多媒体应用技术5-图像知识

本节内容图像信息处理彩色空间表示及其转换颜色的基本概念色彩的三要素三基色色彩模型图形图像处理基础数字图像的种类位图图像的重要参数图像的获取和处理图像文件格式4.1彩色空间表示及其转换4.1.1颜色的基本概念色彩是通过光被感知的，实际上就是视觉系统对可见光的感知结果。眼睛感知到的颜色和光波长之间的对应关系如图所示。0.005nm0.01nm5nm350nm750nm0.4nm10kmY射线X射线紫外线可见光红外线无线电波波长电磁波谱黄绿350400500600700波长（nm）紫紫蓝蓝蓝绿绿黄橙橙红红可见光谱光：紫外线、红外线、可见光统称单色光：光谱中不能再分解的光复色光：由单色光混合而成的光4.1.2色彩的三要素黑白系列：白色、浅灰、灰色、深灰、黑色彩色系列：黑白系列以外的各种颜色1．色调（Hue）：色调是指物体反射的光线中以哪种波长占优势来决定的，色调是颜色的重要的特征。例如：一幅图片虽然用了多种颜色，但总体有一种倾向，是偏蓝或偏红。这种颜色上的倾向就是色调。4.1.2色彩的三要素2．亮度（Luminance）是用来描述光作用于人眼所引起的视觉明亮程度的感觉，它与被观察物体的发光强度有关。亮度反映了辐射的强度或辐射的功率。亮度越大则其颜色越接近于白色，亮度越小则其颜色越接近于黑色。3．饱和度（Saturation）是指彩色光所呈现颜色的深浅或纯洁程度，通常是按各种颜色混入白色光的比例来表示的。对于同一色调的彩色光，加入白色光越少，其饱和度越高，颜色纯度越高；加入白色光越多，饱和度越小，颜色就越浅，或纯度越低。例：绿光+白光-浅绿色色调没变，饱和度降低颜色饱和度下降4.1.3三基色1.基色常见光都可由红、绿、蓝三色混合而成，而其本身不能由其他颜色合成，所以选择红色、绿色和蓝色为三基色。三基色原理是根据人眼对彩色视觉的特性，在色彩复制过程中，并不要求回复原来景物光的光谱成分，而重要的是应获得与原景物相同的色彩感觉。相加混色法：颜色=R的百分数+G的百分数+B的百分数黄青品红红绿白蓝相减混色法——在彩色印刷、彩色胶片中采用黄(Yellow)、品红(Magenta)、青(Cyan)称为减色法三基色。用等量的CMY得到的颜色不是真正的黑色所以印刷和打印时加上一种真正的黑色，相减混色也称为CMYK。在印刷业中，CMYK即是代表青、洋红、黄、黑四种印刷专用的油墨颜色，通过控制青、洋红、黄、黑四色油墨在纸张上的相叠印刷来产生色彩的，它的颜色种数少于RGB色。CMYK也是Photoshop软件中四个通道的颜色。2.互补色：在光学上，任何两种色光相加后如能产生白光，这两种色光就互称补色光(互补色)。黄与蓝互为补色，青与红互为补色，品红与绿互为补色。加色法混合和减色法混合差别：加色法是用三个基色相合再现色彩。减色法是用三个补色的透明色素相叠成颜色混合时，减去相应的原色再现色彩。4.1.4色彩模型用来精确标定和生成各种颜色的一套规则和定义。通常用三维模型表示1.RGB色彩模型通过这三个色彩分量的不同比例，相加混和成需要的任意颜色。F＝r[R]+g[G]+b[B]其中：r、g、b为三色系数，r[R]+g[G]+b[B]为F色光的三色分量。2.YUV和YIQ色彩模型在彩色电视制式中，图像通过色差模式来描述，这里Y表示亮度信号，UV或IQ表示色差信号。好处：亮度信号Y和色差信号U、V是相互独立的，Y信号分量可以构成黑白灰度图，解决了彩色电视机和黑白电视机的兼容问题。彩色电视用亮度信号传送细节，用色差信号进行大面积涂色，可以减小信号带宽，降低存储所需空间。YVU模型和RGB彩色空间模型的对应关系可用近似的方程式表示：Y=0.299R+0.587G+0.114BU=-0.147R-0.289G+0.436BV=0.615R-0.515G-0.100B或者用矩阵形式表示：BGRVUY100.0515.0615.0436.0289.0147.0114.0587.0299.0YIQ模型和RGB彩色空间模型的对应关系可用下面近似的方程式表示：Y=0.299R+0.587G+0.114BI=0.596R-0.275G-0.321BQ=0.212R-0.523G+0.311B或者用矩阵形式表示：BGRQIY311.0523.0212.0321.0275.0596.0114.0587.0299.03.HSI色彩模型HSI色彩模型是指直接使用颜色三要素色调、饱和度和亮度来描述色彩。H用来表示颜色的频率或波长，S用来表示纯色中掺入白光的程度，I用来表示颜色的明暗程度。用色调、饱和度和亮度描述彩色光更符合人的视觉特性。HSI色彩模型和RGB色彩模型之间的转换关系：IBGRS),,min(13BGRIBGBGRF2其中},;180;,0{)3arctan(903601BGBGFH4.CMY色彩模型彩色打印机和彩色印刷系统都采用CMY色彩模型。CMY混合的色彩称为相减混色。因为CMY色彩模型正好与RGB色彩模型互补，也即用白色减去RGB色彩模型中的某一色彩值就等于同样色彩在CMY色彩模型中的值。5.YCrCb彩色空间YCrCb色彩模型是由YUV色彩空间派生出来的，主要用于数字电视系统，其中Y为亮度，是通过RGB输入信号来创建的。Cr反映了RGB输入信号红色部分与RGB信号亮度值之间的差异。Cb反映的是RGB输入信号蓝色部分与RGB信号亮度值之间的差异。4.2图形图像处理基础4.2.1图形图像基本概念多媒体计算机系统中所能处理图像是数字图像，即直接量化的原始图像信号。利用图形绘制技术可以将图形变成图像，也可以利用模式识别技术从图像数据中提取几何数据，把图像转化成图形。4.2.2数字图像的种类1.矢量图矢量图，由具有方向和长度的矢量表示，如点、线、曲线以及圆形、矩形等，比较适合于描述能够用数学方式表示出来的图形优点：需要占用很小的存储空间。缺点：不宜制作色调丰富或者色彩变化太多的图像，而且绘制出来的图形不是很逼真。2.位图位图图像是通过像素点的颜色和亮度来反映原始图像的效果，一般也称为图像，常用的文件格式为BMP格式。特点：比较适合于表现细腻、层次和色彩比较丰富，包括大量细节的图像，如照片、绘画等。缺点：所需的磁盘空间比较大，尤其是使用真彩色时更是如此。位图矢量图3.矢量图形和位图图像的区别显示位图图像比显示矢量图要快。位图图像占用的二进制位数越多，图像颜色数量越大，数据量也越大。而矢量图颜色数目与文件的大小无关。矢量图侧重于“绘制”，而位图偏重于“获取”。位图图像放大若干倍后有可能会产生颗粒状，即马赛克现象。而矢量图形在放大、缩小和旋转等操作后不会产生失真。4.2.3位图图像的重要参数1.分辨率⑴屏幕分辨率：指计算机屏幕上最大显示区域水平和垂直方向上的像素个数，即水平和垂直方向的像素个数，如800×600。⑵图像分辨率：指图像数字化时，在水平、垂直方向上的像素个数。⑶像素分辨率：指一个像素点的长和宽的比例。2.颜色深度颜色深度指表示一个像素的二进制位数，以bit为单位对于彩色图像来说，颜色深度决定了该图像可以用的最多颜色数目。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。颜色深度越高，显示的图像越丰富，画面越自然逼真，但数据量也会猛增。3.图像数据量图像数据量：即图像文件的大小，是指磁盘上存储整幅图像所占的字节数。图像的分辨率越高、颜色深度越深，则数字化后的图像效果越逼真、图像数据量越大。图像数据大小可用下面的公式来估算：图像数据量＝图像分辨率（宽×高）×颜色深度/8(Byte)4.2.4图像的获取与处理1.图像获取——方法有：⑴利用计算机产生彩色图形、静态图像和动态图像⑵用彩色扫描仪扫描输入彩色图形和静态图像⑶用视频信号数字化仪将彩色全电视信号数字化后，输入到多媒体计算机中，获得静态和动态图像⑷视频抓帧⑸购买现成的图像库2.图像显示——方式有以下几种：单色图像：通常每个像素用一个字节来表示。灰度图像：表示像素的灰度范围，比如是8位灰度；如果是RGB色彩模式，只要当R=G=B，这个颜色就属于灰度。彩色图像：包括16色、256色和真彩色等。单色图像灰度图像彩色图像4.3图像文件格式1.BMP文件Windows系统下的标准图像文件格式，后缀名为BMP。采用位映射存贮格式，有压缩和不压缩两种形式。支持RGB、索引颜色、灰度和位图颜色模式，并可指定图像的位深度。缺点：所占用的空间非常大。2.GIF文件采用LZW的压缩方法，最大8位颜色深度特点：压缩比高、磁盘空间占用少、图像文件短小、下载速度快等。3.JPEG文件其扩展名为JPG，具有24bit的RGB彩色深度，支持CMYK、RGB和灰度颜色模式。压缩比约为1:5至1:50，甚至更高。4.TIFF文件是一种通用的位映射图像文件格式，支持从单色到32位真彩色的所有图像；图像格式复杂、存贮信息多；适用于多种操作平台和多种机器，如PC机和Macintosh机；具有多种数据压缩存储方式。。5.PSD文件Photoshop软件的专用格式，在Photoshop所支持的各种图像格式中，PSD的存取速度比其他格式都快，功能也很强大，可以存储成RGB或CMYK模式，也能自定颜色数目储存。6.TGA文件结构比较简单，最高支持的颜色深度可达32位，属于一种图形、图像数据的通用格式。7.PCX文件用于IBMPC兼容机上，支持RGB、索引颜色、灰度和位图颜色模式，支持RLE压缩方式，占用磁盘空间较少。8.PNG文件特点：第一：存贮形式丰富，采用无损压缩方式来减少文件大小。第二：能把图像文件压缩到极限以利于网络传输。第三：显示速度非常快。第四：PNG支持透明图像的制作。缺点：不支持动画应用效果。9.WMF文件属于矢量文件格式，具有文件小、图案造型化的特点。10.DXF文件是AutoCAD中矢量文件格式，以ASCII码方式存储。11.CDR格式是绘图软件CorelDraw的专用图形文件格式，可以记录文件的属性、位置和分页等，兼容度差，只能在CorelDraw应用程序中使用。12.EMF格式是为了弥补WMF的不足而开发的一种格式，属于矢量文件格式，其目的是使图元文件更加容易接受。13.EPS文件是用PostScript语言描述的ASCII码图形文件，可以存储大量矢量图，也可以存储位图。在Mac机中用得较多，主要用于排版、打印等输出工作。14.SWF格式是利用Flash制作的一种动画格式，基于矢量技术，能够用比较小的体积来表现丰富的多媒体形式。15.SVG文件矢量图形语言，可以直接用代码来描绘图像，用任何文字处理工具打开SVG图像，通过改变部分代码来使图像具有交互功能，并随时插入到HTML中通过浏览器来观看。SVG文件可以任意放大图形显示，而不会降低图像质量。