第02章 圖像與視覺系統(tǒng)

1、第2章 圖像與視覺系統(tǒng) 本章將介紹視覺過程、光度學(xué)基本原理、采樣和量化、圖像類型和圖像文件格式。本章目錄（1）l2.1 視覺過程l2.1.1 光學(xué)過程l2.1.2 化學(xué)過程l2.1.3 神經(jīng)處理過程l2.2 光度學(xué)基本原理l2.2.1 點(diǎn)光源l2.2.2 擴(kuò)展光源l2.2.3 亮度l2.2.3.1 亮度的適應(yīng)范圍l2.2.3.2 主觀亮度l2.2.4 照度l2.3 采樣和量化l2.3.1 存儲和處理l2.3.2 質(zhì)量和效果本章目錄（2）l2.4 圖像類型l2.4.1 二值圖像l2.4.2 灰度圖像l2.4.3 偽彩色圖像l2.4.4 真彩色圖像l2.5 圖像文件格式l2.5.1 BMP格式l2

2、.5.2 TIFF格式l2.5.3 JPEG格式l2.5.4 GIF格式l2.5.5 PCX格式l作業(yè)2.1 視覺過程（1）l視覺過程包括“視”過程和“覺”過程。l“視”過程是一個圖像采集的過程。l“覺”過程是一個圖像感知的過程。l視覺過程流程如下：l（1）視覺過程從光源發(fā)光開始。l（2）光的模式通過場景中的物體反射進(jìn)入作為視覺感受器官的左右眼睛并同時作用在視網(wǎng)膜上引起視感覺。l視感覺主要是從分子的觀點(diǎn)來理解對光反應(yīng)的基本性質(zhì)（如亮度、顏色）。l（3）光刺激在視網(wǎng)膜上經(jīng)神經(jīng)處理產(chǎn)生的神經(jīng)沖動沿視神經(jīng)纖維傳出眼睛，通過視覺通道傳到大腦皮層進(jìn)行處理并最終引起視知覺。l視知覺主要論述從客觀世界接受視

3、覺刺激后如何反應(yīng)及反應(yīng)所采用的方式。2.1 視覺過程（2）l視覺過程流圖如圖2.1.1所示。l視覺過程由以下三個順序的過程構(gòu)成：l（1）光學(xué)過程l（2）化學(xué)過程l（3）神經(jīng)處理過程圖圖2.1.1 視覺過程流圖視覺過程流圖2.1.1 光學(xué)過程（1）l圖2.1.2是人眼水平橫截面示意圖，這可看作一個光學(xué)系統(tǒng)的光路圖。l眼睛是一個平均直徑約為20mm的球體。l晶狀體（lens）對應(yīng)于照相機(jī)的鏡頭。l晶狀體前的瞳孔（pupil）對應(yīng)于照相機(jī)的光圈。l視網(wǎng)膜（retina）對應(yīng)于照相機(jī)的膠片。l視網(wǎng)膜是含有光感受器和神經(jīng)組織網(wǎng)絡(luò)的薄膜。圖圖2.1.2 人眼水平橫截面示意圖人眼水平橫截面示意圖2.1.1

4、光學(xué)過程（2）l物體在視網(wǎng)膜上成像尺寸的計(jì)算。l原理：l晶狀體的屈光能力從最小變到最大時，晶狀體聚焦中心和視網(wǎng)膜間的距離可以從約17mm變到約14mm。l當(dāng)眼睛聚焦在一個3m以外的物體時，晶狀體具有最小的屈光能力，即晶狀體聚焦中心和視網(wǎng)膜間的距離為約17mm。l方法：l設(shè)：x表示以mm為單位的視網(wǎng)膜上的成像尺寸l則：15/100=x/172.1.2 化學(xué)過程l人眼球的斷面圖如同2.1.3。l化學(xué)過程基本確定了成像的亮度和顏色。l視網(wǎng)膜表面分布有光接受細(xì)胞，分為兩類：l錐細(xì)胞：l數(shù)量少，分辨率較高，對顏色很敏感。l錐細(xì)胞視覺稱為適亮視覺。l柱細(xì)胞：l數(shù)量多，分辨率較低，不感受顏色。l柱細(xì)胞視覺稱

5、為適暗視覺。l現(xiàn)象：在日光下鮮艷的彩色物體在月光下變得像無色的。l因?yàn)?，日光下由錐細(xì)胞感受顏色，月光下只有柱細(xì)胞在工作。圖圖2.1.3 人眼球的斷面圖人眼球的斷面圖2.1.3 神經(jīng)處理過程l視網(wǎng)膜結(jié)構(gòu)模型如圖2.1.4。l神經(jīng)處理過程是一個在大腦神經(jīng)系統(tǒng)里進(jìn)行轉(zhuǎn)換的過程。l（1）每個視網(wǎng)膜接收單元都與一個神經(jīng)元細(xì)胞借助突觸(synapse)相連。l（2）每個神經(jīng)元細(xì)胞借助其他的突觸再與其他細(xì)胞相連，從而構(gòu)成光神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。l（3）光神經(jīng)進(jìn)一步與大腦中的側(cè)區(qū)域（side region of the brain）連接，并到達(dá)大腦中的紋狀皮層（striated cortex）。l（4）在紋狀皮層處，對光

6、刺激產(chǎn)生的響應(yīng)經(jīng)過一系列處理最終形成關(guān)于場景的表象，從而將對光的感覺轉(zhuǎn)化為對景物的知覺。圖圖2.1.4 視網(wǎng)膜結(jié)構(gòu)模型視網(wǎng)膜結(jié)構(gòu)模型2.2 光度學(xué)基本原理l研究光的強(qiáng)弱的學(xué)科稱為光度學(xué)。l研究各種電磁輻射強(qiáng)弱的學(xué)科稱為輻射度量學(xué)。l本節(jié)內(nèi)容包括：l2.2.1 點(diǎn)光源l2.2.2 擴(kuò)展光源l2.2.3 亮度l2.2.4 照度2.2.1 點(diǎn)光源（1）l點(diǎn)光源的概念：l當(dāng)光源的強(qiáng)度足夠小，或距離觀察者足夠遠(yuǎn)，以至于眼睛無法分辨其形狀時，可稱為點(diǎn)光源。l光通量（）l在光度學(xué)中，光通量（luminous flux）用來表示光輻射的功率或光輻射量，單位是lm（流明）。l立體角l（1）定義：l從一點(diǎn)（稱為立

7、體角的頂點(diǎn)）出發(fā)通過一條閉合曲線上所有點(diǎn)的射線圍成的空間部分，表示由頂點(diǎn)看閉合曲線時的視角。l（2）度量：l以立體角的頂點(diǎn)為球心所作的球面上截出的部分面積與球面半徑的平方之比，單位是sr（球面度）。2.2.1 點(diǎn)光源（2）l（3）立體角的定義可由將弧度表示平面角度大小的定義（弧長除以半徑）推廣到三維空間中得到。如圖2.2.1。圖圖2.2.1 (a)平面角（單位平面角（單位:弧度弧度rad），），(b)立體角（立體角（單位單位:球面度球面度sr）2.2.1 點(diǎn)光源（3）l點(diǎn)光源的發(fā)光強(qiáng)度（luminous intensity）l點(diǎn)光源Q沿某個方向r的發(fā)光強(qiáng)度I定義為沿此方向上單位立體角內(nèi)發(fā)出的光

8、通量。如圖2.2.2。l如果以r為軸取一個立體角元d，設(shè)d內(nèi)的光通量為d，則點(diǎn)光源在沿r方向的發(fā)光強(qiáng)度I為： I= d / dl發(fā)光強(qiáng)度I的單位：cd(坎德拉)，1cd=1lm/sr。rdrd擴(kuò)展光源點(diǎn)光源(a)(b)NSSddQ圖圖2.2.2 點(diǎn)光源點(diǎn)光源2.2.1 點(diǎn)光源（4）l1cd的物理意義：“全輻射體”加溫到鉑的熔點(diǎn)（2024K）時從1平方厘米表面面積上發(fā)出的光的1/60。l所謂“全輻射體”就是某一物質(zhì)加熱到某一溫度時，它發(fā)出的能量分布在整個可見光范圍內(nèi)。l理論上的“全輻射體”就是一個完全黑體，當(dāng)冷卻后，它將吸收所有入射到它上面的光。l據(jù)此，光通量（）也可以理解為是每秒鐘內(nèi)光流量的度

9、量。l1lm表示與1cd的光源相距單位距離，并與入射光相垂直的單位面積上每秒鐘流經(jīng)的光流量。2.2.2 擴(kuò)展光源l擴(kuò)展光源的概念：l實(shí)際中的光源總有一定的發(fā)光面積，稱為擴(kuò)展光源。l擴(kuò)展光源的發(fā)光強(qiáng)度l擴(kuò)展光源表面的每塊面元dS沿某個方向r有一定的發(fā)光強(qiáng)度I，擴(kuò)展光源在沿r方向的總發(fā)光強(qiáng)度為各個面元沿r方向的發(fā)光強(qiáng)度之和。如圖2.2.3。rdrd擴(kuò)展光源點(diǎn)光源(a)(b)NSSddQ圖圖2.2.3 擴(kuò)展光源擴(kuò)展光源2.2.3 亮度（1）l亮度的定義：l設(shè)：方向r與面元dS的法線N的夾角為，l則：迎著r的方向觀察時，其投影面積為dS=dScos。l則：面元dS沿r方向的（光度學(xué)）亮度（bright

10、ness）B定義為在r方向上單位投影面積的發(fā)光強(qiáng)度，或者說在r方向上的單位投影面積在單位立體角內(nèi)發(fā)出的光通量：l亮度B的單位：cd/m2(坎德拉每平方米)cos d dd cos ddddSSISIB（2.2.1）2.2.3 亮度（2）l例子：若一個光源的輸出光通量為3000lm，求在距離它50m處的亮度是多少？l解：在這樣的距離范圍內(nèi)，可將光源看作點(diǎn)光源。l設(shè)：以點(diǎn)光源為球心，r=50為半徑作一球面，在距離點(diǎn)光源50m處的亮度即為l則：發(fā)光強(qiáng)度I= / = /(4r2/r2) = /(4)l則：亮度B = I / S = I / (4r2) = /(4) / (4r2) = /(4r)2 l

11、故：亮度B = 3000 /(43.1450)2 = 7.60710-3(cd/m2)2.2.3 亮度（3）l常見光源和景物的亮度數(shù)值和它們所處的視覺區(qū)域如表2.2.1所示。表表2.2.1 一些日常所見光源和景物的亮度（單位：一些日常所見光源和景物的亮度（單位：cd/m2）2.2.3.1 亮度的適應(yīng)范圍l人的視覺系統(tǒng)能適應(yīng)的總體亮度范圍是很大的，從暗視覺門限到眩目極限之間的范圍達(dá)1010量級。如圖2.2.4。l但是，人的視覺系統(tǒng)在同一時刻所能區(qū)分亮度的具體范圍比總的適應(yīng)范圍要小得多。l在一定的條件下，一個視覺系統(tǒng)當(dāng)前的敏感度叫做亮度適應(yīng)級。l人眼在某一時刻所能感受到的具體范圍是以亮度適應(yīng)級為中

12、心的一個小范圍。l一般范圍在102量級，可以觀察到1020個亮度級的變化。圖圖2.2.4 視覺系統(tǒng)的亮度范圍視覺系統(tǒng)的亮度范圍2.2.3.2 主觀亮度（1）l人的視覺系統(tǒng)感受到的物體的亮度稱為主觀亮度。l主觀亮度受到物體表面與周圍環(huán)境亮度之間相對關(guān)系的影響。l同樣的物體（反射相同亮度）放在較暗的背景里會顯得比較亮，放在較亮的背景里會顯得比較暗。l同時對比度表明人眼對某個區(qū)域感覺到的主觀亮度并不僅僅依賴于該區(qū)域本身的亮度。如圖2.2.5。l所有位于中心的小正方形都有完全相同的亮度。l但是，當(dāng)小正方形處在暗背景時看起來要亮些，處在亮背景時看起來要暗些。圖圖2.2.5 同時對比度示例同時對比度示例2

13、.2.3.2 主觀亮度（2）l人類視覺系統(tǒng)有趨向于過高或過低估計(jì)不同亮度區(qū)域邊界值的現(xiàn)象。l馬赫帶效應(yīng)是一個典型的例子。如圖2.2.6。l各條帶內(nèi)部的亮度是常數(shù)（如“亮度折線”所示）。l觀察到的條帶有強(qiáng)烈的邊緣效應(yīng)，特別是在條帶的邊界區(qū)域（如“主觀亮度曲線”所示） 。圖圖2.2.6 馬赫帶效應(yīng)示意圖馬赫帶效應(yīng)示意圖2.2.4 照度l照度（illumination）的定義：l照射在物體單位面積上的光通量。l從輻射學(xué)的角度也稱輻照度（irradiance），表示單位面積的入射功率。l設(shè)：面元dS上的光通量為d ，l則：此面元上的照度E為：l照度E的單位：lx(勒克斯)，1lx=1lm/m2。l一些

14、實(shí)際情況下景物的照度數(shù)值如表2.2.2。 d dSE表表2.2.2 一些實(shí)際情況下的照度（單位：一些實(shí)際情況下的照度（單位：lx-lm/m2）2.3 采樣和量化（1）l一副連續(xù)圖像f(x,y)必須在空間和幅度上都離散化后才能被計(jì)算機(jī)處理。如圖2.3.1。l空間坐標(biāo)的離散化叫做空間采樣（簡稱采樣），它確定了圖像的空間分辨率。l灰度值的離散化叫做灰度量化（簡稱量化），它確定了圖像的幅度分辨率。圖圖2.3.1 (a)連續(xù)圖像投影到傳感器陣列，連續(xù)圖像投影到傳感器陣列，(b)圖像采樣和量化的結(jié)圖像采樣和量化的結(jié)果果2.3 采樣和量化（2）l采樣和量化的數(shù)學(xué)語言描述。l設(shè)：lF，X和Y均為實(shí)整數(shù)集。l采

15、樣過程可看作將圖像平面劃分成規(guī)則網(wǎng)格，每個網(wǎng)格中心點(diǎn)的位置由一對笛卡爾坐標(biāo)(x,y)決定。l其中，x是X中的整數(shù)，y是Y中的整數(shù)。lf()是給點(diǎn)對(x,y)賦予灰度值的函數(shù)。lf是F中的整數(shù)。l那么：lf(x,y)就是一副數(shù)字圖像，這個賦值過程就是量化過程。2.3.1 存儲和處理（1）l如果一副圖像的尺寸（空間分辨率）為MN，則表明：l在成像時采了MN個樣，圖像包含MN個像素。l如果對每個象素都用G個灰度值中的一個來賦值，則表明：l在成像時量化成了G個灰度級（幅度分辨率）。l數(shù)字圖像像素示意圖如圖2.3.2。圖圖2.3.2 數(shù)字圖像像素示意圖數(shù)字圖像像素示意圖2.3.1 存儲和處理（2）l在數(shù)

16、字圖像處理中，一般將這些量均取為2的整數(shù)次冪：l圖像水平尺寸M：M=2m ，m為正整數(shù)。l圖像垂直尺寸N：N=2n ，n為正整數(shù)。l像素灰度級數(shù)L：L=2k ，k為正整數(shù)。l圖像所需比特?cái)?shù)b：b=MNkl如果M=N，則：b = N2klN和k變化時圖像存儲的比特?cái)?shù)如圖2.3.3。圖圖2.3.3 N和和k變化時圖像存儲的比特?cái)?shù)變化時圖像存儲的比特?cái)?shù)2.3.1 存儲和處理（3）l例2.3.1圖像分辨率與存儲和處理l（1）一幅512512，256個灰度級的圖像，將占用512 5128=2097152比特，或5125121=262144字節(jié)。l（2）一副10241024的彩色圖像，將占用1024102

17、43=3145728字節(jié)，約3.15兆字節(jié)（可存儲750頁的書）。l（3）視頻是由連續(xù)的圖像幀組成，以PAL制式25幀/秒為例：l若彩色視頻的每幀圖像為10241024，則一秒鐘的數(shù)據(jù)量為10241024325=78643200字節(jié)。l若對一個像素的處理需要10個浮點(diǎn)運(yùn)算（FLOPS-floating-point operations），則一秒鐘視頻的處理需要102410241025=262144000個浮點(diǎn)運(yùn)算。l若應(yīng)用并行策略來加快處理速度，最樂觀的估計(jì)認(rèn)為并行運(yùn)算的時間可減少為串行運(yùn)算的lnJ/J（J為并行處理器的個數(shù)），則使用10個并行處理器來處理一秒鐘的視頻，每個處理器需要具有262

18、144000/10ln10/10=6036089次/秒的運(yùn)算能力。2.3.2 質(zhì)量和效果（1）l普通電視顯示屏的長寬比為4:3，高清電視顯示屏的長寬比為16:9。l將高清電視節(jié)目轉(zhuǎn)換到普通電視顯示屏上的轉(zhuǎn)換方式包括：l上下框格式：保持原節(jié)目的長寬比不變。l特點(diǎn)：保留了全局畫面但減少了細(xì)節(jié)辨識率。l全掃描格式：截取原節(jié)目寬度中的一部分。l特點(diǎn)：保留了部分畫面但細(xì)節(jié)辨識率不變。圖圖2.3.4 高清電視顯示畫面轉(zhuǎn)化為普通電視顯示畫高清電視顯示畫面轉(zhuǎn)化為普通電視顯示畫面面2.3.2 質(zhì)量和效果（2）l空間分辨率變化-幅度分辨率不變所產(chǎn)生的效果。如圖2.3.5。l(a)10241024分辨率，256級灰

19、度 (b)512512分辨率，256級灰度l(c)256256分辨率，256級灰度 (d)128128分辨率，256級灰度l(e)6464分辨率，256級灰度 (f)3232分辨率，256級灰度l采樣方法：后一幅圖像從前一幅圖像中每隔一行或一列刪除一行或一列。圖圖2.3.5 空間分辨率變化空間分辨率變化-幅度分辨率不變所產(chǎn)生的效果（幅度分辨率不變所產(chǎn)生的效果（1）2.3.2 質(zhì)量和效果（3）l圖2.3.5中的每一幅圖像的差別很難被看出，故進(jìn)行采樣處理：分別對每一幅圖像進(jìn)行復(fù)制行和列的操作，依次得到圖2.3.6中的每一幅圖像。圖圖2.3.6 空間分辨率變化空間分辨率變化-幅度分辨率不變所產(chǎn)生的效

20、果（幅度分辨率不變所產(chǎn)生的效果（2）2.3.2 質(zhì)量和效果（4）l(a)512512分辨率，256級灰度 (b)256256分辨率，256級灰度l(c)128128分辨率，256級灰度 (d)6464分辨率，256級灰度l(e)3232分辨率，256級灰度 (f)1616分辨率，256級灰度圖圖2.3.7 空間分辨率變化空間分辨率變化-幅度分辨率不變所產(chǎn)生的效果（幅度分辨率不變所產(chǎn)生的效果（3）2.3.2 質(zhì)量和效果（5）l(a)512512分辨率，256級灰度 (b)512512分辨率，64級灰度l(c)512512分辨率，16級灰度 (d)512512分辨率，8級灰度l(e)512512分

21、辨率，4級灰度 (f)512512分辨率，2級灰度圖圖2.3.8 空間分辨率不變空間分辨率不變-幅度分辨率變化所產(chǎn)生的效果幅度分辨率變化所產(chǎn)生的效果2.3.2 質(zhì)量和效果（6）l(a)256256分辨率，128級灰度 (b)181181分辨率，64級灰度l(c)128128分辨率，32級灰度 (d)9090分辨率，16級灰度l(e)6464分辨率，8級灰度 (f)4545分辨率，4級灰度圖圖2.3.9 空間分辨率和幅度分辨率同時變化所產(chǎn)生的效果空間分辨率和幅度分辨率同時變化所產(chǎn)生的效果2.4 圖像類型l圖像類型指圖像的顏色深度與像素顏色之間的關(guān)系。l顏色深度的概念：l數(shù)字圖像的顏色深度表示每一

22、個像素的顏色值所占的二進(jìn)制位數(shù)。l例如：顏色深度為8，表示每一個像素的顏色值占8個二進(jìn)制位，即1個字節(jié)。l顏色數(shù)的概念：l數(shù)字圖像的顏色數(shù)表示每一個像素所有可能的顏色值的個數(shù)，即圖像顏色表的表項(xiàng)數(shù)。l例如：顏色深度為8的圖像的顏色數(shù)為28=256。2.4.1 二值圖像l二值圖像也稱單色圖像或1位圖像，即顏色深度為1的圖像。l顏色深度為1表示每個像素點(diǎn)僅占1位。l一般地，0表示黑，1表示白。l一幅二值圖像如圖2.4.1所示，其對應(yīng)的圖像數(shù)據(jù)如圖2.4.2所示。圖圖2.4.1 二值圖像示例二值圖像示例0101010101010101010101010圖圖2.4.2 二值圖像對應(yīng)的圖像數(shù)據(jù)二值圖像對

23、應(yīng)的圖像數(shù)據(jù)2.4.2 灰度圖像l灰度圖像是包含灰度級（亮度）的圖像。l灰度圖像的特點(diǎn)包括：l（1）灰度圖像的存儲文件包含圖像顏色表，該顏色表有256項(xiàng)，每一項(xiàng)由紅、綠、藍(lán)顏色分量組成，且紅、綠、藍(lán)顏色分量的值都相等。fG(x,y)=fR(x,y)=fB(x,y)l（2）每個像素由8位組成，其值范圍從0255，表示256種不同的灰度級。l（3）像素的像素值f(x,y)是圖像顏色表的表項(xiàng)入口地址。圖圖2.4.3 (a)24位真彩色圖像，位真彩色圖像，(b)真彩色圖像對應(yīng)的灰度圖像真彩色圖像對應(yīng)的灰度圖像(a) (b)2.4.3 偽彩色圖像l偽彩色圖像的特點(diǎn)包括：l（1）其存儲文件包含圖像顏色表，

24、該顏色表有256項(xiàng)，每一項(xiàng)由紅、綠、藍(lán)顏色分量組成，且紅、綠、藍(lán)顏色分量的值不全相等。fG(x,y) fR(x,y) fB(x,y)l（2）像素的像素值f(x,y)是圖像顏色表的表項(xiàng)入口地址。l偽彩色圖像的分類：l256色彩色圖像l每個像素由8位組成，其值范圍從0255，表示256種不同的顏色。l256色圖像有照片效果，比較真實(shí)。l16色彩色圖像l每個像素由4位組成，其值范圍從015，表示16種不同的顏色。圖圖2.4.4 (a)24位真彩色圖像，位真彩色圖像，(b)256色色彩色圖像，彩色圖像，(c)16色彩色圖像色彩色圖像(a) (b) (c)2.4.4 真彩色圖像l真彩色圖像的特點(diǎn)包括：l

25、（1）真彩色圖像的圖像文件中不包含圖像顏色表。l（2）每個像素由R、G、B三個分量組成，每個分量各占8位，每個像素共占24位。l（3）每個分量fG(x,y)、 fR(x,y)、 fB(x,y)的取值范圍從0255。l圖2.4.3(a)或圖2.4.4(a) 都是真彩色圖像。l一幅真彩色圖像如圖2.4.5所示。圖圖2.4.5 真彩色圖像真彩色圖像2.5 圖像文件格式（1）l圖像文件概念：l指包含圖像數(shù)據(jù)的文件、文件內(nèi)除圖像數(shù)據(jù)本身以外，一般還有對圖像的描述信息，以方便讀取、顯示圖像。l圖像表示的方式：l（1）矢量形式l圖像用一系列線段或線段的組合體來表示。l矢量文件像程序文件，里面有一系列命令和數(shù)

26、據(jù)，執(zhí)行這些命令可根據(jù)數(shù)據(jù)畫出圖案。l矢量文件主要用于圖形數(shù)據(jù)文件。2.5 圖像文件格式（2）l（2）光柵形式l光柵形式也稱位圖形式或像素形式。l優(yōu)點(diǎn)：l適合色彩、陰影或形狀變化復(fù)雜的圖像。l缺點(diǎn)：l缺少對像素間相互關(guān)系的直接表示。l限定了圖像的空間分辨率。l將圖像放大到一定程度會出現(xiàn)方塊效應(yīng)。l將圖像縮小再恢復(fù)到原尺寸會變得比較模糊。l圖像數(shù)據(jù)文件的格式有很多，不同的系統(tǒng)平臺和軟件常使用不同的圖像文件格式。l常用的圖像數(shù)據(jù)文件格式包括：BMP格式、 TIFF格式、JPEG格式、GIF格式、PCX格式、TGA格式等。2.5.1 BMP格式（1）lBMP（bitmap）格式是Microsoft公

27、司為Windows環(huán)境的圖像應(yīng)用而設(shè)計(jì)的一種標(biāo)準(zhǔn)，全稱是Microsoft設(shè)備獨(dú)立位圖（DIP-device independent bitmap），也稱位圖文件。l位圖文件的組成：l（1）位圖文件頭-BITMAPFILEHEADERl（2）位圖信息-BITMAPINFOl位圖信息頭-BITMAPINFOHEADERl顏色表-RGBQUADl（3）位圖數(shù)據(jù)2.5.1 BMP格式（2）l（1）位圖文件頭-BITMAPFILEHEADERl位圖文件頭在WINGDI.H中的定義為：typedef struct tagBITMAPFILEHEADER WORD bfType; /位圖文件類型，必須為“

28、BM” DWORD bfSize; /位圖文件大小，以字節(jié)為單位 WORD bfReserved1; /保留字1，必須為0 WORD bfReserved2; /保留字2，必須為0 DWORD bfOffBits; /位圖數(shù)據(jù)的起始位置，以相對于位圖文件頭的偏移量表示，以字節(jié)為單位 BITMAPFILEHEADER;2.5.1 BMP格式（3）l（2）位圖信息-BITMAPINFOl位圖信息的組成：l位圖信息頭-BITMAPINFOHEADERl顏色表-RGBQUADl位圖信息在WINGDI.H中的定義為：typedef struct tagBITMAPINFO BITMAPINFOHEADE

29、R bmiHeader; /位圖信息頭 RGBQUAD bmiColors1; /顏色表 BITMAPINFO2.5.1 BMP格式（4）l位圖信息頭-BITMAPINFOHEADERl位圖信息頭在WINGDI.H中的定義為：typedef struct tagBITMAPINFOHEADER DWORD biSize; /本結(jié)構(gòu)占用的字節(jié)數(shù) LONG biWidth; /位圖寬度，以像素為單位 LONG biHeight; /位圖高度，以像素為單位 WORD biPlanes; /目標(biāo)設(shè)備的級別，必須為1 WORD biBitCount; /像素占用的位數(shù)：1-雙色，4-16色，8-256色

30、，24-真彩色 DWORD biCompression; /位圖壓縮類型：0-不壓縮，1-BI_RLE8壓縮類型，2-BI_RLE4壓縮類型 DWORD biSizeImage; /位圖的大小，以字節(jié)為單位 LONG biXPelsPerMeter; /水平分辨率，像素點(diǎn)/米 LONG biYPelsPerMeter; /垂直分辨率，像素點(diǎn)/米 DWORD biClrUsed; /實(shí)際使用的顏色表中的顏色數(shù) DWORD biClrImportant; /顯示過程中重要的顏色數(shù) BITMAPINFOHEADER;2.5.1 BMP格式（5）l顏色表-RGBQUADl顏色表用于說明位圖中的顏色，它

31、有若干個表項(xiàng)，每個表項(xiàng)是一個RGBQUAD類型的結(jié)構(gòu),定義一種顏色。l若biBitCount=1：則有21=2個表項(xiàng)，即顏色數(shù)為2。l若biBitCount=4：則有24=16個表項(xiàng)，即顏色數(shù)為16 。l若biBitCount=8：則有28=256個表項(xiàng)，即顏色數(shù)為256 。l若biBitCount=24：則沒有表項(xiàng)。l顏色表中一般將最重要的顏色排在前面。l顏色表在WINGDI.H中的定義為：typedef struct tagRGBQUAD BYTE rgbBlue; /藍(lán)色的亮度（0255） BYTE rgbGreen; /綠色的亮度（0255） BYTE rgbRed; /紅色的亮度（0

32、255） BYTE rgbReserved; /保留，必須為0 RGBQUAD;2.5.1 BMP格式（6）l（3）位圖數(shù)據(jù)l位圖數(shù)據(jù)記錄了位圖的每一個像素值。l記錄順序是：掃描行間從下到上；掃描行內(nèi)從左到右。l位圖的一個像素值所占用的字節(jié)數(shù)為：l若biBitCount=1：則8個像素占1個字節(jié)。l若biBitCount=4：則2個像素占1個字節(jié)。l若biBitCount=8：則1個像素占1個字節(jié)。l若biBitCount=24：則1個像素占3個字節(jié)。l位圖像素的顏色數(shù)（即顏色表的表項(xiàng)數(shù)）為：l若biClrUsed=0，則位圖顏色表的表項(xiàng)數(shù)是滿的。l即像素顏色位數(shù)為1，4，8時，顏色數(shù)分別為2

33、，16，256。l若biClrUsed不為0，則其值為位圖實(shí)際使用的顏色數(shù)。2.5.1 BMP格式（7）l位圖數(shù)據(jù)可以是不壓縮的，也可以是壓縮的。l對4位和8位位圖，可以采用RLE（游程長度編碼）壓縮，分別稱為RLE4和RLE8位圖。l位圖數(shù)據(jù)的存儲：l位圖數(shù)據(jù)以行為單位進(jìn)行存儲，每行的存儲長度為4字節(jié)的倍數(shù)，不足時多余的位用“0”填充。l位圖行的存儲次序是顛倒的，位圖文件中第一行數(shù)據(jù)對應(yīng)的是位圖的最底行。l對于像素位數(shù)為1的DIB位圖，每個像素只占1位，每個字節(jié)存儲8個像素，字節(jié)的最高位對應(yīng)于最左邊的像素。l對于像素位數(shù)為24的DIB位圖，每個像素占3個字節(jié)，從左到右的每一個字節(jié)分別存儲藍(lán)、

34、綠、紅的顏色值。2.5.1 BMP格式（8）結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)域數(shù)據(jù)域偏移量偏移量大小大小描述描述位圖文件頭位圖文件頭BITMAPFILEHEADER（14B）bfType0000H-0001HWORD位圖文件類型，必須為位圖文件類型，必須為“BM”bfSize0002H-0005HDWORD位圖文件大小，以字節(jié)為單位位圖文件大小，以字節(jié)為單位bfReserved10006H-0007HWORD保留字保留字1，必須為，必須為0bfReserved20008H-0009HWORD保留字保留字2，必須為，必須為0bfOffBits000AH-000DHDWORD位圖數(shù)據(jù)的起始位置，以相對于位圖文件頭的偏

35、移量表示，以字節(jié)為單位位圖數(shù)據(jù)的起始位置，以相對于位圖文件頭的偏移量表示，以字節(jié)為單位位圖信息頭位圖信息頭BITMAPINFOHEADER（40B）biSize000EH-0011HDWORD本結(jié)構(gòu)占用的字節(jié)數(shù)本結(jié)構(gòu)占用的字節(jié)數(shù)biWidth0012H-0015HLONG位圖寬度，以像素為單位位圖寬度，以像素為單位biHeight0016H-0019HLONG位圖高度，以像素為單位位圖高度，以像素為單位biPlanes001A-001BHWORD目標(biāo)設(shè)備的級別，必須為目標(biāo)設(shè)備的級別，必須為1biBitCount001CH-001DHWORD像素的位數(shù)：像素的位數(shù)：1-雙色，雙色，4-16色，色

36、，8-256色，色，24-真彩色真彩色biCompression001EH-0021HDWORD位圖壓縮類型：位圖壓縮類型：0-不壓縮，不壓縮，1-BI_RLE8壓縮類型，壓縮類型，2-BI_RLE4壓縮類型壓縮類型biSizeImage0022H-0025HDWORD位圖數(shù)據(jù)的大小，以字節(jié)為單位位圖數(shù)據(jù)的大小，以字節(jié)為單位biXPelsPerMeter0026H-0029HLONG水平分辨率，像素點(diǎn)水平分辨率，像素點(diǎn)/米米biYPelsPerMeter002AH-002DHLONG垂直分辨率，像素點(diǎn)垂直分辨率，像素點(diǎn)/米米biClrUsed002EH-0031HDWORD圖像中實(shí)際使用的顏色

37、數(shù)圖像中實(shí)際使用的顏色數(shù)biClrImportant0032H-0035HDWORD圖像中重要的顏色數(shù)圖像中重要的顏色數(shù)顏色表顏色表RGBQUAD（4B*顏色數(shù)）顏色數(shù)）rgbBlue0036HBYTE藍(lán)色的亮度（藍(lán)色的亮度（0255）rgbGreen0037HBYTE綠色的亮度（綠色的亮度（0255）rgbRed0038HBYTE紅色的亮度（紅色的亮度（0255）rgbReserved0039HBYTE保留，必須為保留，必須為0表表2.5.1 Windows位圖文件數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)位圖文件數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)2.5.1 BMP格式（9）l例3.4.1 一幅55的24位位圖如圖2.5.1所示。l其對應(yīng)的位圖文件的

38、數(shù)據(jù)如圖2.5.2所示。圖圖2.5.2 對應(yīng)的位圖文件數(shù)據(jù)對應(yīng)的位圖文件數(shù)據(jù)圖圖2.5.1 55的的24位位圖文件位位圖文件2.5.2 TIFF格式lTIFF（Tag Image File Format）格式由Aldus公司于1986年推出，后來與Microsoft合作，得到進(jìn)一步發(fā)展。其主要特點(diǎn)包括：l（1）該格式獨(dú)立于操作系統(tǒng)和文件系統(tǒng)，很便于在軟件之間進(jìn)行圖像數(shù)據(jù)的交換。l（2）該格式支持從單色模式到32bit真彩色模式的所有圖像。l（3）該格式的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是可變的，文件具有可改寫性，使用者可以向文件中寫入相關(guān)信息。l該格式具有很強(qiáng)的描述能力，可以制定私人用的標(biāo)識信息。l（4）一幅TIFF

39、文件可以存放多幅圖像，也可以存放多份調(diào)色板數(shù)據(jù)。l（5）具有多種數(shù)據(jù)壓縮存儲方式，使壓縮過程變得復(fù)雜化。l（6）該格式圖像文件的擴(kuò)展名為“.tif”。2.5.3 JPEG格式（1）lJPEG（Joint Photographic Experts Group）是對靜止灰度或彩色圖像的一種壓縮標(biāo)準(zhǔn)。l該標(biāo)準(zhǔn)由國際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO的下屬專家小組提出。l該格式文件采用有損編碼方式，對于數(shù)字化照片和表達(dá)自然景觀的色彩豐富的圖片具有非常好的處理效果。l目前，數(shù)碼相機(jī)都使用這種格式。l該格式對于使用計(jì)算機(jī)繪制的具有明顯邊界的圖形的處理效果不佳。l使用JPEG格式圖像文件時需要解壓縮過程。2.5.3 JPEG

40、格式（2）lJPEG標(biāo)準(zhǔn)只是定義了一個規(guī)范的編碼數(shù)據(jù)流，并沒有規(guī)定圖像數(shù)據(jù)文件的格式。lJEPG格式的圖像文件一般具有兩種內(nèi)部格式：lJFIFl由Cube Microsystems公司定義，叫做JPEG文件交換格式（JPEG file interchange format），目前被廣泛使用。lJPEG-in TIFFl該格式把JPEG圖像壓縮保存到TIFF格式文件中。l它在保存和讀取時，很容易受到外部條件的限制和影響，目前未被廣泛使用。lJPEG格式的圖像文件的擴(kuò)展名為“.jpg”。2.5.4 GIF格式lGIF（Graphics Interchange Format）格式是CompuServe公司于1987年推出。其主要特點(diǎn)包括：l該格式是一種公用的圖像文件格式標(biāo)準(zhǔn)，