彩色数字图像基础
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5
例子
▪ How many different colors can you see in
a 640 480 pixel image?
Of course at most 640x480
your window desktop?
Depends on resolution and size (e.g. 1024x768)
▪ 图像的颜色需用三维空间来表示，如RGB颜 色空间，而颜色的空间表示法又不是惟一的， 所以每个像素点的像素深度的分配还与图像所 用的颜色空间有关。
▪ 以最常用的RGB颜色空间为例，图像深度与 颜色的映射关系主要有真彩色、伪彩色和直接 色。
3
真彩色
True Color 真彩色：指在组成一幅彩色图像的每个像
14
直接色
▪ Direct Color ▪ 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。
1，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。产生的颜色有差 别。
内容大纲
▪ 图像的颜色模型 ▪ 图像的基本属性 ▪ 图像的分类 ▪ 伽玛校正 ▪ JPEG ▪ 图像文件
1
回顾
▪ 图像的基本属性
分辨率 (DPI) 像素深度 ( bits per pixel) 真/伪彩色 表示法…
2
像素深度与颜色
▪ 像素深度是指位图中记录每个像素点所占的位 数，它决定了彩色图像中可出现的最多颜色数， 或者灰度图像中的最大灰度等级数。
▪ 使用查找得到的数值显示的彩色本身是真的， 但由于CLUT可能没有完全包含原图的所有可 能彩色，故不一定反映图像原来真正的颜色
▪ 在VGA显示系统中，调色板就相当于颜色查 找表
9
16色标准VGA调色板
绿色 伪彩色值=10 真彩色值=0 255 0
10
真彩色和伪彩色图像之间的差别
11
调色板的选取
▪ A 24-bit system allows us to describe 224 = 16,777,216 different colors.
▪ In many cases, such a high color resolution is not needed.
6
如何节省空间
▪ 分析图像中所有可能的颜色 ▪ 假设为n种，通常 n<< 224 ▪ 为每个色分配一个代码
试验结果表明，使用直接色在VGA显 示器上显示的彩色图像看起来真实、 很自然，虽然只有256色。
16
直接色与伪彩色的比较
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。
17
图像的分类
▪ 矢量图与点位图
生成的图形图像的方法
▪ 每个代码对应有RGB值 ▪ 每个颜色的bit数为 log2n
▪ 例如：图像最多有1000种色，那么用于 表示一种颜色的bit数为 log21000 =10
7
伪彩色
▪ Pseudo color
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(color look-up table)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。
▪ 伪彩色一般用于65K色以下的显示方式 中。标准的调色板是在256K色谱中按色 调均匀地选取16种或256种颜色。
▪ 一般应用中，有的图像往往偏向于某一 种或几种色调，此时如果采用标准调色 板，则颜色失真较多。
▪ 因此，同一幅图像，采用不同的调色板 显示可能会出现不同的颜色效果
12
例子 (调色板色彩数为16x16)
▪ 灰度图与彩色图
颜色
18
矢量图
▪ vector based image
▪ 用一系列计算机指令来表示一幅图，如 画点、画线、画曲线、画圆、画矩形等。
▪ 这种方法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)。
▪ 彩色查找表CLUT
也称为：colormap（颜色图）, palette（调色板） 是一个事先做好的表，表项入口地址也称为索引号，根据该
索引号可查找出包含实际R、G、B的强度值。 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。
8
CLUT
▪ 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。
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。
▪ 【例1】用RGB 5∶5∶5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。
4
真彩色
▪ 【例2】如果用RGB 8:8:8方式表示一幅彩色图 像，就是R，G，B都用8位来表示，每个基色 分量占一个字节，可生成的颜色数就是224＝ 16 777 216种。
▪ 用3个字节表示的真彩色图像所需要的存储空 间很大，而人的眼睛是很难分辨出这么多种颜 色的
▪ 因此在许多场合往往用RGB 5:5:5来表示，每 个彩色分量占5个位，再加1位显示属性控制位， 共2个字节，生成的真颜色数目为215 = 32K。
▪ 全彩色(full color)图像：特指RGB 8:8:8，即图 像的颜色数为224。
真彩色显示，无需调色板
调色板与图像 原有颜色匹配， 故颜色偏差很 小
调色板与原图 不匹配，图像 出现色偏
13
CLUT
▪ Using the CLUT approach,
We waste space for storing the CLUT. We save space by using fewer bits for each pixel. Usually the latter factor outweighs the first.
例子
▪ How many different colors can you see in
a 640 480 pixel image?
Of course at most 640x480
your window desktop?
Depends on resolution and size (e.g. 1024x768)
▪ 图像的颜色需用三维空间来表示，如RGB颜 色空间，而颜色的空间表示法又不是惟一的， 所以每个像素点的像素深度的分配还与图像所 用的颜色空间有关。
▪ 以最常用的RGB颜色空间为例，图像深度与 颜色的映射关系主要有真彩色、伪彩色和直接 色。
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真彩色
True Color 真彩色：指在组成一幅彩色图像的每个像
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直接色
▪ Direct Color ▪ 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。
1，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。产生的颜色有差 别。
内容大纲
▪ 图像的颜色模型 ▪ 图像的基本属性 ▪ 图像的分类 ▪ 伽玛校正 ▪ JPEG ▪ 图像文件
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回顾
▪ 图像的基本属性
分辨率 (DPI) 像素深度 ( bits per pixel) 真/伪彩色 表示法…
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像素深度与颜色
▪ 像素深度是指位图中记录每个像素点所占的位 数，它决定了彩色图像中可出现的最多颜色数， 或者灰度图像中的最大灰度等级数。
▪ 使用查找得到的数值显示的彩色本身是真的， 但由于CLUT可能没有完全包含原图的所有可 能彩色，故不一定反映图像原来真正的颜色
▪ 在VGA显示系统中，调色板就相当于颜色查 找表
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16色标准VGA调色板
绿色 伪彩色值=10 真彩色值=0 255 0
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真彩色和伪彩色图像之间的差别
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调色板的选取
▪ A 24-bit system allows us to describe 224 = 16,777,216 different colors.
▪ In many cases, such a high color resolution is not needed.
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如何节省空间
▪ 分析图像中所有可能的颜色 ▪ 假设为n种，通常 n<< 224 ▪ 为每个色分配一个代码
试验结果表明，使用直接色在VGA显 示器上显示的彩色图像看起来真实、 很自然，虽然只有256色。
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直接色与伪彩色的比较
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。
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图像的分类
▪ 矢量图与点位图
生成的图形图像的方法
▪ 每个代码对应有RGB值 ▪ 每个颜色的bit数为 log2n
▪ 例如：图像最多有1000种色，那么用于 表示一种颜色的bit数为 log21000 =10
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伪彩色
▪ Pseudo color
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(color look-up table)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。
▪ 伪彩色一般用于65K色以下的显示方式 中。标准的调色板是在256K色谱中按色 调均匀地选取16种或256种颜色。
▪ 一般应用中，有的图像往往偏向于某一 种或几种色调，此时如果采用标准调色 板，则颜色失真较多。
▪ 因此，同一幅图像，采用不同的调色板 显示可能会出现不同的颜色效果
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例子 (调色板色彩数为16x16)
▪ 灰度图与彩色图
颜色
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矢量图
▪ vector based image
▪ 用一系列计算机指令来表示一幅图，如 画点、画线、画曲线、画圆、画矩形等。
▪ 这种方法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)。
▪ 彩色查找表CLUT
也称为：colormap（颜色图）, palette（调色板） 是一个事先做好的表，表项入口地址也称为索引号，根据该
索引号可查找出包含实际R、G、B的强度值。 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。
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CLUT
▪ 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。
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。
▪ 【例1】用RGB 5∶5∶5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。
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真彩色
▪ 【例2】如果用RGB 8:8:8方式表示一幅彩色图 像，就是R，G，B都用8位来表示，每个基色 分量占一个字节，可生成的颜色数就是224＝ 16 777 216种。
▪ 用3个字节表示的真彩色图像所需要的存储空 间很大，而人的眼睛是很难分辨出这么多种颜 色的
▪ 因此在许多场合往往用RGB 5:5:5来表示，每 个彩色分量占5个位，再加1位显示属性控制位， 共2个字节，生成的真颜色数目为215 = 32K。
▪ 全彩色(full color)图像：特指RGB 8:8:8，即图 像的颜色数为224。
真彩色显示，无需调色板
调色板与图像 原有颜色匹配， 故颜色偏差很 小
调色板与原图 不匹配，图像 出现色偏
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CLUT
▪ Using the CLUT approach,
We waste space for storing the CLUT. We save space by using fewer bits for each pixel. Usually the latter factor outweighs the first.