多媒體技術(shù)之彩色數(shù)字圖像基礎(chǔ)

多媒體技術(shù)之彩色數(shù)字圖像基礎(chǔ)第一頁，共五十一頁，2022年，8月28日分析以下的基本現(xiàn)象：為什么計算R、G、B三個分量就可以使人有顏色的視覺感覺？2第二頁，共五十一頁，2022年，8月28日基本概念顏色是外來的光刺激作用于人的視覺器官而產(chǎn)生的主觀感覺，影響的因素有：物體本身光源周圍環(huán)境觀察者的視覺系統(tǒng)3第三頁，共五十一頁，2022年，8月28日光光的本質(zhì)：電磁波可見光：780nm～380nm波長大于780納米的電磁波是紅外線，微波和廣播無線電波。波長小于380納米的電磁波是紫外線，X－射線和宇宙射線。

4第四頁，共五十一頁，2022年，8月28日可見光可見光的光譜

顏色波長頻率紅色約625—740納米約480—405兆赫橙色約590—625納米約510—480兆赫黃色約565—570納米約530—510兆赫綠色約500—565納米約600—530兆赫青色約485—500納米約620—600兆赫藍(lán)色約440—485納米約680—620兆赫紫色約380—440納米約790—680兆赫5第五頁，共五十一頁，2022年，8月28日顏色感知顏色是視覺系統(tǒng)對可見光的感知結(jié)果物體由于內(nèi)部物質(zhì)的不同，受光線照射后，一部分光線被吸收，其余的被反射或投射出來，成為我們所見的物體的顏色。所以，顏色既與光有密切關(guān)系，也與被光照射的物體，以及與觀察者均有關(guān)。6第六頁，共五十一頁，2022年，8月28日感知顏色的原理光的存在（光源色）物體的表面特性（物體色）人眼的視覺功能7第七頁，共五十一頁，2022年，8月28日眼睛眼睛本質(zhì)上是一個照相機(jī)。人的視網(wǎng)膜(humanretina)通過神經(jīng)元來感知外部世界的顏色，每個神經(jīng)元或者是一個對顏色敏感的錐體(cone)，或者是一個對顏色不敏感的桿狀體(rod)。視網(wǎng)膜有對紅、綠、藍(lán)顏色敏感程度不同的三種錐體細(xì)胞8第八頁，共五十一頁，2022年，8月28日顏色感知紅(L-cone)、綠(M-cone)和藍(lán)(S-cone)三種錐體細(xì)胞對不同頻率、不同亮度的光感知程度不同，人們可以使用數(shù)字圖像處理技術(shù)來降低數(shù)據(jù)率而不感到圖像質(zhì)量明顯下降。

各個波長的光的強(qiáng)度相等9第九頁，共五十一頁，2022年，8月28日顏色感知的三要素色調(diào)（Hue）表示光的顏色，決定于光的波長飽和度（Saturation）也稱為純度或彩度，指彩色的深淺或鮮艷程度，通常指彩色中白光含量的多少亮度（Luminance）表示某種顏色在人眼視覺上引起的明暗程度，與光的強(qiáng)度有關(guān)。飽和度/亮度與光幅度有關(guān)人眼看到的任一彩色光都是這三個特性的綜合效果10第十頁，共五十一頁，2022年，8月28日色調(diào)（Hue）色調(diào)反映顏色的類別，如紅色、綠色、藍(lán)色等。色調(diào)大致對應(yīng)光譜分布中的主波長。11第十一頁，共五十一頁，2022年，8月28日飽和度（Saturation）飽和度是指彩色光所呈現(xiàn)顏色的深淺或純潔程度。對于同一色調(diào)的彩色光，其飽和度越高，顏色就越深，或越純；而飽和度越小，顏色就越淺，或純度越低。高飽和度的彩色光可因摻入白光而降低純度或變淺，變成低飽和度的色光。100%飽和度的色光就代表完全沒有混入白光的純色光。飽和度增加12第十二頁，共五十一頁，2022年，8月28日亮度（luminance）亮度是光作用于人眼時引起的明亮程度的感覺。一般來說，彩色光能量大則顯得亮，反之則暗。

13第十三頁，共五十一頁，2022年，8月28日Windows調(diào)色板14第十四頁，共五十一頁，2022年，8月28日顏色模型是用來精確標(biāo)定和生成各種顏色的一套規(guī)則和定義。15第十五頁，共五十一頁，2022年，8月28日不同模型有源物體：能發(fā)光的物體，顏色由該物體發(fā)出的光波決定，無源物體：不發(fā)光的物體，顏色由該物體吸收或者反射的光波決定16第十六頁，共五十一頁，2022年，8月28日顏色空間顏色空間某種顏色模型所標(biāo)定的所有顏色就構(gòu)成了一個顏色空間。顏色空間是用一種數(shù)學(xué)方法形象化表示顏色。通俗一點(diǎn)講，就是各種色彩的集合，色彩的種類越多，顏色空間越大，能夠表現(xiàn)的色彩范圍即色域越廣。17第十七頁，共五十一頁，2022年，8月28日顏色空間分類從顏色感知的角度來分類，顏色空間可考慮分成如下三類：混合(mixture)型顏色空間RGBCMYCMYKXYZ非線性亮度/色度(luma/chroma)型顏色空間YUVYIQ強(qiáng)度/飽和度/色調(diào)(intensity/saturation/hue)型顏色空間HSVHSL18第十八頁，共五十一頁，2022年，8月28日混合(mixture)型顏色空間按三種基色的比例合成顏色?；侵富楠?dú)立的單色，任一基色都不能由其他兩種基色混合產(chǎn)生。實(shí)現(xiàn)證明選擇紅色、綠色和藍(lán)色這三種相互獨(dú)立的基色，按照不同比例組合，可以配出的大部分與自然界色彩相符的顏色，能引起人眼各種不同的彩色感。

19第十九頁，共五十一頁，2022年，8月28日RGB絕大部分可見光譜都可用紅、綠和藍(lán)(RGB)三原色光按不同比例和強(qiáng)度的混合來表示。20第二十頁，共五十一頁，2022年，8月28日顏色＝R×(紅色比例)＋G×(綠色比例)＋B×(藍(lán)色比例)

當(dāng)三基色等量相加時，得到白色等量的紅綠相加而藍(lán)為0值時得到黃色等量的紅藍(lán)相加而綠為0時得到品紅色等量的綠藍(lán)相加而紅為0時得到青色。21第二十一頁，共五十一頁，2022年，8月28日RGB加色22第二十二頁，共五十一頁，2022年，8月28日Lena

RGBImageRedChannelGreenChannelBlueChannel23第二十三頁，共五十一頁，2022年，8月28日加色模型陰極射線管CRT(cathoderaytube)是一個有源物體，使用3個電子槍分別產(chǎn)生紅、綠和藍(lán)三種波長的光，并以各種不同的相對強(qiáng)度綜合起來產(chǎn)生相加混色，稱為RGB相加模型24第二十四頁，共五十一頁，2022年，8月28日CRT25第二十五頁，共五十一頁，2022年，8月28日減色模型彩色印刷或彩色打印的紙張是不能發(fā)射光線的，因而印刷機(jī)或彩色打印機(jī)就只能使用一些能夠吸收特定的光波而反射其他光波的油墨或顏料。顏料的特性剛好和光線相反，顏料是吸收光線，而不是增強(qiáng)光線。26第二十六頁，共五十一頁，2022年，8月28日CMY油墨或顏料的3基色是青（Cyan）、品紅（Magenta）和黃（Yellow），簡稱為CMY。青色對應(yīng)藍(lán)綠色，品紅對應(yīng)紫紅色。理論上說，任何一種由顏料表現(xiàn)的顏色都可以用這三種基色按不同的比例混合而成，這種顏色表示方法稱CMY顏色空間表示法。彩色打印機(jī)和彩色印刷系統(tǒng)都采用CMY顏色空間。27第二十七頁，共五十一頁，2022年，8月28日在CMY相減混色中，三基色等量相減時得到黑色；等量黃色(Y)和品紅(M)相減而青色(C)為0時，得到紅色(R)；等量青色(C)和品紅(M)相減而黃色(Y)為0時，得到藍(lán)色(B)；等量黃色(Y)和青色(C)相減而品紅(M)為0時，得到綠色(G)。28第二十八頁，共五十一頁，2022年，8月28日CMY29第二十九頁，共五十一頁，2022年，8月28日CMY與RGBCMY空間正好與RGB空間互補(bǔ)也即用白色減去RGB空間中的某一顏色值就等于同樣顏色在CMY空間中的值?！纠慨?dāng)RGB為1:1:1時，在相加混色中產(chǎn)生白色，而CMY為1:1:1時，在相減混色中產(chǎn)生黑色。RGB相加混色

CMY相減混色

對應(yīng)顏色

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30第三十頁，共五十一頁，2022年，8月28日RGBCMY31第三十一頁，共五十一頁，2022年，8月28日RGB和CMY的表示法32第三十二頁，共五十一頁，2022年，8月28日CMYK理論上將印刷三原色混合之后，應(yīng)該可以將紅綠藍(lán)光通通吸收而得到黑色。由于彩色墨水和顏料的化學(xué)特性，現(xiàn)實(shí)生活中并找不到這種光線吸收、反射特性都十分完美的顏料，將三種顏色混合后還是會有些許光線反射出來，而呈現(xiàn)暗灰色或深褐色。因此在印刷術(shù)中常加一種真正的黑色（blackink），所以CMY又寫成CMYK。33第三十三頁，共五十一頁，2022年，8月28日34第三十四頁，共五十一頁，2022年，8月28日非線性亮度/色度型顏色空間用一個分量表示非色彩的感知，用兩個獨(dú)立的分量表示色彩的感知。當(dāng)需要黑白圖像時，這樣的系統(tǒng)非常方便。人眼對彩色細(xì)節(jié)的分辨能力遠(yuǎn)比對亮度細(xì)節(jié)的分辨能力低。35第三十五頁，共五十一頁，2022年，8月28日YUV在PAL彩色電視制式中使用YUV模型，其中Y表示亮度，UV用來表示色差，U、V是構(gòu)成彩色的兩個分量。36第三十六頁，共五十一頁，2022年，8月28日YUV與RGB彩色空間變換RGB和YUV的對應(yīng)關(guān)系可以近似地用下面的方程式表示：Y=0.299R+0.587G+0.114BU=-0.147R-0.289G+0.436BV=0.615R-0.515G-0.100B37第三十七頁，共五十一頁，2022年，8月28日強(qiáng)度/飽和度/色調(diào)型顏色空間用飽和度和色度描述色彩的感知，可使顏色的解釋更直觀，而且對消除光亮度的影響很有用。38第三十八頁，共五十一頁，2022年，8月28日HSL在HSL（Hue、SaturationLightness、）模型中，H定義色調(diào)；S定義顏色的深淺程度或飽和度；L定義亮度。RGB模型和CMYK模型主要是面向設(shè)備的，用HSL模型描述顏色更加自然，符合人眼對顏色的感知方式，比較容易為畫家所理解，但使用時卻不方便，所以顯示時要轉(zhuǎn)換成RGB模式，印刷要轉(zhuǎn)換成CMYK39第三十九頁，共五十一頁，2022年，8月28日模型轉(zhuǎn)換在進(jìn)行視頻圖像處理時，常常會涉及到用幾種不同色彩模型（或顏色模型）來表示圖像的顏色。各個應(yīng)用領(lǐng)域一般使用不同的色彩模型，如計算機(jī)顯示時采用的是RGB模型，彩色電視信號傳輸時采用YUV模型，打印輸出彩色圖像時用CMY模型40第四十頁，共五十一頁，2022年，8月28日色盲色盲是指缺乏或完全沒有辨別色彩的能力。在人的視網(wǎng)膜上有一種感光細(xì)胞——錐細(xì)胞，它有紅、綠、藍(lán)3種感光色素。每一種感光色素主要對一種原色光產(chǎn)生興奮，而對其余兩種原色光產(chǎn)生程度不等的反應(yīng)。如果某一種色素缺乏，則會產(chǎn)生對此種顏色的感覺障礙，表現(xiàn)為色盲或色弱（辨色力弱）。41第四十一頁，共五十一頁，2022年，8月28日正常缺少L-cone,紅色盲缺少M(fèi)-cone，綠色盲缺少S-cone，藍(lán)黃色盲42第四十二頁，共五十一頁，2022年，8月28日色盲測試男：8%,女:0.5%43第四十三頁，共五十一頁，2022年，8月28日44第四十四頁，共五十一頁，2022年，8月28日圖像的基本屬性

分辨率像素深度真/偽彩色圖像的表示法和種類45第四十五頁，共五十一頁，2022年，8月28日圖像分辨率組成一幅圖像的像素(pixel)密度的度量方法。對同樣大小的一幅圖，如果組成該圖的圖像像素數(shù)目越多，則說明圖像的分辨率越高，看起來就越逼真。相反，圖像顯得越粗糙。在用掃描儀掃描彩色圖像時，通常要指定圖像的分辨率，用每英寸多少點(diǎn)(dotsperinch，DPI)表示。如果用300DPI來掃描一幅8″×10″的彩色圖像，就得到一幅2400×3000個像素的圖像。46第四十六頁，共五十一頁，2022年，8月28日顯示分辨率顯示分辨率是確定顯示圖像的區(qū)域大小。如果顯示屏的分辨率為640×480，那么一幅320×240的圖像只占顯示屏的1/4；相反，2400×3000的圖像在這個顯示屏上就不能顯示一個完整的畫面。47第四十七頁，共五十一頁，2022年，8月28日像素深度

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