多媒體應(yīng)用技術(shù)5-圖像知識(shí)

本節(jié)內(nèi)容圖像信息處理彩色空間表示及其轉(zhuǎn)換

顏色的基本概念色彩的三要素

三基色

色彩模型圖形圖像處理基礎(chǔ)

數(shù)字圖像的種類

位圖圖像的重要參數(shù)圖像的獲取和處理圖像文件格式4.1彩色空間表示及其轉(zhuǎn)換4.1.1顏色的基本概念色彩是通過(guò)光被感知的，實(shí)際上就是視覺(jué)系統(tǒng)對(duì)可見(jiàn)光的感知結(jié)果。眼睛感知到的顏色和光波長(zhǎng)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系如圖所示。0.005nm0.01nm5nm350nm750nm0.4nm10kmY射線X射線紫外線可見(jiàn)光紅外線無(wú)線電波波長(zhǎng)電磁波譜黃綠350400500600700波長(zhǎng)（nm）紫紫藍(lán)藍(lán)藍(lán)綠綠黃橙橙紅紅可見(jiàn)光譜光：紫外線、紅外線、可見(jiàn)光統(tǒng)稱單色光：光譜中不能再分解的光復(fù)色光：由單色光混合而成的光4.1.2色彩的三要素黑白系列：白色、淺灰、灰色、深灰、黑色彩色系列：黑白系列以外的各種顏色1．色調(diào)（Hue）：色調(diào)是指物體反射的光線中以哪種波長(zhǎng)占優(yōu)勢(shì)來(lái)決定的，色調(diào)是顏色的重要的特征。例如：一幅圖片雖然用了多種顏色，但總體有一種傾向，是偏藍(lán)或偏紅。這種顏色上的傾向就是色調(diào)。4.1.2色彩的三要素2．亮度（Luminance）是用來(lái)描述光作用于人眼所引起的視覺(jué)明亮程度的感覺(jué)，它與被觀察物體的發(fā)光強(qiáng)度有關(guān)。亮度反映了輻射的強(qiáng)度或輻射的功率。亮度越大則其顏色越接近于白色，亮度越小則其顏色越接近于黑色。3．飽和度（Saturation）是指彩色光所呈現(xiàn)顏色的深淺或純潔程度，通常是按各種顏色混入白色光的比例來(lái)表示的。對(duì)于同一色調(diào)的彩色光，加入白色光越少，其飽和度越高，顏色純度越高；加入白色光越多，飽和度越小，顏色就越淺，或純度越低。例：綠光+白光->淺綠色色調(diào)沒(méi)變，飽和度降低顏色飽和度下降4.1.3三基色1.基色常見(jiàn)光都可由紅、綠、藍(lán)三色混合而成，而其本身不能由其他顏色合成，所以選擇紅色、綠色和藍(lán)色為三基色。三基色原理是根據(jù)人眼對(duì)彩色視覺(jué)的特性，在色彩復(fù)制過(guò)程中，并不要求回復(fù)原來(lái)景物光的光譜成分，而重要的是應(yīng)獲得與原景物相同的色彩感覺(jué)。相加混色法：顏色=R的百分?jǐn)?shù)+G的百分?jǐn)?shù)+B的百分?jǐn)?shù)黃青品紅紅綠白藍(lán)相減混色法——在彩色印刷、彩色膠片中采用黃(Yellow)、品紅(Magenta)、青(Cyan)稱為減色法三基色。用等量的CMY得到的顏色不是真正的黑色所以印刷和打印時(shí)加上一種真正的黑色，相減混色也稱為CMYK。在印刷業(yè)中，CMYK即是代表青、洋紅、黃、黑四種印刷專用的油墨顏色，通過(guò)控制青、洋紅、黃、黑四色油墨在紙張上的相疊印刷來(lái)產(chǎn)生色彩的，它的顏色種數(shù)少于RGB色。CMYK也是Photoshop軟件中四個(gè)通道的顏色。2.互補(bǔ)色：在光學(xué)上，任何兩種色光相加后如能產(chǎn)生白光，這兩種色光就互稱補(bǔ)色光(互補(bǔ)色)。黃與藍(lán)互為補(bǔ)色，青與紅互為補(bǔ)色，品紅與綠互為補(bǔ)色。加色法混合和減色法混合差別：加色法是用三個(gè)基色相合再現(xiàn)色彩。減色法是用三個(gè)補(bǔ)色的透明色素相疊成顏色混合時(shí)，減去相應(yīng)的原色再現(xiàn)色彩。4.1.4色彩模型用來(lái)精確標(biāo)定和生成各種顏色的一套規(guī)則和定義。通常用三維模型表示1.RGB色彩模型通過(guò)這三個(gè)色彩分量的不同比例，相加混和成需要的任意顏色。F＝r[R]+g[G]+b[B]其中：r、g、b為三色系數(shù)，r[R]+g[G]+b[B]為F色光的三色分量。2.YUV和YIQ色彩模型在彩色電視制式中，圖像通過(guò)色差模式來(lái)描述，這里Y表示亮度信號(hào)，UV或IQ表示色差信號(hào)。好處：亮度信號(hào)Y和色差信號(hào)U、V是相互獨(dú)立的，Y信號(hào)分量可以構(gòu)成黑白灰度圖，解決了彩色電視機(jī)和黑白電視機(jī)的兼容問(wèn)題。彩色電視用亮度信號(hào)傳送細(xì)節(jié)，用色差信號(hào)進(jìn)行大面積涂色，可以減小信號(hào)帶寬，降低存儲(chǔ)所需空間。YVU模型和RGB彩色空間模型的對(duì)應(yīng)關(guān)系可用近似的方程式表示：Y=0.299R+0.587G+0.114BU=-0.147R-0.289G+0.436BV=0.615R-0.515G-0.100B或者用矩陣形式表示：YIQ模型和RGB彩色空間模型的對(duì)應(yīng)關(guān)系可用下面近似的方程式表示：Y=0.299R+0.587G+0.114BI=0.596R-0.275G-0.321BQ=0.212R-0.523G+0.311B或者用矩陣形式表示：

3.HSI色彩模型HSI色彩模型是指直接使用顏色三要素色調(diào)、飽和度和亮度來(lái)描述色彩。H用來(lái)表示顏色的頻率或波長(zhǎng)，S用來(lái)表示純色中摻入白光的程度，I用來(lái)表示顏色的明暗程度。用色調(diào)、飽和度和亮度描述彩色光更符合人的視覺(jué)特性。HSI色彩模型和RGB色彩模型之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系：其中ú?ùê?é<>+-=},;180;,0{)3arctan(903601BGBGFH4.CMY色彩模型彩色打印機(jī)和彩色印刷系統(tǒng)都采用CMY色彩模型。CMY混合的色彩稱為相減混色。因?yàn)镃MY色彩模型正好與RGB色彩模型互補(bǔ)，也即用白色減去RGB色彩模型中的某一色彩值就等于同樣色彩在CMY色彩模型中的值。5.YCrCb彩色空間YCrCb色彩模型是由YUV色彩空間派生出來(lái)的，主要用于數(shù)字電視系統(tǒng)，其中Y為亮度，是通過(guò)RGB輸入信號(hào)來(lái)創(chuàng)建的。Cr反映了RGB輸入信號(hào)紅色部分與RGB信號(hào)亮度值之間的差異。Cb反映的是RGB輸入信號(hào)藍(lán)色部分與RGB信號(hào)亮度值之間的差異。

4.2圖形圖像處理基礎(chǔ)4.2.1圖形圖像基本概念多媒體計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中所能處理圖像是數(shù)字圖像，即直接量化的原始圖像信號(hào)。利用圖形繪制技術(shù)可以將圖形變成圖像，也可以利用模式識(shí)別技術(shù)從圖像數(shù)據(jù)中提取幾何數(shù)據(jù)，把圖像轉(zhuǎn)化成圖形。4.2.2數(shù)字圖像的種類1.矢量圖矢量圖，由具有方向和長(zhǎng)度的矢量表示，如點(diǎn)、線、曲線以及圓形、矩形等，比較適合于描述能夠用數(shù)學(xué)方式表示出來(lái)的圖形優(yōu)點(diǎn)：需要占用很小的存儲(chǔ)空間。缺點(diǎn)：不宜制作色調(diào)豐富或者色彩變化太多的圖像，而且繪制出來(lái)的圖形不是很逼真。2.位圖位圖圖像是通過(guò)像素點(diǎn)的顏色和亮度來(lái)反映原始圖像的效果，一般也稱為圖像，常用的文件格式為BMP格式。特點(diǎn)：比較適合于表現(xiàn)細(xì)膩、層次和色彩比較豐富，包括大量細(xì)節(jié)的圖像，如照片、繪畫等。缺點(diǎn)：所需的磁盤空間比較大，尤其是使用真彩色時(shí)更是如此。位圖矢量圖3.矢量圖形和位圖圖像的區(qū)別顯示位圖圖像比顯示矢量圖要快。位圖圖像占用的二進(jìn)制位數(shù)越多，圖像顏色數(shù)量越大，數(shù)據(jù)量也越大。而矢量圖顏色數(shù)目與文件的大小無(wú)關(guān)。矢量圖側(cè)重于“繪制”，而位圖偏重于“獲取”。位圖圖像放大若干倍后有可能會(huì)產(chǎn)生顆粒狀，即馬賽克現(xiàn)象。而矢量圖形在放大、縮小和旋轉(zhuǎn)等操作后不會(huì)產(chǎn)生失真。4.2.3位圖圖像的重要參數(shù)1.分辨率⑴屏幕分辨率：指計(jì)算機(jī)屏幕上最大顯示區(qū)域水平和垂直方向上的像素個(gè)數(shù)，即水平和垂直方向的像素個(gè)數(shù)，如800×600。⑵圖像分辨率：指圖像數(shù)字化時(shí)，在水平、垂直方向上的像素個(gè)數(shù)。⑶像素分辨率：指一個(gè)像素點(diǎn)的長(zhǎng)和寬的比例。2.顏色深度顏色深度指表示一個(gè)像素的二進(jìn)制位數(shù)，以bit為單位對(duì)于彩色圖像來(lái)說(shuō)，顏色深度決定了該圖像可以用的最多顏色數(shù)目。對(duì)于灰度圖像來(lái)說(shuō)，顏色深度決定了該圖像可以使用的亮度級(jí)別數(shù)目。顏色深度越高，顯示的圖像越豐富，畫面越自然逼真，但數(shù)據(jù)量也會(huì)猛增。3.圖像數(shù)據(jù)量圖像數(shù)據(jù)量：即圖像文件的大小，是指磁盤上存儲(chǔ)整幅圖像所占的字節(jié)數(shù)。圖像的分辨率越高、顏色深度越深，則數(shù)字化后的圖像效果越逼真、圖像數(shù)據(jù)量越大。圖像數(shù)據(jù)大小可用下面的公式來(lái)估算：圖像數(shù)據(jù)量＝圖像分辨率（寬×高）×顏色深度/8(Byte)4.2.4圖像的獲取與處理1.圖像獲取——方法有：⑴利用計(jì)算機(jī)產(chǎn)生彩色圖形、靜態(tài)圖像和動(dòng)態(tài)圖像⑵用彩色掃描儀掃描輸入彩色圖形和靜態(tài)圖像⑶用視頻信號(hào)數(shù)字化儀將彩色全電視信號(hào)數(shù)字化后，輸入到多媒體計(jì)算機(jī)中，獲得靜態(tài)和動(dòng)態(tài)圖像⑷視頻抓幀⑸購(gòu)買現(xiàn)成的圖像庫(kù)2.圖像顯示——方式有以下幾種：?jiǎn)紊珗D像：通常每個(gè)像素用一個(gè)字節(jié)來(lái)表示。灰度圖像：表示像素的灰度范圍，比如是8位灰度；如果是RGB色彩模式，只要當(dāng)R=G=B，這個(gè)顏色就屬于灰度。彩色圖像：包括16色、256色和真彩色等。單色圖像灰度圖像彩色圖像4.3圖像文件格式1.BMP文件Windows系統(tǒng)下的標(biāo)準(zhǔn)圖像文件格式，后綴名為BMP。采用位映射存貯格式，有壓縮和不壓縮兩種形式。支持RGB、索引顏色、灰度和位圖顏色模式，并可指定圖像的位深度。缺點(diǎn)：所占用的空間非常大。2.GIF文件采用LZW的壓縮方法，最大8位顏色深度特點(diǎn)：壓縮比高、磁盤空間占用少、圖像文件短小、下載速度快等。

3.JPEG文件其擴(kuò)展名為JPG，具有24bit的RGB彩色深度，支持CMYK、RGB和灰度顏色模式。壓縮比約為1:5至1:50，甚至更高。4.TIFF文件是一種通用的位映射圖像文件格式，支持從單色到32位真彩色的所有圖像；圖像格式復(fù)雜、存貯信息多；適用于多種操作平臺(tái)和多種機(jī)器，如PC機(jī)和Macintosh機(jī)；具有多種數(shù)據(jù)壓縮存儲(chǔ)方式。。5.PSD文件Photoshop軟件的專用格式，在Photoshop所支持的各種圖像格式中，PSD的存取速度比其他格式都快，功能也很強(qiáng)大，可以存儲(chǔ)成RGB或CMYK模式，也能自定顏色數(shù)目?jī)?chǔ)存。6.TGA文件結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，最高支持的顏色深度可達(dá)32位，屬于一種圖形、圖像數(shù)據(jù)的通用格式。7.PCX文件用于IBMPC兼容機(jī)上，支持RGB、索引顏色、灰度和位圖顏色模式，支持RLE壓縮方式，占用磁盤空間較少。8.PNG文件特點(diǎn)：第一：存貯形式豐富，采用無(wú)損壓縮方式來(lái)減少文件大小。第二：能把圖像文件壓縮到極限以利于網(wǎng)絡(luò)傳輸。第三：顯示速度非?？?。第四：PNG支持透明圖像的制作。缺點(diǎn)：不支持動(dòng)畫應(yīng)用效果。9.WMF文件屬于矢量文件格式，具有文件小、圖案造型化的特點(diǎn)。10.DXF文件是AutoCAD中矢量文件格式，以ASCII碼方式存儲(chǔ)。11.CDR格式

是繪圖軟件CorelDraw的專用圖形文件格式，可以記錄文件的屬性、位置和分頁(yè)等，兼容度差，只能在CorelDraw應(yīng)用程序中使用。12.EMF格式

是為了彌補(bǔ)WMF的不足而開(kāi)發(fā)的一種格式，屬于矢量文件格式，其目的是使圖元文件更加容易接受。13.EPS文件是用P