù)傅里葉變換q 定義：設(shè)定義：設(shè) f (x, y) 是獨(dú)立變量是獨(dú)立變量x和和y的函數(shù)，且在的函數(shù)，且在上絕對(duì)上絕對(duì)可積，則定義積分可積，則定義積分 為二維連續(xù)函數(shù)為二維連續(xù)函數(shù) f (x, y) 的傅里葉變換，并定義的傅里葉變換，并定義 為為F (u, v) 的逆變換

54、。的逆變換。 f (x, y) 和和F (u, v)為傅里葉變換對(duì)為傅里葉變換對(duì)。2.7 圖像信號(hào)變換圖像信號(hào)變換 2 () F( , )( , )d djux vyu vf x y ex y j2() ( , )( , )ed dux vyf x yF u vu v2.7.1 傅里葉變換傅里葉變換二維離散傅里葉變換二維離散傅里葉變換q 尺寸為尺寸為MN的離散圖像函數(shù)的離散圖像函數(shù)f(x,y)的的DFT q 反變換可以通過(guò)對(duì)反變換可以通過(guò)對(duì)F(u,v) 求求IDFT獲得獲得 1010)/(2),(1),(MxNyNvyMuxjeyxfMNvuF1010)/(2),(),(MuNvNvyMuxj

55、evuFyxf2.7.1 傅里葉變換傅里葉變換二維離散傅里葉變換二維離散傅里葉變換 q F(u, v)即為即為f (x, y)的頻譜，通常是復(fù)數(shù)：的頻譜，通常是復(fù)數(shù)：( , )( , )j ( , )F u vR u vI u v221/2|( , )| ( , )( , )F u vR u vIu v( , )( , )arctan( , )I u vu vR u v幅度譜幅度譜 相位譜相位譜 2.7.1 傅里葉變換傅里葉變換幅度譜的特點(diǎn)幅度譜的特點(diǎn) 頻譜的直流成分為頻譜的直流成分為 ，說(shuō)明在頻譜原點(diǎn)說(shuō)明在頻譜原點(diǎn)的傅里葉變換的傅里葉變換F(0, 0)等于圖像的平均灰度級(jí)。等于圖像的平均灰度

56、級(jí)。 幅度譜幅度譜|F(u, v)|關(guān)于原點(diǎn)對(duì)稱，即關(guān)于原點(diǎn)對(duì)稱，即 。 圖像圖像f (x, y)平移后，幅度譜不發(fā)生變化，僅有相位平移后，幅度譜不發(fā)生變化，僅有相位發(fā)生變化。發(fā)生變化。112001(0,0)( , )NNxyFf x yN|( , )| |(,)|F u vFuv2.7.1 傅里葉變換傅里葉變換 （a）原始圖像）原始圖像 （b）圖像的頻譜圖）圖像的頻譜圖 （c）中心化的頻譜圖）中心化的頻譜圖傅里葉變換傅里葉變換2.7.2 離散余弦變換離散余弦變換 一維離散余弦變換一維離散余弦變換 保證變換基的規(guī)范正交性，引入常量保證變換基的規(guī)范正交性，引入常量C(k) ，定義：，定義：其中其

57、中DCT逆變換為逆變換為 1112(21)( )(0)( ) ( )cos2Nunuf nFC u F uNNN102(21)()()( ) cos()2NnnkF kC kfnNN1,0()21,11kC kkN2.7.2 離散余弦變換離散余弦變換 二維離散余弦變換二維離散余弦變換 q正變換：正變換：q逆變換：逆變換：1100211( , )( ) ( )( , )coscos22MNxyF u vC u C vf x yu xv yMNMN1100211( , )( ) ( ) ( , )cos() cos()22MNuvf x yC u C v F u vu xv yMNMN11( )

58、( ) ( , )cos() cos()22C u C v F u vu xv yMN線性組合線性組合2.7.2 離散余弦變換離散余弦變換二維離散余弦變換二維離散余弦變換 （a）wpeppers2圖像圖像 （b）wpeppers2圖像的圖像的DCT系數(shù)系數(shù) 離散余弦變換離散余弦變換 2.7.3 沃爾什沃爾什-哈達(dá)瑪變換哈達(dá)瑪變換 q 哈達(dá)瑪矩陣：元素僅由哈達(dá)瑪矩陣：元素僅由1和和1組成的正交方陣。組成的正交方陣。q 正交方陣：指它的任意兩行（或兩列）都彼此正交，正交方陣：指它的任意兩行（或兩列）都彼此正交，或者說(shuō)它們對(duì)應(yīng)元素之和為零?；蛘哒f(shuō)它們對(duì)應(yīng)元素之和為零。q 哈達(dá)瑪變換要求圖像的大小為哈

59、達(dá)瑪變換要求圖像的大小為N2n 。q 一維哈達(dá)瑪變換核為一維哈達(dá)瑪變換核為 其中，其中， bk(z) 代表代表z的二進(jìn)制表示的第的二進(jìn)制表示的第k位值。位值。10)()() 1(1),(niiiubxbNuxg2.7.3 沃爾什沃爾什-哈達(dá)瑪變換哈達(dá)瑪變換 q一維哈達(dá)瑪正變換一維哈達(dá)瑪正變換 q一維哈達(dá)瑪逆變換一維哈達(dá)瑪逆變換q二維哈達(dá)瑪正變換二維哈達(dá)瑪正變換q二維哈達(dá)瑪逆變換二維哈達(dá)瑪逆變換10)()(10) 1)(1)(nxubxbniiixfNuH10)()(10) 1)()(nuubxbniiiuHxf1010)()()()(10) 1)(,(1),(NxNyvbybubxbniiii

60、iyxfNvuH1010)()()()(10) 1)(,(1),(NuNvvbybubxbniiiiivuHNyxf2.7.3 沃爾什沃爾什-哈達(dá)瑪變換哈達(dá)瑪變換 q正反變換都可通過(guò)兩個(gè)一維變換實(shí)現(xiàn)。正反變換都可通過(guò)兩個(gè)一維變換實(shí)現(xiàn)。q高階哈達(dá)瑪矩陣可以通過(guò)如下遞推公式求得：高階哈達(dá)瑪矩陣可以通過(guò)如下遞推公式求得：N8的哈達(dá)瑪矩陣為的哈達(dá)瑪矩陣為 2222NNNNNHHHHH5261437011111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111112218H2.8.1 基本統(tǒng)計(jì)分析量基本統(tǒng)計(jì)分析量2.8 圖像的統(tǒng)計(jì)特性圖像的