第2章-數(shù)字圖像的基本知識(shí)課件

2.1彩色計(jì)色體系2.1.1像素將一幅摸擬圖象劃分為很多逐行逐列排列的點(diǎn)，每一點(diǎn)稱為一個(gè)像素。像素是組成圖像的最小單位。對(duì)于一幅彩色圖象，每個(gè)像素需要用3個(gè)量來(lái)描述。（1）用RGB三基色描述像素R——紅色分量，G——綠色分量，B——藍(lán)色分量R、G、B按不同的比例混合，可得到不同的顏色。例：24位真彩色圖像，每個(gè)分量用一個(gè)字節(jié)表示，值范圍為0~255。能表達(dá)的顏色數(shù)目為2563=16777216種，足以描述自然界中的絕大部分顏色。目前，.BMP文件大部分都是這種格式。2.1.2計(jì)色體系2.1彩色計(jì)色體系2.1.1像素（1）用RG（2）用YUV分量描述像素Y——亮度分量，U——藍(lán)差分量，V——紅差分量已知RGB，可求出YUV：Y=0.30R+0.59G+0.11BU=B－Y=－0.30R－0.59G+0.89BV=R－Y=0.7R－0.59G－0.11B矩陣形式：亮度分量代表像素的明暗程度，對(duì)于圖像的清晰度起決定性作用。由于U、V分量是三基色分量中扣除色度信號(hào)的結(jié)果，因此不包括亮度成分。U、V分量代表像素的顏色，根據(jù)“大面積著色原理”，對(duì)圖像的清晰度影響不大。（2）用YUV分量描述像素Y—（3）用YSC分量描述像素Y——亮度分量，S——色飽和度分量，C——色調(diào)分量已知YUV，可求出YSC：色飽和度S代表顏色的深淺，色調(diào)C代表顏色的種類(lèi)。S和C統(tǒng)稱為色度。UVCS0建立直角坐標(biāo)系U-V，則:S為色度的大小，C為色度的輻角（3）用YSC分量描述像素Y—例：純紅色像素，三基色值為R=255，G=0，B=0。分別用YUV和YSC計(jì)色制表示該像素。

Y=0.3×255+0.59×0+0.11×0=76.5≈77U=B－Y=0－77=－77V=R－Y=255－77=178S=[(-77)2+(178)2]0.5=193.9C=arctg(－178/77)=arctg(－2.31)=113°UVC=113°S=193.90－77178例：純紅色像素，三基色值為R=255，G=0，B=0。分別8種標(biāo)準(zhǔn)顏色的YSC值如下表：名稱白紅綠藍(lán)黃青品黑R,G,B1,1,11,0,00,1,00,0,11,1,00,1,11,0,10,0,0Y1.00.30.590.110.890.70.410S00.760.830.90.90.760.830C無(wú)意義113°－135°－6°173°293°45°無(wú)意義UV紅113°將標(biāo)準(zhǔn)顏色畫(huà)在U-V坐標(biāo)系中，稱為彩色矢量圖。青293°品45°綠225°藍(lán)354°黃173°8種標(biāo)準(zhǔn)顏色的YSC值如下表：名稱白紅綠藍(lán)黃青品黑R,例：有一像素，三基色值為R=100，G=50，B=200。試判斷該像素的顏色。Y=0.3×100+0.59×50+0.11×200=81.5（較暗）U=B－Y=50－81.5=－31.5V=R－Y=100－81.5=19.5S=[(－31.5)2+(19.5)2]0.5=37(顏色深淺中等）C=arctg(－19.5/31.5)=arctg(－0.62)=32°（紫偏藍(lán)）若知一個(gè)像素的三基色值，由彩色矢量圖，很容易判斷該像素的顏色。R=100，G=50，B=200UV紅113°青293°品45°綠225°藍(lán)354°黃173°例：有一像素，三基色值為R=100，G=50，B=200。2.2位圖圖像的組成位圖（BITMAP）：由逐行逐列的像素排列構(gòu)成的圖像。各像素的存儲(chǔ)順序與像素在圖像中的坐標(biāo)位置成一定的影射關(guān)系。沒(méi)有經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)壓縮，圖像質(zhì)量高。但數(shù)據(jù)量大。顯示時(shí)不存在解壓縮過(guò)程，顯示速度快。圖像文件：圖像文件的格式主要有：位圖文件.BMP。Windows系統(tǒng)定義的一種圖像文件，直接記錄三基色，未壓縮，圖像質(zhì)量高。.JPG文件。采用專門(mén)方法進(jìn)行壓縮，壓縮是有損的，圖像質(zhì)量有一定的損失。允許損失越大，能獲得的壓縮比越高。其他格式。如.GIF、.TIFF等。

本節(jié)將重點(diǎn)介紹.BMP文件的結(jié)構(gòu)。2.2.1基本概念2.2位圖圖像的組成位圖（BITMAP）：圖像文件BMP文件由4部分組成：文件頭、信息頭、彩色表（調(diào)色板）、位圖點(diǎn)陣2.2.2BMP文件的結(jié)構(gòu)文件頭信息頭彩色表位圖點(diǎn)陣（1）文件頭，共14字節(jié)。在VC中用一個(gè)結(jié)構(gòu)類(lèi)型描述：tydefsturct{WORDbfType;//.BMP文件的標(biāo)志,必須為“BM”的ASC碼DWORDbfSize;//.BMP文件的大?。ㄒ宰止?jié)為單位）WORDbfReserved1;//保留，必須為0X0000WORDbfReserved2;//保留，必須為0X0000DWORDbfOffBits;//從文件開(kāi)頭到位圖數(shù)據(jù)開(kāi)始的字節(jié)數(shù)}BITMAPFILEHEADER;BMP文件由4部分組成：2.2.2BMP文件文件頭信息頭彩色表位圖點(diǎn)陣（2）信息頭，共40個(gè)字節(jié)。在VC中用一個(gè)結(jié)構(gòu)類(lèi)型描述：tydefsturct{DWORDbiSize；//本信息頭占用的字節(jié)數(shù):0x28LONGbiWidth；//圖像的寬度（以像素點(diǎn)為單位）LONGbiHeight；//圖像的高度（以像素點(diǎn)為單位）WORDbiPlanes；//彩色表。24位.BMP文件為0x1，無(wú)彩色表WORDbiBitCount；//一個(gè)像素點(diǎn)數(shù)據(jù)的位數(shù)DWORDbiCompression；//壓縮方式，0x0為未壓縮

DWORDbiSizeImage；//圖象尺度LONGbiXPelsPerMeter；//水平分辨率LONGbiYPelsPerMeter；//垂直分辨率DWORDbiClrUsed； //使用的顏色數(shù)DWORDbiClrImportant;//重要顏色數(shù)}BITMAPINFOHEADER；文件頭信息頭彩色表位圖文件頭信息頭彩色表位圖點(diǎn)陣（3）彩色表對(duì)于24位BMP圖像，每像素的三基色分別用3個(gè)字節(jié)記錄，不需要彩色表。對(duì)于256色BMP圖像，每像素用一個(gè)字節(jié)記錄，該字節(jié)表示顏色的編號(hào)。什么編號(hào)代表什么顏色，由彩色表決定。通過(guò)像素編號(hào)查找彩色表，從而獲得該像素的RGB值。B0G0R0B1G1R1…B255G255R2550號(hào)顏色1號(hào)顏色255號(hào)顏色…文件頭信息頭彩色表位圖（3）彩色表B0G0R0B1G1R1…文件頭信息頭彩色表位圖點(diǎn)陣（4）位圖點(diǎn)陣24位BMP圖像，逐行逐列記錄各像素的三基色值：

每像素點(diǎn)占用3個(gè)BYTE，分別為B，G，R。則一行像素至少要占用3n個(gè)字節(jié)。位圖電陣用一維數(shù)組存放，順序?yàn)椋海?）從最下面的一行開(kāi)始，逐行存放，直到第0行；（2）當(dāng)一行占用的字節(jié)數(shù)不是4的整數(shù)倍時(shí)，應(yīng)補(bǔ)充1~3個(gè)無(wú)效字節(jié)，使一行占用的字節(jié)數(shù)能被4整除。所補(bǔ)充的無(wú)效字節(jié)可為任意值，不會(huì)影響圖像內(nèi)容。

例：設(shè)圖像為638×480（寬×高），則每行占用的有效字節(jié)數(shù)為638×3=1914。但1914不能被4整除，應(yīng)補(bǔ)充兩個(gè)無(wú)效字節(jié)，即每行占用的字節(jié)數(shù)為1916。則：第i行、第j列像素的藍(lán)色分量在一維數(shù)組中的下標(biāo)為:(480-1-i)×1916+j×3第i行、第j列像素的綠色分量在一維數(shù)組中的下標(biāo)為:

(480-1-i)×1916+j×3+1文件頭信息頭彩色表位圖（4）位圖點(diǎn)陣2.3VC++下位圖文件數(shù)據(jù)的讀取與顯示BITMAPFILEHEADERFileHead;//存放文件頭BITMAPINFOHEADERInfoHead;//存放信息頭LPBYTElpImage;//存放位圖點(diǎn)陣，顯示時(shí)需要//存放像素的三基色值，480列，640行struct{BYTEB;//紅色分量BYTEG;//藍(lán)色分量BYTER; //綠色分量}C3[480][640];//存放像素的YSC值，480列，640行struct{BYTEY;//亮度BYTES;//色飽和度BYTEC;//色調(diào)}YSC[480][640];（1）定義全局變量。一般在類(lèi)的頭文件中定義2.3VC++下位圖文件數(shù)據(jù)的讀取與顯示BITMAP（2）打開(kāi)BMP文件，讀取像素。關(guān)鍵代碼如下:CFilef;BOOLOK=f.Open(PathName,//PathName=BMP文件名CFile::modeRead|CFile::typeBinary|CFile::shareExclusive,NULL );if(!OK)return;

//如果打開(kāi)失敗f.Read(&FileHead,sizeof(FileHead));

//讀取文件頭f.Read(&InfoHead,sizeof(InfoHead));//讀取信息頭shortx,y,z;//計(jì)算每行字節(jié)數(shù)z=(InfoHead.biWidth/4)*4+(InfoHead.biWidth%4==0?0:4);f.Seek(FileHead.bfOffBits,0);

//移動(dòng)文件指針，指向像素點(diǎn)存放的開(kāi)始位置f.Read(lpImage,InfoHead.biHeight*z*3);//讀取全部像素f.Close();//關(guān)閉文件

（2）打開(kāi)BMP文件，讀取像素。關(guān)鍵代碼如下:CFile（3）顯示圖像。調(diào)用下面的程序斷可顯示位圖:CClientDCdc(this);//建立客戶區(qū)繪圖對(duì)象dc.SetStretchBltMode(COLORONCOLOR);//按可延伸的彩色影射模式繪圖::StretchDIBits(dc.GetSafeHdc(),//得到繪圖對(duì)象的句柄0,0,640,480,//客戶區(qū)中的矩形（左上角坐標(biāo)，右下角坐標(biāo)）0,0,InfoHead.biWidth,InfoHead.biHeight,//源圖像中的矩形lpImage,//存放位圖點(diǎn)陣的內(nèi)存區(qū)(LPBITMAPINFO)&InfoHead,

//存放信息頭的內(nèi)存區(qū)DIB_RGB_COLORS,//按三基色格式SRCCOPY//將圖像拷貝到顯存);（3）顯示圖像。調(diào)用下面的程序斷可顯示位圖:CClientD（3）從位圖點(diǎn)陣中提取各像素的RGB分量,存放到C3數(shù)組中,進(jìn)而計(jì)算YSC分量:doubleu,v,c;for(y=InfoHead.biHeight-1;y>=0;y--){//逐行轉(zhuǎn)換memcpy(C3[y],lpImage+(InfoHead.biHeight-1-y)*z*3,z*3);//存儲(chǔ)到C3數(shù)組

for(x=0;x<InfoHead.biWidth;x++){YSC[y][x].Y=C3[y][x].R*0.3+C3[y][x].G*0.59+C3[y][x].B*0.11;//計(jì)算灰度

u=(C3[y][x].B-YSC[y][x].Y)/(double)YSC[y][x].Y;//計(jì)算歸一化藍(lán)差分量v=(C3[y][x].R-YSC[y][x].Y)/(double)YSC[y][x].Y;//計(jì)算歸一化紅差分量c=atan2(v,u)*180/3.14;//計(jì)算色調(diào)，弧度轉(zhuǎn)換為度

if(c<0)c=c+360.0;//將角度由－180~180轉(zhuǎn)換為0~360c=c*255.0/360.0;//將角度由0~360轉(zhuǎn)換為0~255，使能用字節(jié)變量存儲(chǔ)YSC[y][x].C=(BYTE)c;//存儲(chǔ)到Y(jié)SC數(shù)組YSC[y][x].S=(BYTE)(sqrt(u*u+v*v)*100);//將色飽和度由0~1轉(zhuǎn)換為0~100}}（3）從位圖點(diǎn)陣中提取各像素的RGB分量,存放到C3數(shù)組中,2.4灰度直方圖灰度直方圖是一種表達(dá)圖像的灰度分布概率的圖示方法，它描述了各種灰度值在圖像中所占的比例。設(shè)圖像有總共n個(gè)像素點(diǎn)，灰度值為i的像素點(diǎn)有ni個(gè)。則灰度值為i的像素點(diǎn)在圖像中出現(xiàn)的概率（頻度）p(i)為：p(i)=ni/ni=0,1,…,L－1L為灰度級(jí)。對(duì)于24位位圖，L=256。以灰度i為橫坐標(biāo)，