彩色数字图像、视频基础
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《数字图像与视频处理》第1章 图像与视频处理基础PPT
4. YIQ颜色空间模型
YIQ颜色空间是由YUV推导而来，是NTSC 制彩色电视系统 所采用的一种颜色空间模型；
把两个或者两个以上的单色光混合所得，但又 不能作为谱色出现在光谱上的色光称为非谱色光。
单色光一定是谱色光，非谱色光一定是复合 光，而复合光也可能是谱色光。
1.2.1 光的颜色与彩色三要素
●直射光、反射光与透射光 直射光
反射光
发光物体呈现的颜色是由物体本身发出不同波长的 光所造成；不发光物体呈现的颜色是光照射物体时 被物体反射出的光所具有的。
1.2.2 三基色原理及应用
根据人眼的视觉特性，在电视机中重现图像时并 不要求完全重现原景物反射或透射光的光谱成分， 而应获得与原景物相同的彩色感觉。
因此仿效人眼三种锥状细胞，可以选择三种基色， 将它们按不同比例进行组合，可得到自然界中绝 大多数的彩色。这三种基色必须是相互独立的， 即任一种基色都不能由其他两种基色混合得到。
1.2.1 光的颜色与彩色三要素
低亮度
高亮度红、橙、黄、绿、 青、蓝、紫等不同颜 色。发光物体的色调 由光的波长决定，不 同波长的光呈现不同 的色调；不发光物体 的色调由照明光源和 该物体的吸收、反射 或透射特性共同决定。
1.2.1 光的颜色与彩色三要素
取值范围为00黑色10白色hsv和rgb之间没有转换矩阵但可对它们之间的转换算法进行描述hsv颜色空间模型123几种典型的颜色空间模型及转换关系hsv颜色空间123几种典型的颜色空间模型及转换关系hslhsbhuehsl与hsvhsl颜色饱和度最高时的光亮度l定义为05而hsv则为10hslhsbhsi颜色空间模型123几种典型的颜色空间模型及转换关系123几种典型的颜色空间模型及转换关系rgbhsi值其对应hsi模型中的h时对应的是无色彩的中心点这时h就没有意义此时定义h之间则hsi转换为rgb的公式为分成3120之间60coscosrgbhsi当h在120240之间180cos120cosrgbhsi当h在240360之间300cos120cosrgbhsi11光的特性与光源12彩色三要素与三基色原理13人眼的视觉特性14图像信号的数字化15彩色模拟电视制式16视频信号的数字化17matlab在数字图像与视频处理中的应用18小结13人眼的视觉特性人眼的视觉系统对颜色的感知可归纳出如下几个特性每个神经元或者是一个对亮度和颜色敏感的锥体细胞或者是一个只对亮度敏感而对颜色不敏感的杆体细胞
YIQ颜色空间是由YUV推导而来，是NTSC 制彩色电视系统 所采用的一种颜色空间模型；
把两个或者两个以上的单色光混合所得，但又 不能作为谱色出现在光谱上的色光称为非谱色光。
单色光一定是谱色光，非谱色光一定是复合 光，而复合光也可能是谱色光。
1.2.1 光的颜色与彩色三要素
●直射光、反射光与透射光 直射光
反射光
发光物体呈现的颜色是由物体本身发出不同波长的 光所造成；不发光物体呈现的颜色是光照射物体时 被物体反射出的光所具有的。
1.2.2 三基色原理及应用
根据人眼的视觉特性，在电视机中重现图像时并 不要求完全重现原景物反射或透射光的光谱成分， 而应获得与原景物相同的彩色感觉。
因此仿效人眼三种锥状细胞，可以选择三种基色， 将它们按不同比例进行组合，可得到自然界中绝 大多数的彩色。这三种基色必须是相互独立的， 即任一种基色都不能由其他两种基色混合得到。
1.2.1 光的颜色与彩色三要素
低亮度
高亮度红、橙、黄、绿、 青、蓝、紫等不同颜 色。发光物体的色调 由光的波长决定，不 同波长的光呈现不同 的色调；不发光物体 的色调由照明光源和 该物体的吸收、反射 或透射特性共同决定。
1.2.1 光的颜色与彩色三要素
取值范围为00黑色10白色hsv和rgb之间没有转换矩阵但可对它们之间的转换算法进行描述hsv颜色空间模型123几种典型的颜色空间模型及转换关系hsv颜色空间123几种典型的颜色空间模型及转换关系hslhsbhuehsl与hsvhsl颜色饱和度最高时的光亮度l定义为05而hsv则为10hslhsbhsi颜色空间模型123几种典型的颜色空间模型及转换关系123几种典型的颜色空间模型及转换关系rgbhsi值其对应hsi模型中的h时对应的是无色彩的中心点这时h就没有意义此时定义h之间则hsi转换为rgb的公式为分成3120之间60coscosrgbhsi当h在120240之间180cos120cosrgbhsi当h在240360之间300cos120cosrgbhsi11光的特性与光源12彩色三要素与三基色原理13人眼的视觉特性14图像信号的数字化15彩色模拟电视制式16视频信号的数字化17matlab在数字图像与视频处理中的应用18小结13人眼的视觉特性人眼的视觉系统对颜色的感知可归纳出如下几个特性每个神经元或者是一个对亮度和颜色敏感的锥体细胞或者是一个只对亮度敏感而对颜色不敏感的杆体细胞
《数字图像处理》教学大纲
《数字图像处理》教学大纲
一、课程简介
数字图像处理是机器视觉、模式识别、医学图像处理等的基础，本课程为工程专业的学生提供数字图像处理的基本知识，是理论性和实践性都很强的综合性课程。
课程内容广泛涵盖了数字图像处理的基本原理，包括图像采样和量化、图像算术运算和逻辑运算、直方图、图像色彩空间、图像分割、图像形态学、图像频域处理、图像分割、图像降噪与图像复原、特征提取与识别等。
二、课程目标
通过本课程学习，学生可以掌握数字图像处理的基本方法，具备一定的解决图像处理应用问题的能力，培养解决复杂工程问题的能力。
具体目标如下：
1.掌握数字图像处理的基本原理、计算方法，能够利用专业知识并通过查阅资
料掌握理解相关新技术，对检测系统及处理流程进行创新性设计；
2.能够知晓工程领域中涉及到的数字图像处理技术，理解其适用场合、检测对
象及条件的限制，能根据给定的目标要求，针对工业检测中的工程问题选择和使用合适的技术和编程，进行仿真和分析；
3.能够知晓工程领域中所涉及的现代工具适用原理及方法，根据原理分析和仿
真结果，进行方案比选，确定设计方案，具有检测算法的设计能力；
4.通过校内外资源和现代信息技术，了解数字图像处理发展趋势，提高解决复
杂工程问题的能力。
三、课程目标对毕业要求的支撑关系
四、理论教学内容及要求
四、实验教学内容及要求
五、课程考核与成绩评定
六、教材及参考书。
1.图像处理与视频处理基础知识
End!
• R. Duda, P. Hart, D. Stork, 李宏东译，模式分类 （第二版），机械工业出版社，2003. • Sergios Theodoridis著，李晶皎，朱志良译，模 式识别（第二版），电子工业出版社，2006 • David A Forsyth.Jean Ponce.林学闫.王宏 计算 机视觉-一种现代方法 ，电子工业出版社，2004 • Wesley E.Snyder， 林学闫译，机器视觉教程 ， 机械工业出版社 ，2005 • 孙君顶，图像低层特征提取与检索技术，电子工 业出版社，2009
（9） 计算机视觉
计算机视觉是研究如何使计算机 “看” 的科学，即用计算机实现人的视觉功能。 研究目标是使计算机具有通过二维图像感 知三维环境信息的能力。因此，不仅需要能 感知三维环境中物体的几何信息（形状、位 置、姿态、运动等），而且能对他们进行描 述、存储、识别和理解。 与人类视觉不同：它借助于几何、物理和 学习技术来构造模型，从而用统计的方法来 处理数据。
图像处理与视频处理基础
龚声蓉 shrgong@
概要
1.相关概念 2.数字图像处理与应用 3.图像分析与理解 4.计算机视觉与机器视觉 5.数字视频处理
• 第一部分：相关概念
1.基本概念
（1） 图像：对客观对象的一种相似的、生动的描 述或写真。或者说图像是客观对象的一种表示。 图像分类：
几种常见生物特征识别技术
主要参考资料
• 龚声蓉，数字图像处理与分析，清华大学出版社，2006 • Yao Wang,Ya-Qin Zhang，视频处理与通信，电子工业出 版社，2003 • 黎洪松，数字视频处理，北京邮电大学出版社，2006 • 高隽，图像理解理论与方法，科学出版社，2009 • R.C.冈萨雷斯，阮秋琦译，数字图像处理（第二版），电 子工业出版社，2009 • 王永明，图像局部不变性特征与描述，国防工业出版社， 2010
Lecture4_视频基础
彩色幅载波（MHz）
色度带宽（MHz） 声音载波（MHz）
3.58
1.3(I)，0.6(Q) 4.5
4.43
1.3(U)，1.3(V) 6.5
4.25
>1.0(U)，>1.0(V) 6.5
YUV、YIQ与YCrCb颜色空间
视频信号的类型
分量视频
高质量视频系统分别使用三路信号来表示红、绿、蓝三种图 像分量。这种视频被称为分量视频。 分量视频使用三根信号线连接视频设备（ BNC或RCA连接器） 传送信号。 计算机系统一般使用分量视频，包含RGB的分量信号；电视系 统的分量视频使用的是亮度-色差信号。 对于分色系统，由于分量视频的三个信道之间没有任何色度、 亮度干扰，所以颜色再现能力最好。但需要更高的带宽和良 好的同步机制。
视频信号的类型
S-Video
作为折中方案，S-Video使用的是两条信号线传送视频信号， 一条传送亮度信号，一条传送混合的色度信号。这样的方案 使得颜色信息与关键的亮度信息之间的干扰变小。 S-Video的视频信号连接设备使用称为S端子的四芯连接器。 S-Video的视频其颜色再现质量介于分量视频和复合视频之间。
分量数字化：先从复合彩色电视图像中分离出彩色 分量，然后数字化。
数字化标准
ITU-RBT.601 (1980s) 该标准规定了 • 彩色电视图像转换成数字图像时使用的采样 频率， • RGB和YCbCr(或者写成YCBCR)两个彩色 空间之间的转换关系等。
场频ff：每秒钟扫描多少场；
帧频fF：每秒扫描多少帧
PAL
PAL制电视的扫描特性
• 625行(扫描线)/帧，25帧/秒(40 ms/帧) • 高宽比(aspect ratio)：4:3 • 隔行扫描，2场/帧，312.5行/场 • 颜色模型：YUV
视频基础知识培训课件(PPT 43张)
4
YUV、YIQ与YCbCr颜色空间
• YUV模型用于PAL制式的电视系统，Y表示亮 度，UV并非任何单词的缩写。 Y = 0.299R + 0.587G + 0.114B U = 0.493 (B – Y) V = 0.877 (R – Y) • YUV空间相当于对RGB空间做了一个解相关的 线性变化。U和V的比值决定色调，而 (U2+V2)1/2代表颜色的饱和度。
6
YUV、YIQ与YCrCb颜色空间
7
电视扫描
逐行扫描 (non-interlaced scanning)
隔行扫描 (interlaced scanning)
8
彩色电视制式
• NTSC制式(National Television Systems Committee)：是1952年美国国家电视标准 委员会定义的彩色电视广播标准 • PAL制式(Phase-Alternative Line):德国于 1962年制定。解决于NTSC在相位敏感造 成的彩色失真的缺点。 • SECAM制式:法国制定的顺序传输彩色与 存储彩色电视广播标准
复合C信号波形－PAL
15
C to S－Video
Y-ground---------------+ +----+------ RCA/composite ground C-ground---------------+ | | | | 75欧 Y-------------------------+ | | +-----+---- RCA/composite video C------------||-----------+ 470pF
29
视频/图像处理硬件的发展历史
YUV、YIQ与YCbCr颜色空间
• YUV模型用于PAL制式的电视系统，Y表示亮 度，UV并非任何单词的缩写。 Y = 0.299R + 0.587G + 0.114B U = 0.493 (B – Y) V = 0.877 (R – Y) • YUV空间相当于对RGB空间做了一个解相关的 线性变化。U和V的比值决定色调，而 (U2+V2)1/2代表颜色的饱和度。
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YUV、YIQ与YCrCb颜色空间
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电视扫描
逐行扫描 (non-interlaced scanning)
隔行扫描 (interlaced scanning)
8
彩色电视制式
• NTSC制式(National Television Systems Committee)：是1952年美国国家电视标准 委员会定义的彩色电视广播标准 • PAL制式(Phase-Alternative Line):德国于 1962年制定。解决于NTSC在相位敏感造 成的彩色失真的缺点。 • SECAM制式:法国制定的顺序传输彩色与 存储彩色电视广播标准
复合C信号波形－PAL
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C to S－Video
Y-ground---------------+ +----+------ RCA/composite ground C-ground---------------+ | | | | 75欧 Y-------------------------+ | | +-----+---- RCA/composite video C------------||-----------+ 470pF
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视频/图像处理硬件的发展历史
彩色数字图像基础
彩色空间RGB-YCrCb
数字域中的彩色空间变换与模拟域的彩色 空间变换不同。它们的分量使用Y、Cr和 Cb来表示，与RGB空间的转换关系如下：
Y ＝ 0.299R＋0.578G＋0.114B Cr＝(0.500R－0.4187G－0.0813B)＋128 Cb=(－ 0.1687R－0.3313G＋0.500B)＋128
图像的RGB颜色模型
图像的CMYK颜色模型
CMYK模型以打印在纸张上油墨的光线吸 收特性为基础，白光照射到半透明油墨 上时，部分光谱被吸收，部分被反射回 眼睛。 理论上，青色(C)、洋红(M)和黄色(Y)色 素能合成吸收所有颜色并产生黑色。由 于这个原因，这些颜色叫作减色。
图像的CMYK颜色模型
研究路线
图像数据压缩主要根据下面两个基本事实来实现的： 图像数据中有许多重复的数据，使用数学方法来 表示这些重复数据就可以减少数据量； 人的眼睛对图像细节和颜色的辨认有一个极限， 把超过极限的部分去掉，这也就达到压缩数据的 目的。 利用前一个事实的压缩技术就是无损压缩技术， 利用后一个事实的压缩技术就是有损压缩技术。 实际的图像压缩是综合使用各种有损和无损压缩 技术来实现的。
像素深度是指存储每个像素所用的位 数，它也是用来度量图像的分辨率 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 224=16777216种颜色中的一种 。
图像的三个基本属性—像素深度
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1位或几位作为属性(Attribute) 位。例如，RGB 5:5:5表示一个像素时， 用2个字节共16位表示，其中R，G，B各 占5位，剩下一位作为属性位。在这种情 况下，像素深度为16位，而图像深度为 15位
数字图像处理数字图像与视频处理技术.
•教学目标
通过本章的学习，要求掌握多媒体技术中有关 图像、视频数字化的基本概念、方法、技术与应用 等知识。
*
教学内容
1 基本概念 2 数字图像数据的获取与表示 3 图像的基本属性 4 图像处理软件Photoshop 应用举
例
5 视频的基本知识
9/ 12/ 2019
3
教学内容
6 视频的数字化 7 数字视频标准 8 视频信息的压缩编码 9 Windows 中的视频播放软件 10 数字视频的应用9/Fra bibliotek12/ 2019
11
3.2 数字图像数据的获取与表示
3.2.2 数字图像的表示
9/ 12/ 2019
图3.2 彩 色 图 像 的 表 示
红色 分量
绿色 分量
蓝色 分量
12
3.3 图像的基本属性
3.3.1 分辨率
分辨率有两种：显示分辨率和图像分辨率。 1. 显示分辨率 它是指显示屏上能够显示出的像素数目。例如，显 示分辨率为840×480表示显示屏分成480行，每行显 示840个像素，整个显示屏就含有307200个显像点。 屏幕能够显示的像素越多，说明显示设备的分辨率 越高，显示的图像质量也就越高。
9/ 12/ 2019
20
3.4 图像处理软件Photoshop 应用举例
3.4.1 图像处理软件Photoshop简介
2、 PhotoShop运行在Windows图形操作环境中，可支 持TIF、TGA、PCX、GIF、BMP、PSD、JPEG等各种
流行的图像文件格式。 3、 PhotoShop能方便地与如文字处理，图形应用，桌 面印刷等软件或程序交换图像数据。 4、PhotoShop支持的图像类型除常见的黑白、灰度、 索引16色、索引256色和RGB真彩色图像外，还支持 CMYK、HSB以及HSV模式的彩色图像。
通过本章的学习，要求掌握多媒体技术中有关 图像、视频数字化的基本概念、方法、技术与应用 等知识。
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教学内容
1 基本概念 2 数字图像数据的获取与表示 3 图像的基本属性 4 图像处理软件Photoshop 应用举
例
5 视频的基本知识
9/ 12/ 2019
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教学内容
6 视频的数字化 7 数字视频标准 8 视频信息的压缩编码 9 Windows 中的视频播放软件 10 数字视频的应用9/Fra bibliotek12/ 2019
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3.2 数字图像数据的获取与表示
3.2.2 数字图像的表示
9/ 12/ 2019
图3.2 彩 色 图 像 的 表 示
红色 分量
绿色 分量
蓝色 分量
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3.3 图像的基本属性
3.3.1 分辨率
分辨率有两种：显示分辨率和图像分辨率。 1. 显示分辨率 它是指显示屏上能够显示出的像素数目。例如，显 示分辨率为840×480表示显示屏分成480行，每行显 示840个像素，整个显示屏就含有307200个显像点。 屏幕能够显示的像素越多，说明显示设备的分辨率 越高，显示的图像质量也就越高。
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3.4 图像处理软件Photoshop 应用举例
3.4.1 图像处理软件Photoshop简介
2、 PhotoShop运行在Windows图形操作环境中，可支 持TIF、TGA、PCX、GIF、BMP、PSD、JPEG等各种
流行的图像文件格式。 3、 PhotoShop能方便地与如文字处理，图形应用，桌 面印刷等软件或程序交换图像数据。 4、PhotoShop支持的图像类型除常见的黑白、灰度、 索引16色、索引256色和RGB真彩色图像外，还支持 CMYK、HSB以及HSV模式的彩色图像。
第五章-数字视频基础
电视扫描
扫描方式有隔行扫描和非隔行扫描 （逐行扫描）之分。 黑白电视和彩色电视都有隔行扫描，而计算机显示图 像时一般都采用逐行扫描。
在隔行扫描方式中，扫描的行数必须为奇数。 隔行扫描要求第一场结束于最后一行的中间，不管电子束 如何折回，它必须回到显示屏顶部的中央，这样就可以保 证相邻的第二场扫描恰好嵌在第一场各扫描线的中间。正 是这个原因，才要求总的行数必须是奇数
简称 subQCIF QCIF Quarter-VGA CIF VGA SVGA
全写
Video-Graphics-Array Super-Video-Graphics-Array
尺寸比例 4:3 11:9 4:3 11:9 4:3 4:3
XGA XGA-W QVGA SXGA SXGA+ UGA HDTV UXGA QXGA QSXGA QUXGA
数字化标准
有效显示分辨率
对PAL制和SECAM制的亮度信号，每一条扫 描行采样864个样本；对NTSC制的亮度信号， 每一条扫描行采样858个样本。对所有的制式， 每一扫描行的有效样本数均为720个。每一扫 描行的采样结构
数字化标准
有效显示分辨率
数字化标准
彩色电视数字化参数
采样格式 信号形式 采样频率
5.1彩色电视制式
NTSC彩色电视制式是1952年美国国家 电视标准委员会定义的彩色电视广播标准， 称为正交平衡调幅制。美国、加拿大等大 部分西半球国家，以及日本、韩国、菲律 宾等国和中国的台湾采用这种制式。
5.1彩色电视制式
德国在1962年制定了PAL彩色电视广播标 准，称为逐行倒相正交平衡调幅制。德国、 英国等一些西欧国家，以及中国、朝鲜等国 家采用这种制式。
复合电视信号 分量电视信号 S-video信号
《彩色数字图像基础》PPT课件
国际照明委员会（Commission International del ‘ Eclairage CIE）使用人对颜色的感觉对描 述颜色做了定义。
06.01.2021
14
颜色的三个特性
以人类对颜色的感觉为基础，颜色的3种基本 特性是：色调/色相、饱和度、亮度。
色相是从物体反射或透过物体传播的颜色。在 0 到360 度的标准色轮上， 按位置度量色相。在通常的 使用中，色相由颜色名称标 识，如红色、橙色或绿色。
Photoshop 的RGB模式使用RGB模型，为彩色 图像中每个像素的RGB分量指定一个介于0 （黑色）到255（白色）之间的强度值。
例如，亮红色可能R值为246，G值为20，而B 值为50。
当这3个分量的值相等时，结果是中性灰色。 当所有分量的值均为255 时，结果是纯白色； 当该值为0 时，结果是纯黑色。
06.01.2021
15
图 色环
06.01.2021
16
亮度（Y）：光的强和弱。是颜色的相对明暗 程度，通常用从0% （黑色）至100% （白 色）的百分比来度量。
06.01.2021
17
饱和度（S）：是指颜色的强度或纯度。饱和 度表示色相中灰色分量所占的比例，它使用 从0% （灰色）至100% （完全饱和）的百分 比来度量。在标准色轮上，饱和度从中心到 边缘递增。
06.01.2021
22
亮度公式
当白光的亮度用Y来表示时，它和红、蓝、绿 三色的关系可用如下的方程来描述：
Y=0.299R+0.587G+0.114B
这就是常用的亮度公式，它是根据美国国家电 视制式委员会的NTSC制式推导得到的。
06.01.2021
23
06.01.2021
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颜色的三个特性
以人类对颜色的感觉为基础，颜色的3种基本 特性是：色调/色相、饱和度、亮度。
色相是从物体反射或透过物体传播的颜色。在 0 到360 度的标准色轮上， 按位置度量色相。在通常的 使用中，色相由颜色名称标 识，如红色、橙色或绿色。
Photoshop 的RGB模式使用RGB模型，为彩色 图像中每个像素的RGB分量指定一个介于0 （黑色）到255（白色）之间的强度值。
例如，亮红色可能R值为246，G值为20，而B 值为50。
当这3个分量的值相等时，结果是中性灰色。 当所有分量的值均为255 时，结果是纯白色； 当该值为0 时，结果是纯黑色。
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图 色环
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亮度（Y）：光的强和弱。是颜色的相对明暗 程度，通常用从0% （黑色）至100% （白 色）的百分比来度量。
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饱和度（S）：是指颜色的强度或纯度。饱和 度表示色相中灰色分量所占的比例，它使用 从0% （灰色）至100% （完全饱和）的百分 比来度量。在标准色轮上，饱和度从中心到 边缘递增。
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亮度公式
当白光的亮度用Y来表示时，它和红、蓝、绿 三色的关系可用如下的方程来描述：
Y=0.299R+0.587G+0.114B
这就是常用的亮度公式，它是根据美国国家电 视制式委员会的NTSC制式推导得到的。
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数字视频基础知识
第三章数字视频基础知识3.1 视频的基础知识在人类接受的信息中，有70%来自视觉，其中视频是最直观、最具体、信息量最丰富的。
我们在日常生活中看到的电视、电影、VCD、DVD以及用摄像机、手机等拍摄的活动图像等都属于视频的范畴。
摄影机是指用胶片拍摄电影的机器，摄像机是用磁带、光盘、硬盘等作为界质记录活动影像的机器，广泛用于电视节目制作、家庭及其他各个方面。
摄影机使用胶片和机械装置记录活动影像，所采用的是光学和化学记录方式，摄象机是采用电子记录方式。
1 视频的定义⏹视频(Video)就其本质而言，是内容随时间变化的一组动态图像(25或30帧/秒)，所以视频又叫作运动图像或活动图像。
⏹一帧就是一幅静态画面，快速连续地显示帧，便能形运动的图像，每秒钟显示帧数越多，即帧频越高，所显示的动作就会越流畅。
『视觉暂留现象』⏹人眼在观察景物时，光信号传人大脑神经，需经过一段短暂的时间，光的作用结束后，视觉形象并不立即消失，这种残留的视觉称“后像”，视觉的这一现象则被称为“视觉暂留现象”。
☐具体应用是电影的拍摄和放映。
☐根据实验人们发现要想看到连续不闪烁的画面，帧与帧之间的时间间隔最少要达到是二十四分之一秒。
⏹视频信号具有以下特点：☐内容随时间而变化☐有与画面动作同步的声音(伴音)⏹图像与视频是两个既有联系又有区别的概念：静止的图片称为图像(Image)，运动的图像称为视频(Video)。
⏹图像与视频两者的信源方式不同，图像的输入靠扫描仪、数字照相机等设备；视频的输入是电视接收机、摄象机、录象机、影碟机以及可以输出连续图像信号的设备。
2.视频的分类⏹按照处理方式的不同，视频分为模拟视频和数字视频。
⏹模拟视频（Analog Video）☐模拟视频是用于传输图像和声音的随时间连续变化的电信号。
早期视频的记录、存储和传输都采用模拟方式，如在电视上所见到的视频图像是以一种模拟电信号的形式来记录的，并依靠模拟调幅的手段在空间传播，再用盒式磁带录像机将其作为模拟信号存放在磁带上。
第一章+数字视频基础
第五章 三维视频处理
第六章 数字视频水印
3
数字视频基础
4
提纲
人类视觉系统 彩色模型 视频 多维随机信号分析 数字化 质量评价 视频模型
5
视觉感知
人类的感觉
视觉、听觉、嗅觉、味觉和触觉 “第六感觉” 人眼——人类视觉系统
内部因素：
外部因素：
可见光
6
人类视觉系统
人类获取外界图像、视频信息的工具。 涉及光学、色度学、视觉生理学、视觉心理学、 解剖学、神经科学和认知科学等科学领域。 视觉
第二章 二维运动估计
第三章 三维运动估计
2
课程内容
第四章 数字视频编码
理论基础，离散信源的无失真编码，预测编码，变换 编码，基于内容的视频编码，分级视频编码，视频编 码标准。 立体视觉，立体成像原理，视差估计，三维变换编码， 分布式视频编码，立体视频显示技术。
信息隐藏概述，数字水印原理，视频水印概述，视频 水印关键技术，视频水印算法。
39
数字视频的特点
便于存储和通信 便于处理和加密 无噪声积累 差错可控制 可进行压缩编码 便于设备小型化 信噪比高 稳定可靠 交互能力强
40
数字视频采集
数字摄像机 模拟视频信号数字化
抽样 抽样 抽样 抽样 量化 量化 量化 量化 编码 编码 编码
Y 低通滤波 全电视 亮 信号 色 C b 低通滤波 分 离 Cr 低通滤波 R G B Y 低通滤波
R 1.0000 G 1.0000 B 1.0000
数字图像基础
彩色空间的线性变换标准
为了使用人的视角特性以降低数据量，通常把RGB空间表 示的彩色图像变换到其他彩色空间。
彩色空间变换有三种：YIQ, YUV和YCrCb
•YIQ适用于NTSC彩色电视制式 •YUV适用于PAL和SECAM彩色电视制式 •而YCrCb适用于计算机用的显示器
彩色空间的线性变换标准
– 扫描仪 – CCD（电荷耦合器件）阵列
视觉系统对颜色的感知
视觉系统对颜色和亮度Байду номын сангаас响应特性
图像的RGB颜色模型
绝大部分可见光谱可用 红、绿和蓝 (RGB) 三色光 按不同比例和强度的混合来 表示。在颜色重叠的位置， 产生青色、洋红和黄色。 因为 RGB 颜色合成产 生白色，它们也叫作加色。 将所有颜色加在一起产生白 色──就是说，所有光被反 射回眼睛。加色用于光照、 视频和显示器。例如，显示 器通过红、绿和蓝荧光粉发 射光线产生彩色。
伪彩色(pseudo color)
• 伪彩色图像的含义是，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(color look-up table，CLUT)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，用查找出的R，G，B强度值 产生的彩色称为伪彩色。 • 彩色查找表CLUT是一个事先做好的表，表项入口地址也称 为索引号。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。彩色图像本身的像素数值 和彩色查找表的索引号有一个变换关系，这个关系可以使 用Windows 95/98定义的变换关系，也可以使用你自己定 义的变换关系。使用查找得到的数值显示的彩色是真的， 但不是图像本身真正的颜色，它没有完全反映原图的彩色。 如图5-08(b)所示。
5第5章 彩色数字图像基础.
– 相同之处是都采用查找表; – 不同之处: » 直接色对R，G，B分量分别进行变换; » 伪彩色把整个像素当作查找表的索引值进行彩色变换 ;
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第5章 彩色数字图像基础
5.4 图像的种类
• 5.4.1 矢量图与点位图
– 矢量图(vector based image)法：
• 用一系列计算机指令来表示一幅图; • 实际上是数学方法来描述一幅图，然后变成许多的 数学表达式，再编程，用语言来表达。 • 在计算显示图时，也往往能看到画图的过程。绘制 和显示这种图的软件通常称为绘图程序(draw programs) •
– 假如显示屏上已经有一幅图存在，当这幅图或者这幅图的一部 分要重叠在上面时，T位就用来控制原图是否能看得见。
– 4. α通道(alpha channel)位
• 在用32位表示一个像素时，若R，G，B分别用8位表示， 剩下的8位常称为α通道(alpha channel)位，或称为复盖 (overlay)位、中断位、属性位。 • 视图混合(video keying)技术，它也采用α通道
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第5章 彩色数字图像基础
• 矢量图优点:
– 当需要管理每一小块图像时，矢量图法非常有效； – 目标图像的移动、缩小放大、旋转、拷贝、属性的改变 (如线条变宽变细、颜色的改变)也很容易做到； – 相同的或类似的图可以把它们当作图的构造块，并把它们 存到图库中，这样不仅可以加速画的生成，而且可以减小 矢量图文件的大小；
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第5章 彩色数字图像基础
图5-02 产生波长不同的光所需要的三基色值[1]
图5-02表示
使用基色波长 为700 nm(红 色)、546.1 nm(绿色)和 435.8 nm(蓝色) 时，在可见光 范围里，相加 混色产生某一 波长的光波所 需要的三种基 色的数值。
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第5章 彩色数字图像基础
5.4 图像的种类
• 5.4.1 矢量图与点位图
– 矢量图(vector based image)法：
• 用一系列计算机指令来表示一幅图; • 实际上是数学方法来描述一幅图，然后变成许多的 数学表达式，再编程，用语言来表达。 • 在计算显示图时，也往往能看到画图的过程。绘制 和显示这种图的软件通常称为绘图程序(draw programs) •
– 假如显示屏上已经有一幅图存在，当这幅图或者这幅图的一部 分要重叠在上面时，T位就用来控制原图是否能看得见。
– 4. α通道(alpha channel)位
• 在用32位表示一个像素时，若R，G，B分别用8位表示， 剩下的8位常称为α通道(alpha channel)位，或称为复盖 (overlay)位、中断位、属性位。 • 视图混合(video keying)技术，它也采用α通道
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第5章 彩色数字图像基础
• 矢量图优点:
– 当需要管理每一小块图像时，矢量图法非常有效； – 目标图像的移动、缩小放大、旋转、拷贝、属性的改变 (如线条变宽变细、颜色的改变)也很容易做到； – 相同的或类似的图可以把它们当作图的构造块，并把它们 存到图库中，这样不仅可以加速画的生成，而且可以减小 矢量图文件的大小；
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第5章 彩色数字图像基础
图5-02 产生波长不同的光所需要的三基色值[1]
图5-02表示
使用基色波长 为700 nm(红 色)、546.1 nm(绿色)和 435.8 nm(蓝色) 时，在可见光 范围里，相加 混色产生某一 波长的光波所 需要的三种基 色的数值。
数字图像基础
真彩色、伪彩色与直接色的差別： 直接色与真彩色系统相比，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。因而这两种系统产生的颜色就有 差别。 直接色与伪彩色系统相比，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。
14
HDDM Latch can’t return
2.點距 计算机用的CRT和家用电视机用的CRT之间的主要差别? (1).显像管玻璃面上的孔眼掩模和所涂的荧光物不同. (2).点距不同. (3).顯示最大分辨率的能力不同
孔眼之间的距离称为点距(dot pitch)。因此常用点距来衡量一个显示屏 的分辨率。电视机用的CRT的平均分辨率为0.76 mm，而标准SVGA显示器 的分辨率为0.28 mm。孔眼越小，分辨率就越高，这就需要更小更精细的荧 光点。这也就是为什么同样尺寸的计算机显示器比电视机的价格贵得多的原 因。 早期用的计算机显示器的分辨率是0.41 mm，随着技术的进步，分辨率 由0.41→0.38→0.35→0.31→0.28 一直到0.26 mm以下。显示器的价格主要集中体现在分辨率上，因此在购买 显示器时应在价格和性能上综合考虑。
3
HDDM Latch can’t return
图像分辨率: 图像分辨率是指组成一幅图像的像素密度的度量方法。在用扫描仪 扫描彩色图像时，通常要指定图像的分辨率，用每英寸多少点(dots per inch，DPI)表示。 如果用300 DPI来扫描一幅8″×10″的彩色图像，就得到一幅 2400×3000个像素的图像。分辨率越高，像 素就越多。
在下述情況下顯示效果會怎么樣？
第3章-彩色数字图像基础
感色 感光
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4.1 视觉系统对颜色的感知
▪人的视觉系统对颜色的感知： 第3章-彩色数字图像基础 ➢ 视网膜上的神经元来感知外部世界，人眼是一 个照相机； ➢ 红、绿、蓝三种锥体细胞对不同频率的光的感 知不同。 ➢ 自然界的任何一种颜色可由RGB这三种颜色的 和组成。
9
4.2 图像的颜色模型
▪RGB相加混色模型 第3章-彩色数字图像基础
▪组合RGB三种光波以产生特定颜色称为相加 混色。
▪它们的比例不同，人眼看到的颜色就不同。
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RGB相加混色模型
▪三种基本颜色按不同强度相加，总的光强 度增强，并可第3得章-彩到色数字一图像种基础颜色。
➢ 颜色=R（百分比）+B （百分比） +G （百分 比）
➢ 百分比是指相对强度。
▪彩色图像可以看成由多个点组成。
成的。
5
4.1 视觉系统对颜色的感知
▪ 电磁波以每秒3×108m/s的速度传播 第3章-彩色数字图像基础
图 电磁波谱
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4.1 视觉系统对颜色的感知
▪不同的色光实际对应于不同波长的光
波。
第3章-彩色数字图像基础
图 可见光谱
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4.1 视觉系统对颜色的感知
▪人眼视网膜的物理特性 第3章-彩色数字图像基础 ➢ 锥状细胞 ➢ 杆状细胞
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4.3 图像的三个基本属性
像素深度 1
颜色总数 第3章-彩色数字图像基础 2
图像名称 单色图像
4
16
索
16
65536
HI—Color 图像
24
True Color 图像
▪它也是Windows调色板的保留色。 ▪参见表5-2
彩色数字图像基础教学课件
彩色数字图像的应用领域
01
02
03
04
计算机视觉
用于人脸识别、物体检测和自 动驾驶等。
医学影像
用于诊断和治疗，如X光、 MRI和超声波等。
广告和设计
用于海报、广告牌和网页设计 等。
卫星遥感
用于地理信息系统、气象预报 和环境监测等。
CHAPTER 02
彩色数字图像的采集
采集设备
数码相机
数码相机是常用的彩色数字图像采集 设备，根据不同需求可以选择不同类 型的数码相机，如单反相机、微单相 机、便携式数码相机等。
彩色数字图像的处理
图像增强
对比度增强
通过调整像素的亮度范围，使 图像的细节更加清晰可见。
锐化
突出图像中的边缘和细节，使 图像看起来更加清晰。
色彩平衡
调整图像中的颜色分布，使其 看起来更加自然或符合特定要求。
噪声消除
去除图像中的噪声，使图像看 起来更加平滑。
图像变换
缩放
改变图像的大小，以适应不同的显示需求。
彩色数字图像的特点
可编辑、可复制、可传输、可存储、可打印等。
彩色数字图像的格式
JPEG、PNG、BMP、GIF等。
彩色数字图像的分类
01
02
03
二值图像
只有黑色和白色两种颜色 的图像，常用于文字识别 和条形码等。
灰度图像
只有亮度信息，没有颜色 信息的图像，常用于医学 影像和卫星遥感等。
彩色图像
具有红、绿、蓝三个通道 的颜色信息的图像，常用 于日常照片和广告等。
彩色数字图像基础教学 课件
• 彩色数字图像概述 • 彩色数字图像的采集 • 彩色数字图像的处理 • 彩色数字图像的输出 • 彩色数字图像的存储与传输
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• 伪彩色：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(调色板)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，用查找出的 R，G，B强度值产生的彩色称为伪彩色。
伽马()校正
• 设备 • 图像系统中一般包含输入设备（扫描仪、摄像机、数码相机）、存储设备（ 胶片、磁盘）和输出设备三大模块
图像的基本属性
• 真彩色、伪彩色与直接色
• 真彩色：是指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，这样产生的彩色称为真彩色。
• 直接色：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 。
• RGB模型和CMYK模型主要是 面向设备的，而HSL模型更 容易被人理解和控制。
RGB颜色模型
• 理论上绝大部分可见光谱都可用红、绿、蓝 (RGB) 三色光按不同比例和强度的混合来表示 颜色C＝R(红色的百分比)＋G(绿色的百分比)＋ B(蓝色的百分比)
• RGB模型称为相加混色模型，用于光照、视频和显示 器。例如，显示器通过红、绿和蓝荧光粉发射光线产 生彩色
3.Z字形编码(zigzag scan)
量化后的系数要重新编排，目的是为了增加连续的“0”系数的个数 ，就是“0”的游程长度，方法是按照Z字形的式样编排
JPEG压缩编码
4．使用差分脉冲编码调制(differential pulse code modu lation，DPCM)对直流系数(DC)进行编码
视觉系统对颜色的感知
• 从人的主观感觉角度，颜色包含三个要素 • 色调（hue） • 色调反映颜色的类别，如红色、绿色、蓝色等 • 色调大致对应光谱分布中的主波长
视觉系统对颜色的感知
• 饱和度（Saturation）
• 饱和度是指彩色光所呈现颜色的深浅或纯洁程度 • 对于同一色调的彩色光，其饱和度越高，颜色就越深，或越纯；
JPEG压缩编码
（3）在计算两维的DCT变换时，可使用下面的计算式把 两维的DCT变换变成一维的DCT变换：
JPEG压缩编码
• 量化 ：对经过FDCT变换后的频率系数进行量化
• 目的是减小非“0”系数的幅度以及增加“0”值系数的数目。量化 是图像质量下降的最主要原因
• 对于有损压缩算法，JPEG算法使用如下左图所示的均匀量化器进行 量化
图像的分类
矢量图
点位图
图像的分类
• 灰度图与彩色图
标准单色图
标准灰度图
• 灰度图与彩色图
图像的分类
256色标准图像
24位标准图像
图像的基本属性
• 分辨率 • 显示分辨率 • 指显示屏上能够显示出的象素数目 • 同样大小显示屏能够显示的象素越多，说明显示设备的分辨率越高，显 示的图像质量也就越高 • 640×480，1024 × 768 • 图像分辨率 • 指组成一副图像的像素的密度，一般用单位长度上包含像素的个数来衡 量 • 常用单位为DPI（dots per inch），即每英寸多少点
而饱和度越小，颜色就越浅，或纯度越低 • 高饱和度的彩色光可因掺入白光而降低纯度或变浅，变成低饱和
度的色光 • 100%饱和度的色光就代表完全没有混入白光的纯色光
视觉系统对颜色的感知
• 明亮度（luminance）
• 明亮度是光作用于人眼时引起的明亮程度的感觉 • 一般来说，彩色光能量大则显得亮，反之则暗 • 试验表明
• JPEG压缩编码算法的主要计算步骤如下： 1.DCT
对每个单独的彩色图像分量，把整个分量图像分成8×8的图像块， 并作为两维离散余弦变换DCT的输入。通过DCT变换，把能量集中 在少数几个系数上。
2.量化(quantization)
量化是对经过FDCT变换后的频率系数进行量化。量化的目的是减小 非“0”系数的幅度以及增加“0”值系数的数目。量化是图像质 量下降的最主要原因。
• 设备的输入输出特性曲线 • 光电转换的设备的输入输出特性曲线一般是非线性的 • 表现为幂函数的形式： y＝xn 输出＝(输入)γ （按照惯例，“ 输入”和“输出”都缩放到0～1之间） • 整个图像系统的传递函数是一个幂函数 • ＝ 1×2×…×n
伽马()校正
• 再现原始场景
• 若图像再现环境为明亮环境，则必须使整个系统的γ＝1 • 如果为暗淡环境，则整个系统的γ1.25 • 如果为黑暗环境，则使系统的γ1.5
图像的基本属性
• 像素深度 • 存储每个像素所用的位数 • 决定彩色图像每个像素可能有的颜色数，或灰度图像每个像素可能有的灰度 级数
• 调色板 • 假如一个彩色图像只包含24位真彩色空间中的16个离散的点（16色图），则 可以建立一个颜色查找表，表中的每一行记录一组RGB值，实际像素的值用 来指定该点颜色在查找表中的索引值，这样就可以大大缩小存储量 • 这个颜色查找表就叫做调色板
• 伽马()校正
• 实际图像系统的值并非符合我们要求的值，且是不能随意改 变的
• 加入一个中间环节来校正整个系统的值，即补偿系统的非特 性曲线，使之接近于应用环境所要求的值
伽马()校正
Photoshop 中提供的Gamma校正功能
JPEG压缩编码
• JPEG专家组开发的压缩算法
• 采用以离散余弦变换(Discrete Cosine Transform，DCT)为基础 的有损压缩算法
图像的分类
• 矢量图与点位图
• 点位图 • 是将一副图像在空间上离散化，即将图像分成许许多多的像素，每个象素 用若干个二进制位来指定该像素的颜色或灰度值 • 点位图的优点 • 显示速度快 • 真实世界的图像可以通过扫描仪、数码相机、摄像机等设备方便的转 化为点位图 • 点位图的缺点 • 存储和传输时数据量比较大 • 缩放、旋转时算法复杂且容易失真
• 在压缩比为25:1的情况下，压缩后还原得到的图像与原始图像相比较 ，非图像专家难于找出它们之间的区别
• 采用以预测技术为基础的无损压缩算法。 • JPEG2000：保证图像质量前提下进一步提高压缩比，小波变换。
• JPEG有损压缩方法
• 利用了人的视角系统的特性，使用量化和无损压缩编码相结合来 去掉视角的冗余信息和数据本身的冗余信息。
• 量化步距按照系数所在的位置和每种颜色分量的色调值来确定 • 人眼对亮度信号比对色差信号更敏感，因此使用了两种量化表：亮度量
化值（如下的左表）和色差量化值（如下的右表） • 人眼对低频分量的图像比对高频分量的图像更敏感，左上角的量化步距
要比右下角的量化步距小 • 表中的数值对CCIR 601标准电视图像已经是最佳的 • 可以替换成自己的量化表
彩色数字图像基础 彩色数字电视基础
主要内容
• 视觉系统对颜色的感知 • 图像的颜色模型 • 图像的三个基本属性 • 图像的种类 • 伽马()校正 • JPEG压缩编码 • 常用图像文件格式
主要内容
• 视觉的时间域响应特性 • YUV、YIQ与YCrCb颜色空间 • 彩色电视制式 • 彩色电视信号的类型 • 电视图像数字化 • 图像子采样 • 数字电视简介
CMYK颜色模型
• 在理论上，绝大多数颜色都可以用三种基本颜料（青色cyan、品红magenta、和黄 色yellow）按一定比例混合得到
• 理论上，青色、品红和黄色三种基本色素等量混合能得到黑色 • 实际上，打印油墨包含一些杂质，这三种油墨混合实际上产生一种土灰色， 必须与黑色 (K) 油墨混合才能产生真正的黑色，所以再加入黑色作为基本色 形成CMYK颜色模型
• HSL颜色模型
• 对于人来说，可以通过色调、饱和度和亮度来定义颜色
• RGB颜色模型
• 对于显示设备来说，可以用红、绿、蓝磷光体的发光量来描 述颜色
• CMYK颜色模型
• 对于打印设备来说，可以使用青色、品红、黄色和黑色颜料 的用量来指定颜色
HSL颜色模型
• 在HSL模型中，H定义色调； S定义颜色的深浅程度或饱 和度；L定义亮度。
JPEG压缩编码
JPEG压缩编码-解压缩算法框图
JPEG压缩编码
• JPEG有损压缩方法大致分成三个步骤 1. 使用DCT把空间域表示的图变换成频率域表示的图。 2. 使用加权函数对DCT系数进行量化，这个加权函数对于人的视觉系统是最佳的。 3. 使用霍夫曼可变字长编码器对量化系数进行编码。
JPEG压缩编码
8 * 8图像块经过DCT变换之后得到的DC直流系数有两个特点：一是系数的数 值比较大，二是相邻8 ´ 8图像块的DC系数值变化不大。根据这个特点 ，JPEG算法使用了差分脉冲调制编码(DPCM)技术，对相邻图像块之间量 化DC系数的差值(Delta)进行编码。
5．使用行程长度编码(run-length encoding，RLE)对交流 系数(AC)进行编码
视觉系统对颜色的感知
视觉系统对颜色和亮度的响应特性曲线（各个波长的光的强度相等 ）
视觉系统对颜色的感知
• 颜色响应曲线表明 • 人眼对蓝光的灵敏度远远低于对红光和绿光的灵敏度
• 亮度响应曲线表明 • 人眼对波长为550nm左右的黄绿色最为敏感
视觉系统对颜色的感知
• 光谱与颜色 • 许多具有不同光谱分布的光产生的视觉效果（颜色）是一样的，对应是多对 一的
• 人的眼睛能分辨128种不同的色调 • 10－30种不同的饱和度 • 而对亮度非常敏感 • 人眼大约可以分辨35万种颜色
颜色模型
• 颜色模型（color model）
• 用来精确标定和生成各种颜色的一套规则和定义。某种颜色 模型所标定的所有颜色就构成了一个颜色空间
• 颜色空间通常用三维模型表示
• 空间中的颜色通常使用代表三个参数的三维坐标来指定
量化AC系数的特点是1 * 64矢量中包含有许多“0”系数，并且许多“0”是 连续的，因此使用非常简单和直观的游程长度编码(RLE)对它们进行编 码。
伽马()校正
• 设备 • 图像系统中一般包含输入设备（扫描仪、摄像机、数码相机）、存储设备（ 胶片、磁盘）和输出设备三大模块
图像的基本属性
• 真彩色、伪彩色与直接色
• 真彩色：是指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，这样产生的彩色称为真彩色。
• 直接色：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 。
• RGB模型和CMYK模型主要是 面向设备的，而HSL模型更 容易被人理解和控制。
RGB颜色模型
• 理论上绝大部分可见光谱都可用红、绿、蓝 (RGB) 三色光按不同比例和强度的混合来表示 颜色C＝R(红色的百分比)＋G(绿色的百分比)＋ B(蓝色的百分比)
• RGB模型称为相加混色模型，用于光照、视频和显示 器。例如，显示器通过红、绿和蓝荧光粉发射光线产 生彩色
3.Z字形编码(zigzag scan)
量化后的系数要重新编排，目的是为了增加连续的“0”系数的个数 ，就是“0”的游程长度，方法是按照Z字形的式样编排
JPEG压缩编码
4．使用差分脉冲编码调制(differential pulse code modu lation，DPCM)对直流系数(DC)进行编码
视觉系统对颜色的感知
• 从人的主观感觉角度，颜色包含三个要素 • 色调（hue） • 色调反映颜色的类别，如红色、绿色、蓝色等 • 色调大致对应光谱分布中的主波长
视觉系统对颜色的感知
• 饱和度（Saturation）
• 饱和度是指彩色光所呈现颜色的深浅或纯洁程度 • 对于同一色调的彩色光，其饱和度越高，颜色就越深，或越纯；
JPEG压缩编码
（3）在计算两维的DCT变换时，可使用下面的计算式把 两维的DCT变换变成一维的DCT变换：
JPEG压缩编码
• 量化 ：对经过FDCT变换后的频率系数进行量化
• 目的是减小非“0”系数的幅度以及增加“0”值系数的数目。量化 是图像质量下降的最主要原因
• 对于有损压缩算法，JPEG算法使用如下左图所示的均匀量化器进行 量化
图像的分类
矢量图
点位图
图像的分类
• 灰度图与彩色图
标准单色图
标准灰度图
• 灰度图与彩色图
图像的分类
256色标准图像
24位标准图像
图像的基本属性
• 分辨率 • 显示分辨率 • 指显示屏上能够显示出的象素数目 • 同样大小显示屏能够显示的象素越多，说明显示设备的分辨率越高，显 示的图像质量也就越高 • 640×480，1024 × 768 • 图像分辨率 • 指组成一副图像的像素的密度，一般用单位长度上包含像素的个数来衡 量 • 常用单位为DPI（dots per inch），即每英寸多少点
而饱和度越小，颜色就越浅，或纯度越低 • 高饱和度的彩色光可因掺入白光而降低纯度或变浅，变成低饱和
度的色光 • 100%饱和度的色光就代表完全没有混入白光的纯色光
视觉系统对颜色的感知
• 明亮度（luminance）
• 明亮度是光作用于人眼时引起的明亮程度的感觉 • 一般来说，彩色光能量大则显得亮，反之则暗 • 试验表明
• JPEG压缩编码算法的主要计算步骤如下： 1.DCT
对每个单独的彩色图像分量，把整个分量图像分成8×8的图像块， 并作为两维离散余弦变换DCT的输入。通过DCT变换，把能量集中 在少数几个系数上。
2.量化(quantization)
量化是对经过FDCT变换后的频率系数进行量化。量化的目的是减小 非“0”系数的幅度以及增加“0”值系数的数目。量化是图像质 量下降的最主要原因。
• 设备的输入输出特性曲线 • 光电转换的设备的输入输出特性曲线一般是非线性的 • 表现为幂函数的形式： y＝xn 输出＝(输入)γ （按照惯例，“ 输入”和“输出”都缩放到0～1之间） • 整个图像系统的传递函数是一个幂函数 • ＝ 1×2×…×n
伽马()校正
• 再现原始场景
• 若图像再现环境为明亮环境，则必须使整个系统的γ＝1 • 如果为暗淡环境，则整个系统的γ1.25 • 如果为黑暗环境，则使系统的γ1.5
图像的基本属性
• 像素深度 • 存储每个像素所用的位数 • 决定彩色图像每个像素可能有的颜色数，或灰度图像每个像素可能有的灰度 级数
• 调色板 • 假如一个彩色图像只包含24位真彩色空间中的16个离散的点（16色图），则 可以建立一个颜色查找表，表中的每一行记录一组RGB值，实际像素的值用 来指定该点颜色在查找表中的索引值，这样就可以大大缩小存储量 • 这个颜色查找表就叫做调色板
• 伽马()校正
• 实际图像系统的值并非符合我们要求的值，且是不能随意改 变的
• 加入一个中间环节来校正整个系统的值，即补偿系统的非特 性曲线，使之接近于应用环境所要求的值
伽马()校正
Photoshop 中提供的Gamma校正功能
JPEG压缩编码
• JPEG专家组开发的压缩算法
• 采用以离散余弦变换(Discrete Cosine Transform，DCT)为基础 的有损压缩算法
图像的分类
• 矢量图与点位图
• 点位图 • 是将一副图像在空间上离散化，即将图像分成许许多多的像素，每个象素 用若干个二进制位来指定该像素的颜色或灰度值 • 点位图的优点 • 显示速度快 • 真实世界的图像可以通过扫描仪、数码相机、摄像机等设备方便的转 化为点位图 • 点位图的缺点 • 存储和传输时数据量比较大 • 缩放、旋转时算法复杂且容易失真
• 在压缩比为25:1的情况下，压缩后还原得到的图像与原始图像相比较 ，非图像专家难于找出它们之间的区别
• 采用以预测技术为基础的无损压缩算法。 • JPEG2000：保证图像质量前提下进一步提高压缩比，小波变换。
• JPEG有损压缩方法
• 利用了人的视角系统的特性，使用量化和无损压缩编码相结合来 去掉视角的冗余信息和数据本身的冗余信息。
• 量化步距按照系数所在的位置和每种颜色分量的色调值来确定 • 人眼对亮度信号比对色差信号更敏感，因此使用了两种量化表：亮度量
化值（如下的左表）和色差量化值（如下的右表） • 人眼对低频分量的图像比对高频分量的图像更敏感，左上角的量化步距
要比右下角的量化步距小 • 表中的数值对CCIR 601标准电视图像已经是最佳的 • 可以替换成自己的量化表
彩色数字图像基础 彩色数字电视基础
主要内容
• 视觉系统对颜色的感知 • 图像的颜色模型 • 图像的三个基本属性 • 图像的种类 • 伽马()校正 • JPEG压缩编码 • 常用图像文件格式
主要内容
• 视觉的时间域响应特性 • YUV、YIQ与YCrCb颜色空间 • 彩色电视制式 • 彩色电视信号的类型 • 电视图像数字化 • 图像子采样 • 数字电视简介
CMYK颜色模型
• 在理论上，绝大多数颜色都可以用三种基本颜料（青色cyan、品红magenta、和黄 色yellow）按一定比例混合得到
• 理论上，青色、品红和黄色三种基本色素等量混合能得到黑色 • 实际上，打印油墨包含一些杂质，这三种油墨混合实际上产生一种土灰色， 必须与黑色 (K) 油墨混合才能产生真正的黑色，所以再加入黑色作为基本色 形成CMYK颜色模型
• HSL颜色模型
• 对于人来说，可以通过色调、饱和度和亮度来定义颜色
• RGB颜色模型
• 对于显示设备来说，可以用红、绿、蓝磷光体的发光量来描 述颜色
• CMYK颜色模型
• 对于打印设备来说，可以使用青色、品红、黄色和黑色颜料 的用量来指定颜色
HSL颜色模型
• 在HSL模型中，H定义色调； S定义颜色的深浅程度或饱 和度；L定义亮度。
JPEG压缩编码
JPEG压缩编码-解压缩算法框图
JPEG压缩编码
• JPEG有损压缩方法大致分成三个步骤 1. 使用DCT把空间域表示的图变换成频率域表示的图。 2. 使用加权函数对DCT系数进行量化，这个加权函数对于人的视觉系统是最佳的。 3. 使用霍夫曼可变字长编码器对量化系数进行编码。
JPEG压缩编码
8 * 8图像块经过DCT变换之后得到的DC直流系数有两个特点：一是系数的数 值比较大，二是相邻8 ´ 8图像块的DC系数值变化不大。根据这个特点 ，JPEG算法使用了差分脉冲调制编码(DPCM)技术，对相邻图像块之间量 化DC系数的差值(Delta)进行编码。
5．使用行程长度编码(run-length encoding，RLE)对交流 系数(AC)进行编码
视觉系统对颜色的感知
视觉系统对颜色和亮度的响应特性曲线（各个波长的光的强度相等 ）
视觉系统对颜色的感知
• 颜色响应曲线表明 • 人眼对蓝光的灵敏度远远低于对红光和绿光的灵敏度
• 亮度响应曲线表明 • 人眼对波长为550nm左右的黄绿色最为敏感
视觉系统对颜色的感知
• 光谱与颜色 • 许多具有不同光谱分布的光产生的视觉效果（颜色）是一样的，对应是多对 一的
• 人的眼睛能分辨128种不同的色调 • 10－30种不同的饱和度 • 而对亮度非常敏感 • 人眼大约可以分辨35万种颜色
颜色模型
• 颜色模型（color model）
• 用来精确标定和生成各种颜色的一套规则和定义。某种颜色 模型所标定的所有颜色就构成了一个颜色空间
• 颜色空间通常用三维模型表示
• 空间中的颜色通常使用代表三个参数的三维坐标来指定
量化AC系数的特点是1 * 64矢量中包含有许多“0”系数，并且许多“0”是 连续的，因此使用非常简单和直观的游程长度编码(RLE)对它们进行编 码。