图像信号的压缩与编码
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信号压缩与编码
第4章 图像信号的压缩与编码
4.1 彩色图像的显示与表达
4.1.1 描述颜色的几个术语
颜色是什么
➢ 颜色是人的视觉系统对可见光的感知结果，感知到的颜色 由光波的波长决定
视觉系统能感觉的波长范围为380～780 nm，感知到的颜色和波长 之间的对应关系如图4-1所示
纯颜色用光的波长定义，称为光谱色(spectral colors) 用不同波长的光进行组合时可产生相同的颜色感觉
述颜色 对打印或印刷设备，使用青色、品红色、黄色和
黑色的反射和吸收来产生指定的颜色
➢ 通常用三维模型表示
常用代表三个参数的三维坐标来指定，这些参数 描述颜色在颜色空间中的位置，但并没有告诉人 们是什么颜色，其颜色要取决于使用的坐标
2020年8月21日
第4章 图像信号的压缩与编码
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➢ 明度常用垂直轴表 示，见图4-4(a)
➢ 在图4-4(b)中，七 种颜色具有
相同色调和饱和度
不同的明度
底部的明度最小
顶部的明度最大
(a) 垂直轴表示法 (b) 示例
图4-4 明度表示法
2020年8月21日
第4章 图像信号的压缩与编码
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4.1.1 描述颜色的几个术语(续)
亮度(luminance)
➢ 明度和亮度的关系不是线性关系，也不是同义词
严格地说，亮度应该使用像烛光/平方米(cd/m2)这样的单位 来度量，但实际上是用指定的亮度即白光作参考，并把它 标称化为1或者100个单位。例如，监视器用亮度为80 cd/m2的白光作参考，并指定Y=1。
2020年8月21日
第4章 图像信号的压缩与编码
明度的主观感觉值目前无法用物理设备测量
可用亮度(luminance)即辐射的能量来度量 用一个数值范围表示，例如，0～10
2020年8月21日
第4章 图像信号的压缩与编码
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4.1.1 描述颜色的几个术语(续)
一个极端是黑色 (没有光)，另一个 极端是白色，在 这两个极端之间 是灰色
2020年8月21日
第4章 图像信号的压缩与编码
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4.1.1 描述颜色的几个术语(续)
明度(brightness)
➢ 视觉系统对可见物体辐射光或发射光多少的 感知属性
例如。一根点燃的蜡烛在黑暗中看起来要比在白 炽光下亮
有色表面的明度取决于亮度和表面的反射率
感知的明度与反射率不成正比，认为是一种对数关系
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4.1.1 描述颜色的几个术语(续)
图4-2 色调表示法
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第4章 图像信号的压缩与编码
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4.1.1 描述颜色的几个术语(续)
饱和度(saturation)
➢ 颜色的纯洁性
可用来区别颜色明暗的程度 当一种颜色掺入其他光成分越多
时，就说该颜色越不饱和 完全饱和的颜色是指没有渗入白
➢ 国际照明委员会定义的物理量
➢ 辐射功率
用反映视觉特性的光谱敏感函数加权之后得到的辐射功率 (radiant power)，并在555 nm处达到了峰值，它的幅度与 物理功率成正比
➢ 可认为“亮度就像光的强度(intensity) ”
在CIE XYZ系统中，亮度用Y表示，其含义是单位面积上 反射或发射的光的强度
深蓝的感觉。黑、灰、白为无色彩
➢ 色调在颜色圆上用圆周表示
圆周上的颜色具有相同的饱和度和明度，但它们的色调不 同，见图4-2
➢ 色调数目多于1000万种
普通人可区分200种、50种饱和度和500级灰度 颜色专业人士可辨认的色调数大约300～400种
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第4章 图像信号的压缩与编码
➢ 区分颜色的三个特性
色调(hue) 饱和度(saturation) 明度(brightness)
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第4章 图像信号的压缩与编码
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4.1.1 描述颜色的几个术语(续)
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图4-1 光谱色
第4章 图像信号的压缩与编码
Biblioteka Baidu
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4.1.1 描述颜色的几个术语(续)
(Y / Yn ) 0.008856
其中， Y是CIE XYZ系统中定义的辐射亮度， Yn是参考白色光的辐射亮度
➢ 光亮度也常作为颜色空间的一个维
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第4章 图像信号的压缩与编码
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4.1.1 描述颜色的几个术语(续)
颜色空间
➢ 表示颜色的一种数学方法
对人，可以通过色调、饱和度和明度来定义颜色 对显示设备，用红、绿和蓝磷光体的发光量来描
光所呈现的颜色 单一波长的光谱色是完全饱和的
颜色
➢ 半径表示法
见图4-3(a)，沿径向方向上的颜色 具有相同的色调和明度，但它们 的饱和度不同
图4-3(b)所示的七种颜色具有相同 的色调和明度，但具有不同的饱 和度，左边的饱和度最浅，右边 的饱和度最深
(a) 半径表示法
(b) 示例 图4-3 饱和度表示法
4.1.1 描述颜色的几个术语(续)
色调(hue)
➢ 视觉系统对一个区域呈现的颜色的感觉，即对可见 物体辐射或发射的光波波长的感觉
色调是最容易把颜色区分开的属性 色调用红(red )、橙(orange)、黄(yellow)、绿(green)、青
(cyan)、蓝(blue)、靛(indigo)、紫(violet) 等术语来刻画 用于描述感知色调的术语是色彩(colorfulness)，如浅蓝或
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4.1.1 描述颜色的几个术语(续)
光亮度(lightness)
➢ 根据国际照明委员会的定义，光亮度是人的 视觉系统对亮度(luminance)的感知响应值， 并用L*表示为
L* 116 3 Y / Yn 16， (Y / Yn ) 0.008856
L* 903.3 (Y / Y ),
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第4章 图像信号的压缩与编码
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4.1.1 描述颜色的几个术语(续)
明度、亮度和光亮度
➢ 中英文术语的差别
在许多中文书籍和英汉词典工具书中
brightness ——亮度 lightness ——亮度 luminance ——亮度
在本课程中，
brightness——明度 luminance——亮度 lightness——光亮度
第4章 图像信号的压缩与编码
4.1 彩色图像的显示与表达
4.1.1 描述颜色的几个术语
颜色是什么
➢ 颜色是人的视觉系统对可见光的感知结果，感知到的颜色 由光波的波长决定
视觉系统能感觉的波长范围为380～780 nm，感知到的颜色和波长 之间的对应关系如图4-1所示
纯颜色用光的波长定义，称为光谱色(spectral colors) 用不同波长的光进行组合时可产生相同的颜色感觉
述颜色 对打印或印刷设备，使用青色、品红色、黄色和
黑色的反射和吸收来产生指定的颜色
➢ 通常用三维模型表示
常用代表三个参数的三维坐标来指定，这些参数 描述颜色在颜色空间中的位置，但并没有告诉人 们是什么颜色，其颜色要取决于使用的坐标
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第4章 图像信号的压缩与编码
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➢ 明度常用垂直轴表 示，见图4-4(a)
➢ 在图4-4(b)中，七 种颜色具有
相同色调和饱和度
不同的明度
底部的明度最小
顶部的明度最大
(a) 垂直轴表示法 (b) 示例
图4-4 明度表示法
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亮度(luminance)
➢ 明度和亮度的关系不是线性关系，也不是同义词
严格地说，亮度应该使用像烛光/平方米(cd/m2)这样的单位 来度量，但实际上是用指定的亮度即白光作参考，并把它 标称化为1或者100个单位。例如，监视器用亮度为80 cd/m2的白光作参考，并指定Y=1。
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第4章 图像信号的压缩与编码
明度的主观感觉值目前无法用物理设备测量
可用亮度(luminance)即辐射的能量来度量 用一个数值范围表示，例如，0～10
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4.1.1 描述颜色的几个术语(续)
一个极端是黑色 (没有光)，另一个 极端是白色，在 这两个极端之间 是灰色
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4.1.1 描述颜色的几个术语(续)
明度(brightness)
➢ 视觉系统对可见物体辐射光或发射光多少的 感知属性
例如。一根点燃的蜡烛在黑暗中看起来要比在白 炽光下亮
有色表面的明度取决于亮度和表面的反射率
感知的明度与反射率不成正比，认为是一种对数关系
4 of 193
4.1.1 描述颜色的几个术语(续)
图4-2 色调表示法
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第4章 图像信号的压缩与编码
5 of 193
4.1.1 描述颜色的几个术语(续)
饱和度(saturation)
➢ 颜色的纯洁性
可用来区别颜色明暗的程度 当一种颜色掺入其他光成分越多
时，就说该颜色越不饱和 完全饱和的颜色是指没有渗入白
➢ 国际照明委员会定义的物理量
➢ 辐射功率
用反映视觉特性的光谱敏感函数加权之后得到的辐射功率 (radiant power)，并在555 nm处达到了峰值，它的幅度与 物理功率成正比
➢ 可认为“亮度就像光的强度(intensity) ”
在CIE XYZ系统中，亮度用Y表示，其含义是单位面积上 反射或发射的光的强度
深蓝的感觉。黑、灰、白为无色彩
➢ 色调在颜色圆上用圆周表示
圆周上的颜色具有相同的饱和度和明度，但它们的色调不 同，见图4-2
➢ 色调数目多于1000万种
普通人可区分200种、50种饱和度和500级灰度 颜色专业人士可辨认的色调数大约300～400种
2020年8月21日
第4章 图像信号的压缩与编码
➢ 区分颜色的三个特性
色调(hue) 饱和度(saturation) 明度(brightness)
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4.1.1 描述颜色的几个术语(续)
2020年8月21日
图4-1 光谱色
第4章 图像信号的压缩与编码
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4.1.1 描述颜色的几个术语(续)
(Y / Yn ) 0.008856
其中， Y是CIE XYZ系统中定义的辐射亮度， Yn是参考白色光的辐射亮度
➢ 光亮度也常作为颜色空间的一个维
2020年8月21日
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4.1.1 描述颜色的几个术语(续)
颜色空间
➢ 表示颜色的一种数学方法
对人，可以通过色调、饱和度和明度来定义颜色 对显示设备，用红、绿和蓝磷光体的发光量来描
光所呈现的颜色 单一波长的光谱色是完全饱和的
颜色
➢ 半径表示法
见图4-3(a)，沿径向方向上的颜色 具有相同的色调和明度，但它们 的饱和度不同
图4-3(b)所示的七种颜色具有相同 的色调和明度，但具有不同的饱 和度，左边的饱和度最浅，右边 的饱和度最深
(a) 半径表示法
(b) 示例 图4-3 饱和度表示法
4.1.1 描述颜色的几个术语(续)
色调(hue)
➢ 视觉系统对一个区域呈现的颜色的感觉，即对可见 物体辐射或发射的光波波长的感觉
色调是最容易把颜色区分开的属性 色调用红(red )、橙(orange)、黄(yellow)、绿(green)、青
(cyan)、蓝(blue)、靛(indigo)、紫(violet) 等术语来刻画 用于描述感知色调的术语是色彩(colorfulness)，如浅蓝或
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4.1.1 描述颜色的几个术语(续)
光亮度(lightness)
➢ 根据国际照明委员会的定义，光亮度是人的 视觉系统对亮度(luminance)的感知响应值， 并用L*表示为
L* 116 3 Y / Yn 16， (Y / Yn ) 0.008856
L* 903.3 (Y / Y ),
2020年8月21日
第4章 图像信号的压缩与编码
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明度、亮度和光亮度
➢ 中英文术语的差别
在许多中文书籍和英汉词典工具书中
brightness ——亮度 lightness ——亮度 luminance ——亮度
在本课程中，
brightness——明度 luminance——亮度 lightness——光亮度