第五章 图象信号的基本知识(自学)

矢量图与点位图相比，显示点位图文件比显示矢量图文件要快； 矢量图侧重于“绘制”、去创造，而点位图偏重于“获取”、去“复 制”。
矢量图和点位图之间可以用软件进行转换，由矢量图转换成点位 图采用光栅化(rasterizing)技术，这种转换也相对容易；由点位图转 换成矢量图用跟踪(tracing)技术，这种技术在理论上说是容易，但在 实际中很难实现，对复杂的彩色图像尤其如此。
产生224=16777216种颜色。
在多媒体计算机中，除用RGB来表示图像之外，还使用HSL (Hue Saturation Luminance)颜色模型。
H定义颜色的波长，称为色调； S定义颜色的强度，表示颜色的深浅程度，称为饱和度；
L定义掺入的白光量，称为亮度。
5.1.2 彩色空间及其相互转换
3 像素深度：像素深度是指存储每个像素所用的位数。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，那末一个像素共用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。表示一个 像素的位数越多，它能表达的颜色数目就越多，而它的深度就越深。
3 YIQ彩色空间
美国、日本等国采用NTSC制， 选用YIQ彩色空间，Y为亮度信号，I，
Q仍为色差信号，但它们与U、V是不同
的，其区别是色度矢量图中的位置不 同，如图4-1所示，Q、I为互相正交的
坐标轴，它与U、V正交轴之间有33。
夹角。I、Q与V、U之间的关系可以表 示成
图4-1
YIQ彩色空间的优点： 人眼的彩色视觉特性表明，人眼分辨红、黄之间颜色变化的能 力最强，而分辨蓝与紫之间颜色变化的能力最弱。 在色度矢量图中，人眼对于处在红、黄之间，相角为123o的橙色 及其相反方向相角为303o的青色，具有最大的彩色分辨力，因此 把通过123o-0-303o线的色度信号称为I轴，它表示人眼最敏感的 色轴。与I正交的色度信号轴称为Q轴，它通过33o-0-213o线，表 示人眼最不敏感的色轴。在传送分辨力弱的Q信号时，可用较窄 的频带，而传送分辨力较强的I倍号时，可用较宽的频带。
3）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。它的特点是对 每个基色进行变换。
用这种系统产生的颜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，不问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。试验结果表明，使用直接色在显示器上 显示的彩色图像看起来其实、很自然。 这种系统与伪彩色系统相比，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 找友的索引值进行彩色变换。
4 真彩色、伪彩色与直接色
1）真彩色：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。 例如用RGB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。用RGB 5：5：5来表示，每个彩色分量占5位，生成的真颜色 数目为215。
5.4 图像压缩简介
一．图像压缩的基本概念
图像处理的重要内容之一就是图像的压缩编码。图像数据的压缩
基于两点：
1．原始图像信息存在着很大的冗余度，数据之间存在着相关
性，如相邻像素之间颜色的相关性等。
2．其次是因为在多媒体系统的应用领域中，人眼是图像信息
的接收端。因此，可利用人的视觉对于边缘急剧变化不敏感 （视觉掩盖效应），以及人眼对图像的亮度信息敏感、对颜 色分辨率弱的特点实现高压缩比，而解压缩后的图像信号仍 有着满意的主观质量。
压缩一倍，压缩比为1：2，而人的眼睛却基本感觉不出来。
电视信号的传送就是根据这一原理。
由此发展出数据压缩的两类基本方法：
一种是将相同的或相似的数据或数据特征归类，使
用较少的数据量描述原始数据，达到减少数据量的 目的。这种压缩一般为无损压缩。 第二类方法是利用人眼的视觉特性有针对性地简化 不重要的数据，以减少总的数据量。这种压缩一般 为有损压缩，只要损失的数据不太影响人眼主观接 收的效果，就可采用。
度分量的分辨率而把彩色分量的分辨率降低，这样并不会明显降 低图像的质量。实际中可以把几个相邻像素的颜色值当作相同的 颜色值来处理，也即用“大面积着色原理”，从而减少所需的存 贮容量。
实际应用中的示例：
如采用RGB和YUV颜色空间来记录真彩色图像。 RGB空间的图像深度为R：G：B＝8：8：8，而YUV空间的
图像深度可为Y：U：V＝8：4：4或者是Y：U：V＝8：2：2。
后者具体的做法是对亮度信号Y，每个像素都数字化为8bit
（256级亮度），而U，V色差信号每四个像素用一个8 bit数 据表示，即粒度变大，相当于每个像素只用了2 bit 数据。
这样，将一个像素用24bit表示压缩为用12bit表示，存储空间
1．RGB彩色空间 在多媒体计算机技术中，用得最多的是RGB彩色空间表示，因为计 算机彩色监视器的输入需要RGB三个彩色分量，通过三个分量的不同比 例，在显示屏幕上合成所需要的任意颜色，所以不管多媒体系统中采用 什么形式的彩色空间表示，最后的输出一定要转换成RGB彩色空间表示。 在RGB彩色空间，任意彩色光F，其配色方程可与成:
2）点位图：把一幅彩色图分成许许多多的像素，每个像素用若干个二进 制位来指定该像素的颜色、亮度和属性。 点位图文件占据的存储器空间比较大。影响点位图文件大小的出 素主要有： 图像分辨率：分辨率越高，组成图的像素越多，图像文件越大； 像素深度：像素深度越深，表达单个像素的颜色和亮度的位数越 多，图像文件就越人。
5.3 图像的分类
5.3.1 矢量图与点位图 1 矢量图：矢量图是用一系列计算机指令来表示一幅图，如画点、凶线、画曲线、 画圆、画矩形等等。这种方法实际上是用数学方法来描述一幅图，将图变成 许许多多的数学表达式，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。 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)很容易做到； • 可以把相同的或类似的图当作图的构造块，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。 缺点： 当图变得很复杂时，计算机就耍花费很长的时间去执行绘图指令。 对于一幅复杂的彩色照片，很难用数学方法来描述。
色的强度。一个像素值往往用R、G、B二个分量表示。如果每个像素 的每个颜色分量用二进制的1位来表示，那末每个颜色的分量只有“1”
和“0”这两个值。这也就是说，每种颜色的强度是100％，或者是0％。
在这种情况下，每个像素所显示的颜色是8种可能出现的颜色之一， 如表4-1所示。
表4பைடு நூலகம்1 相加色
在表4-1中，如果每种基色 的强度是用8位表示，此时
机应用中定义颜色的基本方法。
理论上，任何一种颜色都可用三种基本颜色按不同的比例混合得到。 某一种颜色和这三种颜色之间的关系可用下面的式子来描述： 颜色＝R(红色的百分比)十G(绿色的百分比)十B(蓝色的百分比)
一幅彩色图像可以看成由许许多多的点组成的。图像中的单个点
称为像素(pixel)，每个像素都有一个值，称为像素值，它表示特定颜
5.RGB与YUV和YIQ之间的转换 彩色摄像机最初得到的是RGB信号，为了和黑白电视机兼容及压缩 编码需将RGB与YUV和YIQ之间的转换， 亮度信号Y为：
RGB与YUV之间的转换公式如下：
YIQ彩色空间和RGB彩色空间的转换方法如下：
5.2 图像的基本属性
1．显示分辨率：显示分辨率是指显示屏上能够显示出的像素数。 例如，显示分辨率为640x480表示显示屏分成480行，每行显示640 个像素，整个显示屏含有307200个显像点。 2．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。 对同样大小的一幅图，如果组成该图的图像像素数目越多，则说明图 像的分辨率越高，看起来就越逼真。相反得越粗糙。 图像分辨率与显示分辨率是两个不同的概念。图像分辨率是确定组成 一幅图像的像素数目，而显示分辨率是确定显示图像的区域大小。如 果显示屏的分辨率为640x480，那末一幅320x240的图像只占显示屏 的1／4；相反，2400x3000的图像在这个显示屏上就不能显示一个完 整的画面。
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，它没有完全反映原因的彩色。
F=r[R]+g[G]+b[B]
r[R]，g[G]，b[B]为F色光的三色分量。
（4-1）
2．YUV彩色空间
在彩色电视系统中，采用三管彩色摄像机或彩色CCD摄像机，它把 摄得的彩色图像信号，经分色棱镜分成R0G0B0三个分量的信号，分别经 放大和γ校正得到RGB，再经过矩阵变换电路得到亮度信号Y、色差信号 R-Y和B-Y，最后发送端将Y、R-Y及B-Y三个信号进行编码，用同一信 道发送出去。这就是YUV彩色空间。 优点：
在许多场合，真彩色图通常是指RGB 8：8：8，即图像的颜色数 等于224，也常称为全彩色图像。
2）伪彩色： 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、