多媒体技术(第三章)

人们获取信息的70％来自视觉系统3图像处理技术•图形、图像的基本概念•数字图像技术3图像处理技术颜色的基本概念图形、图像的基本属性图像的分类3.1图形、图像的基本概念3.1图形、图像的基本概念3.1.1颜色的基本概念色彩的产生主要是因为人眼接收来自物体表面或内部对于光源的反射或透射，因此色彩是由光、物体特性与人眼视觉机构等三大因素所涵盖。cones(圆锥细胞)：感知光度(较强光)和色彩，三种椎体（红R、绿G、蓝B）rods(杆状细胞)：仅能感知光度，不能感知颜色。视网膜细胞3.1图形、图像的基本概念色调（色相）色彩的三要素亮度（明度）饱和度（纯度）3.1.1颜色的基本概念色调（色相）色的不同是由光的波长的长短差别所决定的。作为色相，指的是这些不同波长的色的情况。3.1图形、图像的基本概念3.1.1颜色的基本概念红光：660nm（760~622）；橙光：610nm（622~597）黄光：570nm（597~577）；绿光：550nm（577~492）青光：460nm（492~450）；蓝光：440nm（450~435）紫光：410nm（435~390）饱和度（纯度）用数值表示色的鲜艳或鲜明的程度称之为彩度。有彩色的各种色都具有彩度值，无彩色的色的彩度值为0，对于有彩色的色的彩度（纯度）的高低，区别方法是根据这种色中含灰色的程度来计算的。3.1图形、图像的基本概念3.1.1颜色的基本概念亮度（明度）表示色所具有的亮度和暗度被称为明度。计算明度的基准是灰度测试卡。黑色为0，白色为10，在0—10之间等间隔的排列为9个阶段。3.1图形、图像的基本概念3.1.1颜色的基本概念图形（Graphics）：一般指用计算机绘制(draw)的画面。在计算机内的存储方式为点和线。图像（Image或Picture）：由输入设备捕捉实际场景画面产生的数字图像。在计算机的存储方式是像素。由摄像机或扫描仪等设备输入并存储在计算机中的数字信息。3.1图形、图像的基本概念3.1.2图形、图像的基本属性像素：组成图像的基本单元，通常定义为图像数字化过程中的最小采样点。像素深度：指表示每个像素点所用二进制的位数，也用来度量图像的分辨率。像素深度决定彩色图像的每个像素可能有的颜色数，或者确定灰度图像的每个像素可能有的灰度级数。例如，一幅彩色图像的每个像素用R，G，B三个分量表示，若每个分量用8位，那么一个像素共用24位表示，就说像素的深度为24，每个像素可以是16777216（2的24次方）种颜色中的一种。3.1图形、图像的基本概念3.1.2图形、图像的基本属性α通道：在用二进制数表示彩色图像的像素时，除R、G、B分量用固定位数表示外，往往还增加一位或几位作为属性位，用于表示像素在对象中的透明度（transparency）。例如，RGB5：5：5表示一个像素时，用两个字节16位表示，最高一位作为属性位。3.1图形、图像的基本概念3.1.2图形、图像的基本属性图像分辨率：指每单位长度上的像素，即直观看到的图像的清晰与模糊程度，单位为dpi（dotsperinch）。输入分辨率：指图象被输入时，输入设备对图象细节的分辨能力，即单位长度内所能获得的采样点的个数。输出分辨率：指单位长度内输出设备所能输出的点数。3.1图形、图像的基本概念3.1.2图形、图像的基本属性分辨率为72DPI和300DPI的图像示例3.1图形、图像的基本概念3.1.2图形、图像的基本属性真彩色（TrueColor）在组成一幅彩色图像的每个像素值中，有R，G，B三个基色分量，每个基色分量直接决定显示设备的基色强度。【例1】用RGB5∶5∶5表示的彩色图像，R，G，B各用5位，用R，G，B分量大小的值直接确定三个基色的强度，这样得到的彩色是真实的原图彩色。3.1图形、图像的基本概念3.1.2图形、图像的基本属性【例2】如果用RGB8:8:8方式表示一幅彩色图像，就是R，G，B都用8位来表示，每个基色分量占一个字节，可生成的颜色数就是224种。全彩色(fullcolor)图像用3个字节表示的真彩色图像所需要的存储空间很大，而人的眼睛是很难分辨出这么多种颜色的，因此在许多场合往往用RGB5:5:5来表示，每个彩色分量占5个位，再加1位显示属性控制位，共2个字节，生成的真颜色数目为2^15=32K。3.1图形、图像的基本概念3.1.2图形、图像的基本属性伪彩色（PseudoColor）每个像素的颜色不是由每个基色分量的数值直接决定，而是把像素值当作彩色查找表CLUT（colorlook-uptable）的表项入口地址，去查找一个显示图像时使用的R，G，B强度值。3.1图形、图像的基本概念3.1.2图形、图像的基本属性彩色查找表CLUT也称为：colormap（颜色图），palette（调色板），是一个事先做好的表，表项入口地址也称为索引号，根据该索引号可查找出包含实际R、G、B的强度值。例如16种颜色的查找表，0号索引对应黑色，...，15号索引对应白色。使用查找得到的数值显示的彩色本身是真的，但由于CLUT可能没有完全包含原图的所有可能彩色，故不一定反映图像原来真正的颜色。在VGA显示系统中，调色板就相当于颜色查找表。3.1图形、图像的基本概念3.1.2图形、图像的基本属性（16色标准VGA调色板）代码RGB颜色名称效果0000黑(Black)100128深蓝(Navy)201280深绿(DarkGreen)30128128深青(DarkCyan)412800深红(Maroon)51280128紫(Purple)61281280橄榄绿(Olive)7192192192灰白(Lightgray)8128128128深灰(Darkgray)900255蓝(blue)1002550绿(green)110255255青(cyan)1225500红(red)132550255品红(magenta)142552550黄(Yellow)15255255255白(white)绿色伪彩色值=10真彩色值=025503.1图形、图像的基本概念直接色（DirectColor）每个像素值分成R，G，B分量，每个分量作为单独的索引值对它做变换。也就是通过相应的彩色变换表找出基色强度，用变换后得到的R，G，B强度值产生的彩色称为直接色。3.1图形、图像的基本概念3.1.2图形、图像的基本属性–真彩色与伪彩色的差别3.1图形、图像的基本概念–真彩色与直接色的比较相同之处是都采用R，G，B分量决定基色强度；不同之处是前者的基色强度直接用R，G，B决定，而后者的基色强度由R，G，B经变换后决定。产生的颜色有差别。试验结果表明，使用直接色在VGA显示器上显示的彩色图像看起来真实、很自然。3.1图形、图像的基本概念3.1.2图形、图像的基本属性–直接色与伪彩色的比较相同之处是都采用查找表；不同之处是前者对R，G，B分量分别进行变换，后者是把整个像素当作查找表的索引值进行彩色变换。3.1图形、图像的基本概念3.1.2图形、图像的基本属性按图像的点空间位置和灰度的大小变化方式，可分为：连续图像：是指在二维坐标系中具有连续变化的空间位置和灰度值的图像。离散图像：是指在空间位置上被分割成点，灰度值大小也分为不同级数的图像。3.1图形、图像的基本概念3.1.3图像的分类如彩色照片、眼睛所观察到的图像等。数字图像就是典型的离散图像。根据图像的记录方式不同，可分为：模拟图像：通过某种物理量的强弱变化来表现图像上各个点的颜色信息。数字图像：将图像分解成若干个点（像素），每个点的颜色以不同的量化值来表示。必须依靠数字设备来产生和保存，易于处理和保存。3.1图形、图像的基本概念3.1.3图像的分类例如：印刷品（墨的浓淡或网点的大小）；相片（染料的深浅）等。例如：扫描的图片、数码相机所拍图片等。3.2数字图像技术数字图像的分类图像的数字化数字图像的颜色模式与色域空间数字图像的存储格式矢量图位图是用一组指令集合来描述图形的内容，这些指令用来描述构成该图形的所有直线、圆、圆弧、矩形、曲线等的位置、维数和形状。在屏幕上显示矢量图形要有专门软件将描述图形的指令转换成在屏幕上显示的形状和颜色。用于产生和编辑矢量图形的程序通常称为Draw程序。可以产生和操作矢量图形的各个成分，并对矢量图形进行移动、缩放、旋转和扭曲等变换。3.2数字图像技术3.2.1数字图像的分类矢量图位图位图图像由数字阵列信息组成，用以描述图像中各像素点的强度与颜色。用于生成和编辑位图图像的软件通常称为Paint程序。3.2数字图像技术3.2.1数字图像的分类矢量图：容易进行移动、缩放、旋转和扭曲等变换。表示复杂图像(如人物或风景照片)的指令集合大，主要用于表示线框型的图画、工程制图、美术字等。位图：适合于表现含有大量细节(如明暗变化、场景复杂和多种颜色等)的画面，并可直接、快速地在屏幕上显示出来。占用存储空间较大，一般需要进行数据压缩。3.2数字图像技术3.2.1数字图像的分类矢量图：绝大多数CAD和3D造型软件使用矢量图形作为基本的图形存储格式。位图：为了便于其存储和交流，产生了种类繁多的文件格式，常见的有PCX、BMP、DLB、PIC、GIF、TGA和TIFF等。3.2数字图像技术3.2.1数字图像的分类矢量图和位图对比实例由于位图信赖所采集的像素（分辨率）的多少，故将它放大时会出现丢失细节和出现锯齿现象。矢量图是根据图像的几何特性来描述图形，不依赖分辨率，可以任意放大。3.2数字图像技术3.2.1数字图像的分类应用一些软件（如：coreldraw），可以将矢量图形转化为位图图像。导出——设定色彩模式、图像大小和分辨率。3.2数字图像技术3.2.1数字图像的分类彩色图（colorimage）：可按照颜色的数目来划分，如256色图像和真彩色图像等。灰度图（gray-scaleimage）：只有明暗不同的像素而没有彩色像素组成的图像。单色图像（monochrome/bitimage）：只有黑白两种颜色。3.2数字图像技术3.2.1数字图像的分类–灰度图和单色图标准单色图标准灰度图3.2数字图像技术–彩色图256色标准图像24位标准图像3.2数字图像技术–单色图（黑白图）的表示Blackandwhiteimage3.2数字图像技术灰度图的表示Grayscaleimage3.2数字图像技术–彩色图的表示RcomponentGcomponentBcomponent3.2数字图像技术colorimage3.2.2图像的数字化图像数字化：是将一幅画面转化成计算机能处理的形式——数字图像的过程。3.2数字图像技术3.2.2图像的数字化采样是把空域上或时域上连续的图像（模拟图像）转换成离散采样点（像素）集合（数字图像）的操作。3.2数字图像技术Ｍ×Ｎ个像素对于同一幅图像所用的像素越多，其与原图像的误差越小，图像也越清晰。3.2.2图像的数字化3.2数字图像技术量化是把像素的灰度（浓淡）变换成离散的整数值的操作。3.2.2图像的数字化3.2数字图像技术如何量化像素颜色值？研究表明，人眼所能分辨的灰度级数不会超过256级，目前在灰度数字图像中将每个像素细分为256级，即用８bit（１byte）来表示一个像素。对彩色图像如果是RGB色彩模式，则用3byte来表示一个像素。因此就一个像素而言，它在理论上可能表示256×256×256种颜色。3.2.2图像的数字化3.2数字图像技术将图像信息转换为数字图像有两种方法来实现：（1）通过扫描设备扫描（包括扫描仪、电子分色机等）；（2）数码相机拍摄。对于数码相机，相机采集像素量已经成为衡量相机功能的指标之一。3.2.2图像的数字化3.2数字图像技术（1）数字图像的颜色模式常用的颜色模式主要有RGB、CMYK、HSB、CIElab等。其中最用的有两种模式：RGB、CMYK3.2.3数字图像的颜色模式与色域空间3.2数字图像技术RGB模式：RGB是色光的色彩模式，其中R代表红色Red，G代表绿色Green，B代表蓝色Blue。RGB模式的图像处理起来很方便