数字图像图形表示与处理
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多媒体技术基础及应用
§3
第三章
数字图像图形表示与处理
1
多媒体技术基础及应用
§3
本章要点
1. 相关基本概念、数字图像采样与量化 原理；彩色空间及转换.
2. 图像文件及格式转换。
2
多媒体技术基础及应用
§3
3.1 彩色空间表示及其转换
学习内容： 图象的数字化 颜色的基本概念 彩色空间表示 彩色空间转换
色。
23
多媒体技术基础及应用
§3
(3). 彩色电视YUV和YIQ彩色空间
现代彩色电视系统中，通常采用三管彩 色摄像机或彩色电荷耦合器件摄像机，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，分别经放大和校正得到了 RGB信号，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。这就是常用的YUV彩色空间。
25
多媒体技术基础及应用
对不同亮度的感知程度也不同。
因此，可使用数字图像处理技术 降低数据率而不致看起来图像质 量太差
5
多媒体技术基础及应用
§3
视觉系统对颜色和亮度的响应
6
多媒体技术基础及应用
§3
颜色的基本概念
自然界中的任何一种颜色都可 以由R(red红)，G（green绿）， B（blue蓝）这3种颜色值之和 来确定，它们构成一个3维的 RGB矢量空间。
§3
(2). 彩色印刷CMYK彩色空间
CMYK彩色空间又称减色法系统。彩
色印刷采用靛蓝、品红、黄色和黑色四种
油墨印刷各种颜色，通常把这四种颜色简
称CMYK。靛蓝、品红、黄色三种颜色混
合在一起时应呈黑色。
在现实中，把等量的靛蓝、品红、黄
色油墨混合在一起产生不是黑色而是深棕
色。因此又加入一些黑墨以打印真正的黑
对于透射物体则是透过该物体的光谱 综合作用的结果在人眼中的反应。
11
多媒体技术基础及应用
§3
饱和度
饱和度是指颜色的纯度即掺入白光 的程度，或者说是指颜色的深浅程 度，对于同一色调的彩色光，饱和 度越深颜色越鲜明或说越纯。
饱和度还和亮度有关。
12
多媒体技术Βιβλιοθήκη Baidu础及应用
§3
彩色光的三特性的小结
亮度 色调、饱和度合成色度
17
多媒体技术基础及应用
§3
二次色和补色
称黄、品红和青色
为相加二次色
由于：
红色十青色=绿色十品红=蓝色十黄色=白色
通常称青色、品红和黄色分别是红、绿、蓝
三色的补色，由它们组成的色彩系统也称减
法系统。
18
多媒体技术基础及应用
§3
亮度公式
NTSC制式（美欧制式）：
亮度Y=0.299R+0.587G+0.114B
绝大多数颜色也可以分解成红、 绿、蓝三种色光。
15
多媒体技术基础及应用
§3
三基色原理示意图
16
多媒体技术基础及应用
§3
相加混色
把三种基色光按不同比例相加称 之为相加混色。
由红、绿、蓝三基色进行相加混色的情况：
红色十绿色一>黄色 红色十蓝色一>品红 绿色十蓝色一>青色 红色十绿色十蓝色一>白色
在RGB彩色空间，任意彩色光F，其配色方程 可写成：F=r[R]+g[G]+b[B]
其中，r、g、b为三色系数，r[R]、g[G]、 b[B]为F色光的三色分量。任意一种色光，其色度 可由相对色系数中的任意两个唯一的确定。 21
多媒体技术基础及应用
§3
显示器产生颜色的原理
22
多媒体技术基础及应用
PAL制式（亚洲制式）： 亮度Y=0.222R+0.707G+0.071B
19
多媒体技术基础及应用
§3
彩色空间表示
在多媒体计算机中，常常涉及到几种不同的 色彩空间表示颜色。如计算机显示时采用RGB彩 色空间；彩色印刷时采用CMYK彩色空间；彩色 全电视信号数字化时采用YUV彩色空间；为了便 于色彩处理和识别，视觉系统又经常采用HSI彩 色空间、。
这就是说，R，G，B的数值不 同混合得到的颜色就有所不同， 也就是光波的波长不同。
7
多媒体技术基础及应用
§3
产生波长不同的光所需要的三基色值
8
多媒体技术基础及应用
§3
彩色光的三个特性
亮度 色调 饱和度
9
多媒体技术基础及应用
§3
亮度
亮度是光作用于人眼时所引起 的明亮程度的感觉，它与被观 察物体的发光强度有关。
24
多媒体技术基础及应用
§3
YUV彩色空间的优点
1. 亮度信号Y解决了彩色电视机与黑 白电视机的兼容问题；
2. 可以利用人眼的特性来降低数字彩 色图像所需要的存储容量。
YUV色彩空间常用在PAL制式中，在 多媒体计算机中也采用了这种色彩空间，数 字化后通常为Y∶U∶V = 8∶4∶4或者是 Y∶U∶V = 8∶2∶2。
对同一物体照射的光越强，反射 光也越强（越亮）；
对于不同的物体在相同照射情况 下，反射越强，则看起来越亮。
10
多媒体技术基础及应用
§3
色调
色调是人眼对的光的彩色感觉，它反 映颜色的种类，是决定颜色的基本特 性。
某一物体的色调，是指该物体在日光 照射下，反射的各光谱成分作用于人 眼的综合效果
计算机显视器RGB彩色空间
彩色印刷CMYK彩色空间
彩色电视YUV和YIQ彩色空间
视觉系统的HSB彩色空间 20
多媒体技术基础及应用
§3
(1). 计算机显视器RGB彩色空间
RGB 彩色空间又称加色法系统。RGB 彩色 空间采用三种基本颜色，即 RGB(红，绿，蓝)。
彩色显视器的输入需要RGB三个彩色分量，通 过三个分量的不同比例配合，在显示屏幕上合成所 需要的任意颜色，三种颜色均无时显示黑色。
3
多媒体技术基础及应用
§3
颜色的基本概念
颜色是视觉系统对可见光的感知 结果；
可见光是波长在380 nm～780 nm之间的电磁波；
眼睛看到的大多数光不是单一波 长的光，而是许多不同波长的光 的组合；
4
多媒体技术基础及应用
§3
人的视觉系统
眼睛本质上是一个照相机；
红、绿和蓝三种锥体细胞对不同 频率的光的感知程度不同；
亮度表示某彩色光的明 亮程度，而色度则表示
颜色的类别与深浅程度。
13
多媒体技术基础及应用
§3
三基色
三基色原理 三基色的选择并非唯一 互相独立的颜色才能作为三
基色 红绿蓝——应用最广的三基色
14
多媒体技术基础及应用
§3
三基色原理
自然界常见的各种颜色光，都 可由红（R）、绿（G）、蓝 (B)三种颜色光按不同比例相 配而成；（图）
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第三章
数字图像图形表示与处理
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多媒体技术基础及应用
§3
本章要点
1. 相关基本概念、数字图像采样与量化 原理；彩色空间及转换.
2. 图像文件及格式转换。
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多媒体技术基础及应用
§3
3.1 彩色空间表示及其转换
学习内容： 图象的数字化 颜色的基本概念 彩色空间表示 彩色空间转换
色。
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多媒体技术基础及应用
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(3). 彩色电视YUV和YIQ彩色空间
现代彩色电视系统中，通常采用三管彩 色摄像机或彩色电荷耦合器件摄像机，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，分别经放大和校正得到了 RGB信号，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。这就是常用的YUV彩色空间。
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多媒体技术基础及应用
对不同亮度的感知程度也不同。
因此，可使用数字图像处理技术 降低数据率而不致看起来图像质 量太差
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多媒体技术基础及应用
§3
视觉系统对颜色和亮度的响应
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多媒体技术基础及应用
§3
颜色的基本概念
自然界中的任何一种颜色都可 以由R(red红)，G（green绿）， B（blue蓝）这3种颜色值之和 来确定，它们构成一个3维的 RGB矢量空间。
§3
(2). 彩色印刷CMYK彩色空间
CMYK彩色空间又称减色法系统。彩
色印刷采用靛蓝、品红、黄色和黑色四种
油墨印刷各种颜色，通常把这四种颜色简
称CMYK。靛蓝、品红、黄色三种颜色混
合在一起时应呈黑色。
在现实中，把等量的靛蓝、品红、黄
色油墨混合在一起产生不是黑色而是深棕
色。因此又加入一些黑墨以打印真正的黑
对于透射物体则是透过该物体的光谱 综合作用的结果在人眼中的反应。
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多媒体技术基础及应用
§3
饱和度
饱和度是指颜色的纯度即掺入白光 的程度，或者说是指颜色的深浅程 度，对于同一色调的彩色光，饱和 度越深颜色越鲜明或说越纯。
饱和度还和亮度有关。
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多媒体技术Βιβλιοθήκη Baidu础及应用
§3
彩色光的三特性的小结
亮度 色调、饱和度合成色度
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多媒体技术基础及应用
§3
二次色和补色
称黄、品红和青色
为相加二次色
由于：
红色十青色=绿色十品红=蓝色十黄色=白色
通常称青色、品红和黄色分别是红、绿、蓝
三色的补色，由它们组成的色彩系统也称减
法系统。
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多媒体技术基础及应用
§3
亮度公式
NTSC制式（美欧制式）：
亮度Y=0.299R+0.587G+0.114B
绝大多数颜色也可以分解成红、 绿、蓝三种色光。
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多媒体技术基础及应用
§3
三基色原理示意图
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多媒体技术基础及应用
§3
相加混色
把三种基色光按不同比例相加称 之为相加混色。
由红、绿、蓝三基色进行相加混色的情况：
红色十绿色一>黄色 红色十蓝色一>品红 绿色十蓝色一>青色 红色十绿色十蓝色一>白色
在RGB彩色空间，任意彩色光F，其配色方程 可写成：F=r[R]+g[G]+b[B]
其中，r、g、b为三色系数，r[R]、g[G]、 b[B]为F色光的三色分量。任意一种色光，其色度 可由相对色系数中的任意两个唯一的确定。 21
多媒体技术基础及应用
§3
显示器产生颜色的原理
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多媒体技术基础及应用
PAL制式（亚洲制式）： 亮度Y=0.222R+0.707G+0.071B
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多媒体技术基础及应用
§3
彩色空间表示
在多媒体计算机中，常常涉及到几种不同的 色彩空间表示颜色。如计算机显示时采用RGB彩 色空间；彩色印刷时采用CMYK彩色空间；彩色 全电视信号数字化时采用YUV彩色空间；为了便 于色彩处理和识别，视觉系统又经常采用HSI彩 色空间、。
这就是说，R，G，B的数值不 同混合得到的颜色就有所不同， 也就是光波的波长不同。
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多媒体技术基础及应用
§3
产生波长不同的光所需要的三基色值
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多媒体技术基础及应用
§3
彩色光的三个特性
亮度 色调 饱和度
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多媒体技术基础及应用
§3
亮度
亮度是光作用于人眼时所引起 的明亮程度的感觉，它与被观 察物体的发光强度有关。
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多媒体技术基础及应用
§3
YUV彩色空间的优点
1. 亮度信号Y解决了彩色电视机与黑 白电视机的兼容问题；
2. 可以利用人眼的特性来降低数字彩 色图像所需要的存储容量。
YUV色彩空间常用在PAL制式中，在 多媒体计算机中也采用了这种色彩空间，数 字化后通常为Y∶U∶V = 8∶4∶4或者是 Y∶U∶V = 8∶2∶2。
对同一物体照射的光越强，反射 光也越强（越亮）；
对于不同的物体在相同照射情况 下，反射越强，则看起来越亮。
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多媒体技术基础及应用
§3
色调
色调是人眼对的光的彩色感觉，它反 映颜色的种类，是决定颜色的基本特 性。
某一物体的色调，是指该物体在日光 照射下，反射的各光谱成分作用于人 眼的综合效果
计算机显视器RGB彩色空间
彩色印刷CMYK彩色空间
彩色电视YUV和YIQ彩色空间
视觉系统的HSB彩色空间 20
多媒体技术基础及应用
§3
(1). 计算机显视器RGB彩色空间
RGB 彩色空间又称加色法系统。RGB 彩色 空间采用三种基本颜色，即 RGB(红，绿，蓝)。
彩色显视器的输入需要RGB三个彩色分量，通 过三个分量的不同比例配合，在显示屏幕上合成所 需要的任意颜色，三种颜色均无时显示黑色。
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多媒体技术基础及应用
§3
颜色的基本概念
颜色是视觉系统对可见光的感知 结果；
可见光是波长在380 nm～780 nm之间的电磁波；
眼睛看到的大多数光不是单一波 长的光，而是许多不同波长的光 的组合；
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多媒体技术基础及应用
§3
人的视觉系统
眼睛本质上是一个照相机；
红、绿和蓝三种锥体细胞对不同 频率的光的感知程度不同；
亮度表示某彩色光的明 亮程度，而色度则表示
颜色的类别与深浅程度。
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多媒体技术基础及应用
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三基色
三基色原理 三基色的选择并非唯一 互相独立的颜色才能作为三
基色 红绿蓝——应用最广的三基色
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多媒体技术基础及应用
§3
三基色原理
自然界常见的各种颜色光，都 可由红（R）、绿（G）、蓝 (B)三种颜色光按不同比例相 配而成；（图）