第4章-图像获取与处理

● 打印分辨率
打印机输出图像时采用的分辨率。不同打印机最高分辨率不同的，而
同一台打印机也可以使用不同分辨率打印，用 dpi 表示。
11/65
4.1.2
图像信号的指标
dpi 的数值越大，图像越清晰
● 分辨率
300 dpi
清晰度
96 dpi
绝对清晰度
21 dpi
视觉效果
dpi
12/65
4.1.2
图像信号的指标
● 调配色
通过每个像素点 R、G、B 分量分别作为索引值进行变换，经相应颜
色变换表找出各自基色强度，用变换后的 R、G、B 强度值产生颜色。
15/65
4.1.2
图像信号的指标
16 色标准 VGA 调色板
● 颜色类型
16/65
4.1.2
图像信号的指标
● Alpha 通道
又可以写成α通道，是一个 8 位灰度通道，用 256 级灰度记录图像中透 明度信息，定义透明、不透明和半透明区域。其中：黑表示全透明，白表 示不透明，灰表示半透明。
13/65
4.1.2
图像信号的指标
● 显示深度
显示深度表示显示缓存中记录屏幕上一个点的二进制位数，即显示器 可显示的颜色数。
显示深度大于图像深度 屏幕上的颜色能够比较真实 地反映图像文件的颜色效果 显示深度小于图像深度 屏幕上的颜色不能够真实反 映图像文件颜色效果，失真
显示深度等于图像深度 若真彩色显示模式显示真彩色图像，或显示调色板与图像调色板一致，则 屏幕上颜色能较真实地反映图像色彩效果；不一致则显示颜色会出现失真
24/65
4.2.3
颜色构成
● 相减混色
在白光中减去不需要的颜色，留下所需要的颜色，称为相减混色。
黄色 青色 红色 黑色
= 白色 = 白色 - 白色 = 白色
- 蓝色 - 红色 - 蓝色 - 蓝色 - 绿色 - 绿色 - 红色
在彩色印刷系统中，通常使用青（C），品红（M），黄（Y） 三基色。CMY 印刷三基色又称为减色三基色：减色混和后亮度会 越来越暗。
● 颜色实质是一种光波，其存在有三个实体：光线、被观察对象和观察者
电磁波谱
可见波谱
19/65
4.2.2
颜色描述
● 亮度或明度 国际照明委员会（CIE）定义，使用颜色的三个特性来区分颜色，分别 光作用于人眼时所引起的明亮程度的感觉，与被观察物体发光强度有 是亮度、色相和饱和度，它们是颜色所固有的并且是截然不同的特性。
也可以说，Alpha 通道就是一个存储控制图像透 明属性信息的通道。它起到的作用实际上是让图像中 一个像素显示，或不显示，或显示多，或显示少。
17/65
4.2 图像颜色构成
客观世界作用于人的视觉器官，通过视觉器官形成 信息，使人产生感觉和认识。由于人的视觉对于色彩有
着特殊的敏感性，因此颜色所产生的美感魅力往往更为
RGB 与 CMY 的转换
32/65
4.2.4
颜色空间
● 颜色空间转换
YUV 与 RGB 的转换 YIQ 与 RGB 的转换
HSI 与 RGB 的转换
在实际应用中，一幅图像在计算机中显示、在彩色电视系统中 表示、在计算机图像处理中编辑、在打印机中输出、在印刷系统中
套印彩色印刷品，要使用到不同的颜色空间。
红
品红 白 蓝 绿 黄
青
黑
大多数颜色可以分解成红、绿、蓝三种色光，这就是三基色（RGB）原理
23/65
4.2.3
颜色构成
● 相加混色
把 RGB 光的三基色按照不同比例混合，称为相加混色 。
红色
红色 绿色 红色
+ 绿色
+ 蓝色 + 蓝色 + 绿色
= 黄色
= 品红 = 青色 + 蓝色 = 白色
RGB 光的三基色又称为加色三基色：加色混和后亮度会越来 越亮。相加混色不仅运用了三基色原理，还利用了人眼的视觉特性： 时间混色法、空间混色法、生理混色法。
颜色空间是组织和描述颜色的方法之一，也可以称之为颜色模型。在一 个典型的多媒体计算机系统中，常常涉及到用几种不同的颜色空间表示图形 和图像的颜色，以对应于不同的场合和应用。
27/65
4.2.4
颜色空间
● RGB颜色空间
● 一个能发光波的物体颜色由其发出的光波决定，用 RGB 相加混色模型 ● 通过 RGB 不同比例相加，在计算机显示屏幕上合成所需要的任意颜色 ● 任意彩色光 C = R ( 红色百分比 ) + G ( 绿色百分比 ) + B ( 蓝色百分比 )
● 不易描述复杂图：对复杂图，计算机要花费很长的时间去执行绘图指令
9/65
4.1.1
图像信号的分类
矢量图像与位图图像的比较 文件内容 文件容量
与图的复 杂程度有关
显示速度
图越复杂，需要执行 指令越多，显示越慢
应用特点
易于编辑，适合 “绘制” 和 “创 建” 但是表现力受限
矢量图
图形指令
100% 矢量图放大到 800%与图尺寸 的效果 位 图 图像点阵数据 及彩色有关
关；强度大小决定人的感觉亮或暗。用从 0%(黑) 至 100%(白) 来度量。
● 色调或色相
当人眼看到一种或多种波长光时产生的彩色感觉，反映颜色种类，决
定颜色的基本特性。色调是颜色的属性，相对连续变化，描述真正色彩。
太阳光带中有六个标准色：红、橙、
● 饱和度或纯度
颜色纯度，即掺入白光的程度，或说指颜色的深浅程度。用从 0%(灰 黄、绿、蓝、紫；六个中间色：红 色) 至 100%(完全饱和，纯色) 来度量。饱和度是颜色的另一个属性。 橙，黄橙，黄绿，蓝绿，蓝紫，红
直接。人们在观察景物时，视觉的第一印象就是颜色的 感觉。显然，颜色在视觉艺术中具有十分重要的美学价
值。现代色彩生理、心理实验结果表明，颜色能唤起人
们各种不同的情感联想。
18/65
4.2.1
颜色来源
● 物体由于内部物质的不同，受光线照射后，产生光的分解现象 ● 颜色是人视觉系统对可见光的一种感知结果，感知的颜色由光波频率决定 ● 光波是一种具有一定频率范围的电磁波，其波长覆盖的范围很广
门软件读取并解释这些指令，再将它们转成屏幕上显示的形状和颜色，最 后通过使用实心的或有等级深浅的单色或色彩填充一些区域而形成图形。
8/65
4.1.1
图像信号的分类
● 矢量图特点
● 矢量图
● 压缩后不变形：尺寸可以任意变化而不损失图像质量，压缩后不会变形
● 局部可处理性：各部件相对独立，无论放大、缩小或旋转等都不会失真 ● 文件数据量小：对图像进行抽象化，它使用图形指令集合取代原始图像
适合 “获取” 和 100% 位图放大到 800% 的效果 与图内容有关 “复制”。表现力 强 但是编辑较复杂
10/65
4.1.2
图像信号的指标
● 显示分辨率
● 分辨率
确定屏幕上显示图像区域的大小，即构成全屏显示的像素点个数，以 每行拥有的像素点数×屏幕显示行数来表示。
● 图像分辨率
确立组成一幅图像的像素数目，即该图像的水平和垂直方向上的像素 个数，用 dpi（每英寸多少点）表示。
25/65
4.2.3
颜色构成
● 亮度方程
人眼对于相同亮度单色光的主观亮度感觉不同。当用相同亮度的三基 色混色时，如果规定混色后所得单色光亮度为 100%，那么人对亮度的主 观感觉是：绿光，红光，蓝光。
当白光亮度用 Y 表示时，它和 R、G、B 三色光的关系有如下亮度方程
26/65
4.2.4
颜色空间
● YUV和YIQ颜色空间
● 在现代彩色电视系统中用 YUV(PAL) 和 YIQ(NTSC) 模型表示彩色图像 ● PAL 制式：Y 表示亮度信号， U、V 表示色差信号， 构成颜色两个分量 ● NTSC 制式：Y 表示亮度信号，I、Q 表示色差信号，构成颜色两个分量 ● 亮度分量构成的黑白灰度图,与色差分量构成的另外两幅单色图相互独立 ● 由于亮度和色差三个分量是独立的， 所以可对这些单色图分别进行编码
28/65
4.2.4
颜色空间
● CMY颜色空间
● 一个不发光物体颜色由其吸收或反射光波决定，用 CMY 相减混色模型 ● 任何一种由颜料表现的颜色都可以用这三种基色按不同的比例混合而成 ● 印刷上会在 CMY 三基色以外再加上一个黑色 ( K )，使用 CMY K 四色
29/65
4.2.4
颜色空间
随着计算机技术的发展，把图像数字化，进而使用计算 机对图像进行处理，已经成为现实。
2/65
4.1.1
图像信号的分类
图像是指绘制、摄制或印刷的形象。数字图像是指经由数码照相机，摄 像机或扫描仪等设备输入、并以数字式存储在计算机中的图像信息，这些图 像可以是照片、绘图等等。图像通常有位图和矢量图。
3/65
● 缺乏灵活性能：当位图图像被放大时，图像的清晰度会降低并出现锯齿
6/65
4.1.1
图像信号的分类
● 矢量图定义
● 矢量图
用一组计算机指令集合描述图形内容，这些指令描述构成该图形所有
直线、圆、圆弧、矩形、曲线等图元的位置、维数和形状等。
7/65
4.1.1
图像信号的分类
● 矢量图原理
● 矢量图
用数学方式来描述一幅图形。在计算机上显示一副图时，先要使用专
主要知识点：
4.1 图像基本概念
4.2 图像颜色构成
第4章
4.3 数字化图像 图像获取与处理
4.4 数字图像处理
1/65
4.1 图像基本概念
图形图像作为一种视觉媒体，很久以前就已成为人
类信息传输、思想表达的重要方式之一。在日常生活中， 由于图的直观性和可理解性，有时使用语言和文字难以
表述的事物，用一张简单的图就能精辟而准确地表达。
● 三基色原理
在绘画中，使用三种基本颜料 R（红）、Y（黄）、B（蓝），可以混 合搭配出很多种的颜色，这就是的颜料三基色。
Βιβλιοθήκη Baidu红 紫 黑 蓝 绿 黄 桔黄
白
22/65
4.2.3
颜色构成
● RGB光的三基色
● 三基色原理
自然界中常见的各种颜色光，都可以由 R（红）、G（绿）、B（蓝） 三种颜色光按照不同比例相配而成，这就是光的三基色。
紫，合称十二色相或色调。把不同 色调按顺序衔接起来形成一个色环
20/65
4.2.2
颜色描述
白色
饱和度 黄 绿 蓝
色调
红 品红 黑色
颜色环
青
亮度
一般把色调和饱和度通称为色度，上述内容总结为：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。
21/65
4.2.3
颜色构成
● RYB颜料三基色
14/65
4.1.2
图像信号的指标
● 真彩色
● 颜色类型
图像中的每个像素值都分成 R、G、B 三个基色分量，每个基色分量 直接决定其基色的强度，这样产生的颜色称为真彩色。
● 伪彩色
图像中每个像素值是一个索引或代码值，作为颜色查找表中某项入口 地址，查找出包含实际 R、G、B 的强度值，这样产生的颜色称伪彩色。
灰度图像
彩色图像
R
G
B
只有黑、白两色
具有 256 级灰度
5/65
4.1.1
● 位图
图像信号的分类
● 位图特点
● 表达图像逼真：与图像复杂程度无关，表现力强，适合表现细节和层次
● 对硬件要求高：当处理高质量彩色图像时，对计算机硬件平台要求较高 ● 文件数据量大：由大量不同亮度和颜色像素点组成，因此文件数据量大
深度为 24 位。计算该图像可以表达的颜色数目是多少。 解: 可以表达的颜色数目为 224 = 16 777 216。
16 24 32 65536(216) 16772216(224) 4294967296(232) 8 256(28)
4
16(24)
索引 16 色图像
索引 256 色图像
HI-Color 图像（实际只显示 32768 种颜色） True Color 图像（真彩色） True Color 图像（真彩色）
● 图像深度
描述图像中每个像素数据所占的二进制位数，它决定了彩色图像中可 出现的最多颜色数，或灰度图像中最大灰度等级数。
图像深度
图像颜色总数
图像名称
例: 一幅彩色图像的每个像素用 R、G、B 这 3 个分量表示，如果每个分 1 2(21) 单色图像（黑白二值） 量使用 8 个二进制位，则一个像素就需要 24 个二进制位来表示，此时图像
30/65
4.2.4
颜色空间
● HSI颜色空间
● 从人视觉系统出发， 用色调（H）、 饱和度（S）和亮度（I）描述颜色 ● 人视觉对亮度敏感程度强于对颜色敏感程度，为了便于颜色处理和识别 ● 人视觉系统常采用 HIS 颜色空间， 比 RGB 颜色空间更符合人视觉特性
31/65
4.2.4
颜色空间
● 颜色空间转换
4.1.1
● 位图
图像信号的分类
● 位图定义
空间和亮度上已离散化了的图像，由数字阵列信息组成，阵列中的各
项数字描述构成图像各点亮度与颜色信息，与显示器上的点一一对应。
4/65
4.1.1
● 位图
图像信号的分类
● 位图分类
根据量化的颜色深度的不同，又可以分为单色图像、灰度图像和彩色
图像三大类。
单色图像