數(shù)字圖像信息及處理技術(shù)課件

第4章數(shù)字圖像信息及處理技術(shù)色調(diào)（hue）

色調(diào)表示光的顏色，它決定于光的波長(zhǎng)，是彩色光的基本特性。某一物體的色調(diào)是指該物體在日光照射下所反射的光譜成分作用到人眼的綜合效果。自然界中的七色光分別對(duì)應(yīng)著不同的色調(diào)，而每種色調(diào)又分別對(duì)應(yīng)著不同的波長(zhǎng)。4.1.1色彩的三要素1教學(xué)進(jìn)程教學(xué)進(jìn)程亮度（luminance）亮度就是來表示某種顏色在人眼視覺上引起的明暗程度，它直接與光的強(qiáng)度有關(guān)。光的強(qiáng)度越大，物體就越亮；光的強(qiáng)度越小，物體就會(huì)越暗。2基色（primarycolor）1教學(xué)進(jìn)程

基色是指互為獨(dú)立的單色，任一基色都不能由其他兩種基色混合產(chǎn)生。人眼對(duì)紅綠藍(lán)三種色光最為敏感，且他們相配所得到的彩色范圍最廣，所以一般選紅綠藍(lán)作為基色。選擇基色遵循的原則：這三種顏色必須是相互獨(dú)立且其中任兩種顏色不能形成第三色。

4.1.2三基色原理互補(bǔ)色教學(xué)進(jìn)程凡是兩種色光相混合而成白光，這兩種色光就互為補(bǔ)色（complementarycolors）。如圖所示，紅、青；綠、品紅；藍(lán)、黃互為補(bǔ)色。互補(bǔ)色是彼此之間最不一樣的顏色，這就是人眼能看到除了基色之外其他色的原因。2教學(xué)進(jìn)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強(qiáng)度混合來表示。當(dāng)RGB的值相等時(shí)，結(jié)果會(huì)根據(jù)0~255的具體值表現(xiàn)為純黑、純白及相應(yīng)的灰色。

色彩模式是指在計(jì)算機(jī)上顯示或打印圖像時(shí)表示顏色的數(shù)字方法。比如計(jì)算機(jī)顯示器采用RGB模式，打印機(jī)輸出彩色圖像時(shí)用CMYK模式，從事藝術(shù)繪畫的采用HSB模式，彩色電視系統(tǒng)采用YUV/YIO模式。HSB模式3教學(xué)進(jìn)程HSB模式使用色調(diào)（Hue）、飽和度（Saturation）和亮度（Brightness）3個(gè)參數(shù)來生成顏色。利用HSB模式描述顏色比較自然，但實(shí)際使用卻不方便，例如顯示時(shí)要轉(zhuǎn)換成RGB模式，打印時(shí)要轉(zhuǎn)換為CMYK模式等。YUV/YIQ模式4

在現(xiàn)代彩色電視系統(tǒng)中，使用YUV模式或YIQ模式來表示彩色圖像。在PAL制式中使用YUV模式，其中Y表示亮度；U、V表示色度，是構(gòu)成彩色的兩個(gè)分量。在美國(guó)、日本等國(guó)采用的NTSC制式中使用YIQ模式，其中Y表示亮度，I、Q是兩個(gè)彩色分量?；叶饶Ｊ脚c黑白模式5

灰度模式采用8位來表示一個(gè)像素，即將純黑和純白之間的層次等分為256級(jí)，就形成了256級(jí)灰度模式，它可以用來模擬黑白照片的圖像效果。黑白模式只采用1位來表示一個(gè)像素，于是只能顯示黑色和白色。黑白模式無法表示層次復(fù)雜的圖像，但可以制作黑白的線條圖。4.2圖形與圖像4.2.1矢量圖形與位圖圖像矢量圖形1

又稱幾何圖形或矢量圖（VectorGraphic）。指令用來描述構(gòu)成一幅圖所包含的直線、矩形、圓、圓弧、曲線等的形狀、位置、顏色等各種屬性和參數(shù)。矢量圖形與分辨率無關(guān)，可以將它縮放到任意大小和以任意分辨率在輸出設(shè)備上打印出來，都不會(huì)影響清晰度。

教學(xué)進(jìn)程4.2.2圖形與圖像的比較容量1顯示性能2

矢量圖文件存儲(chǔ)的是圖形指令，占用的空間較小。位圖文件存儲(chǔ)的是圖像數(shù)據(jù)，占用的空間比矢量圖大得多。影響位圖文件大小的因素有：圖像分辨率和圖像深度。

顯示一幅復(fù)雜的位圖文件比顯示一幅復(fù)雜的矢量圖文件要快。教學(xué)進(jìn)程縮放性能3應(yīng)用4

圖形適合于表現(xiàn)變化的曲線、簡(jiǎn)單的圖案和運(yùn)算結(jié)果等；而圖像表現(xiàn)較強(qiáng)，層次和色彩較豐富，適合于表現(xiàn)自然、細(xì)節(jié)的景物。圖形的編輯方便，因此側(cè)重于“繪制”、“創(chuàng)建”；而圖像的表現(xiàn)力強(qiáng)但創(chuàng)建較困難，因此側(cè)重于“獲取”、“復(fù)制”。

圖形在進(jìn)行縮放、旋轉(zhuǎn)等操作后不會(huì)產(chǎn)生失真；而圖像有可能出現(xiàn)失真現(xiàn)象，特別是放大若干倍后可能出現(xiàn)嚴(yán)重的顆粒狀，縮小后會(huì)吃掉部分像素點(diǎn)。

教學(xué)進(jìn)程4.3.1圖像的采樣圖像數(shù)字化的目的是把真實(shí)的圖像轉(zhuǎn)變成計(jì)算機(jī)能夠接受的顯示和存儲(chǔ)格式，即特定的一串連續(xù)數(shù)字。圖像的數(shù)字化過程分為采樣、量化和編碼三個(gè)步驟。采樣頻率1圖像采樣就是把圖像分割成為一系列小區(qū)域，用特定的數(shù)值來表示每一個(gè)小區(qū)域的亮度、色彩等特征，這些小區(qū)域稱之為像素點(diǎn)。

采樣頻率是指一秒鐘內(nèi)采樣的次數(shù)，它反映了采樣之間的間隔大小。采樣頻率是影響圖像質(zhì)量的重要指標(biāo)，它決定了采樣后所得到的圖像是否能真實(shí)地反映原圖像的程度。采樣頻率越高，得到的圖像樣本就越細(xì)膩逼真，圖像的質(zhì)量就越高，但存儲(chǔ)量就越大。

4.3圖像的數(shù)字化教學(xué)進(jìn)程分辨率1(1)顯示分辨率

（DisplayResolution）是指屏幕上顯示圖像區(qū)域的大小，即構(gòu)成全屏顯示的像素點(diǎn)的個(gè)數(shù)。以水平和垂直像素表示。如800×600，是指屏幕水平方向有800個(gè)像素點(diǎn)，垂直方向有600個(gè)像素點(diǎn)。同樣大小的屏幕，顯示分辨率越高，像素的密度越大，顯示的圖像就越精細(xì)。

(2)圖像分辨率

是指確定組成一幅圖像的像素?cái)?shù)目。以水平的和垂直的像素點(diǎn)表示。圖像和顯示分辨率決定了顯示圖像的大小。4.3.4數(shù)字圖形、圖像的性能指標(biāo)

(3)像素分辨率

像素分辨率是指在顯示器上一個(gè)像素點(diǎn)的寬和長(zhǎng)之比，在像素分辨率不同的機(jī)器間傳輸圖像時(shí)會(huì)產(chǎn)生變形。

教學(xué)進(jìn)程顏色深度2顏色深度/位數(shù)值顏色數(shù)量顏色評(píng)價(jià)1212二值圖像42416簡(jiǎn)單色圖像828256基本色圖像1621665536增強(qiáng)色圖像24224真彩色圖像322324294967296真彩色圖像顏色深度是指記錄每個(gè)像素所使用的二進(jìn)制位數(shù)，對(duì)于彩色圖像來說，顏色深度決定了該圖像可以使用的最大顏色數(shù)目；對(duì)于灰度圖像來說，顏色深度決定了該圖像可以使用的亮度級(jí)別數(shù)目。顏色深度值越大，顯示的圖像色彩越豐富，畫面越好，但數(shù)據(jù)量也隨之增長(zhǎng)。

教學(xué)進(jìn)程顏色類型

3最常用的RGB顏色空間為例，圖像深度與顏色的映射關(guān)系主要包括真彩色、偽彩色和調(diào)配色。

(1)真彩色

（True-color）指圖像中的每個(gè)像素值都分成R、G、B三個(gè)基色分量。每個(gè)基色分量直接決定其基色的強(qiáng)度，這樣產(chǎn)生的顏色稱為真彩色。

例如，圖像深度為24，用R:G:B=8:8:8來表示顏色，則R、G、B各占用8位來表示各自基色分量的強(qiáng)度，每個(gè)基色分量的強(qiáng)度等級(jí)為28=256種。圖像可以容納224=16777216=16M種色彩。這樣得到的顏色可以反映原圖的真實(shí)色彩，故稱為真彩色。教學(xué)進(jìn)程調(diào)配色與真彩色的比較

相同點(diǎn)：都是采用R,G,B分量來決定基色強(qiáng)度。不同點(diǎn)：調(diào)配色的基色強(qiáng)度由

R,G,B經(jīng)過變換后得到；真彩色是直接用R,G,B決定。調(diào)配色

與偽彩色的比較相同點(diǎn)：都是采用查找表進(jìn)行變換。不同點(diǎn)：調(diào)配色是對(duì)R,G,B分量分別進(jìn)行查找變換，而偽彩色是把整個(gè)像素當(dāng)作查找的索引進(jìn)行查找變換。教學(xué)進(jìn)程顯示深度（DisplayDepth）4

圖像深度是圖像文件中記錄一個(gè)像素點(diǎn)所需要的位數(shù)，而顯示深度是在顯示緩存表示一個(gè)像素點(diǎn)的最大位數(shù)，即顯示器可以顯示的顏色數(shù)。

(1)顯示深度大于圖像深度

此時(shí)，屏幕上的顏色能夠比較真實(shí)地反映圖像文件的顏色效果。比如，當(dāng)顯示深度為24位，圖像深度為8位時(shí)，屏幕上可以顯示按該圖像的調(diào)色板選取的256種顏色；圖像深度為4位時(shí)，屏幕上可以顯示16色。這種情況下，顯示的顏色完全取決于圖像的顏色定義。教學(xué)進(jìn)程(2)顯示深度等于圖像深度

在這種情況下，如果用真彩色顯示模式來顯示真彩色圖像，或者顯示調(diào)色板與圖像調(diào)色板一致時(shí)，屏幕上的顏色能較真實(shí)地反映圖像文件的色彩效果。反之，如果顯示調(diào)色板與圖像調(diào)色板不一致，則顯示顏色會(huì)出現(xiàn)失真。(3)顯示深度小于圖像深度

在這種情況下，顯示的顏色會(huì)出現(xiàn)失真。例如，如果顯示深度為8位，那么需要顯示一幅真彩色的圖像時(shí)，顯然達(dá)不到應(yīng)有的顏色效果。教學(xué)進(jìn)程

確定一幅圖像的主要參數(shù)有兩個(gè)：圖像的容量；圖像輸出的效果。如果是屏幕限時(shí)，則要考慮顯示器的分辨率和深度；如果是打印輸出，則要考慮打印機(jī)的分辨率等性能。教學(xué)進(jìn)程(1)BMP（Bitmap）格式BMP文件是Windows操作系統(tǒng)中的標(biāo)準(zhǔn)圖像文件格式，是一種典型的位映射存儲(chǔ)形式，它支持RGB、灰度和位圖顏色模式。BMP文件都不壓縮，所以這類文件的數(shù)據(jù)量很大。(2)JPEG格式

JPEG是按圖像專家聯(lián)合組（JointPhotographicExpertsGroup）制訂的壓縮標(biāo)準(zhǔn)，是基于DCT壓縮算法進(jìn)行存儲(chǔ)的圖像文件格式，它是使用有損壓縮方式去除冗余的圖像和彩色數(shù)據(jù)，但是這種損失很小，以至于人們很難察覺。4.4數(shù)字圖像的文件格式教學(xué)進(jìn)程(6)TIFF格式（TagImage）TIFF稱為標(biāo)記圖像文件格式。它是Aldus和Microsoft公司為掃描儀和桌面出版系統(tǒng)研制開發(fā)的較為通用的圖像文件格式。它的特點(diǎn)是圖像格式復(fù)雜、存儲(chǔ)信息多。如果想打印圖片，TIFF則是最佳的圖像格式。(7)PNG文件（Po