数字彩色图像基本

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图像属性-3

真彩色与伪彩色

真彩色(true color)

每个像素的颜色值用红(R)、绿(G)和蓝(B)表示的颜色 通常用24位表示，其颜色数224＝16 777 216种。也称24位颜色 (24-bit color)或全彩色(full color) 在RGB真彩色出现之前， 由于技术上的原因，计算机在处理时 并没有达到每像素24位的真彩色水平，为此人们创造了索引颜 色，即伪彩色

面向硬件显示设备的RGB颜色模型
面向彩色图像打印的CMY颜色模型 电视信号传输中的YUV颜色模型
面向彩色图像处理的HIS颜色模型
面向特定应用的自定义颜色模型 。。。

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与颜色空间等价
显示彩色图像用RGB相加混色模型-1

一个能发出光波的物体称为有源物体，它的颜色 由该物体发出的光波决定

伪彩色(pseudo color)


将像素值当作彩色查找表(color look-up table，CLUT)的表项入口 地址，查找显示图像时要使用的R，G，B值，用查找出的R，G ，B值产生的彩色。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 使用查找得到的R，G，B数值显示的彩色是真的，但不是图像 本身真正的颜色，它没有完全反映原图的颜色

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图像的种类-1

矢量图(vector graphics) –图形

一般是由点、线条、曲面等组成的画面，多数是由绘图 软件绘制出来的 把图形看作一段段具有一定宽度、一定长度和方向性的 线段组成，文件记录的是每个线段的起点和终点以及线 段的色彩、宽度等信息，该文件可以看成是众多矢量表 示的集合。 每一个矢量都是独立的图像对象，可以自由无限制的重 新组合 优点
α 通道是一个 256 级灰阶的图像，用于表示每个像素的 透明度（可将图像分成不同的层）


例如，用两幅图像 A 和 B 混合成一幅新图像，新图像 (New) 的像 素为：New pixel =(alpha A)(pixel A color) +(alpha B)(pixel B color)

在视频制作中，可把广告的图标、报道题花等图案作为 标记或栏目标题叠加在画面上，使用α通道可对不同部 分产生不同的透明效果
解图像文件的格式， 即图像文件的数据构成

每一种图像文件均有一个文件头， 在文件头之后 才是图像数据
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BMP文件格式-1

BMP文件格式

Bitmap的简写


微软公司开发的在Windows环境下的标准位图文件格式
BMP文件是一种像素文件，它保存了一幅图象中所有的 像素

可保存单色位图、16色或256色索引模式像素图、24位真彩色图 象 每种模式中单一像素的大小分别为1/8字节，1/2字节，1字节和 3字节 目前最常见的是256色BMP和24位色BMP 这种文件格式还定义了像素保存的几种方法，包括不压缩、RLE 压缩等。常见的BMP文件大多是不压缩的。


目标图像的移动、缩小或放大、旋转、拷贝、属性(如线条变宽 变细、颜色)变更都很容易做到 存储空间小 很难用来描述真实世界的彩色照片

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局限性

图像的种类-2

位图(bitmap)—图像

把图片看成是 m 行 n列的小方块组成，每个小方块被称 为一个像素，记录每个像素的颜色值

对位图进行操作时，只能对图中的像素进行操作，而不能把位 图 中 的 物 体 作 为 独 立 实 体 进 行 操 作 。 也 称 光 栅 图 (raster graphics) 位图的获取通常用扫描仪、数码相机、摄像机、录像机、视像 光盘和相关的数字化设备 位图文件占据的存储空间比较大
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显示彩色图像用RGB相加混色模型-2

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

颜色＝R(红的百分比)＋G(绿的百分比)＋B(蓝的百分比)

三种颜色的光强越强，到达我们眼睛的光就越多，它们的 比例不同，我们看到的颜色也就不同。没有光到达眼睛， 就是一片漆黑
当三基色等量相加时，得到白色；等量的红绿相加而蓝为 0时得到黄色；等量的红蓝相加而绿为0时得到品红色；等 量的绿蓝相加而红为 0时得到青色。这些三基色相加的结 果如图所示


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BMP文件格式-2

BMP文件组成

BMP文件由文件头、位图信息头、颜色信息(调色板)和图 形数据四部分组成 BMP文件头数据结构含有BMP文件的类型、文件大小和位 图起始位置等信息。 其结构定义如下:
typedef struct tagBITMAPFILEHEADER { WORD bfType; // 位图文件的类型标识，必须为0x424D,即字符串”BM” DWORD bfSize; // 位图文件的大小，以字节为单位 WORD bfReserved1; // 位图文件保留字，必须为0 WORD bfReserved2; // 位图文件保留字，必须为0 DWORD bfOffBits; // 位图数据的起始位置，以相对于位图 // 文件头的偏移量表示，以字节为单位 } BITMAPFILEHEADER;
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打印彩色图像用CMY相减混色模型-2

CMY相减混色模型


用三种基本颜色即青色(cyan)、品红(magenta)和黄色(yellow)的颜料按一定 比例混合得到颜色的方法，通常写成CMY，称为CMY模型 从理论上说，任何一种颜色都可以用青色(cyan)、品红(magenta)和黄色 (yellow)混合得到
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ຫໍສະໝຸດ Baidu
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图像属性-1

像素深度（depth）

图像中描述每个像素所需的二进制位数，以bit为单位

例如，用R，G，B三个分量表示的彩色图像，若每个分量用8位 表示，那么一个像素共用24位表示，就说像素深度为24位

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

特性

影响位图文件大小的因素

图像分辨率：分辨率越高，表示组成一幅图的像素就越多，图像文 件就越大 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 ，图像文件就越大
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图像的种类-3

矢量图与位图的差别
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图像的描述—矩阵

黑白图像（二值图像）

每个像素只能是黑或者白，像素值为0/1

例如，像素深度为24位时，每个像素可以是224=16 777 216种颜 色中的一种

像素深度越深，表达的颜色数目就越多，所占用的存储 空间也越大。相反，如果像素深度太浅，则影响图像的 质量，图像看起来让人觉得很粗糙和很不自然
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图像属性-2

阿尔法(α)通道

在每个像素用32位表示的图像表示法中的高 8位，其余 24位是颜色通道，红色、绿色和蓝色分量各占一个 8位 的通道

从理论上说，自然界中的任何一种颜色都可以由 R ， G ， B 这三种颜色值之和来确定，它们构成一个三维的 RGB矢量空间（三原色）

R，G，B的数值不同，混合得到的颜色就不同
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图像的颜色模型

什么是颜色模型（color model）

定量的描述颜色的一套规则和定义 人们提出了各种颜色模型。目前常用的颜色模型按用途 可分为

在相减混色中, 当三基色等量相减时得到黑色；……。三基色相减结果 如图所示 按每个像素每种颜色用1位表示，相减法产生的8种颜色如表所示 相减色
C(青色) 0 0 M(品红) 0 0 Y(黄色) 0 1 相减色 白 黄

0
0 1 1 1
1
1 0 0 1 1
0
1 0 1 0 1
品红
红 青 绿 蓝 黑
相减混色

CRT使用3个电子枪分别产生红(red)、绿(green)和蓝(blue)三种波 长的光，如图所示，并以各种不同的相对强度组合产生不同的 颜色
彩色显像产生颜色的原理

RGB相加混色模型

组合红、绿和蓝光波来产生特定颜色的方法叫做相加混色法 (additive color mixture) ，即RGB相加混色模型 相加混色是计算机应用中定义颜色的基本方法

相加混色
三种色彩叠加可形成1670万种颜色，即真彩 色
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打印彩色图像用CMY相减混色模型-1

一个不发光波的物体称为无源物体，它的颜色由该物体吸 收或者反射哪些光波决定

用彩色墨水或颜料进行混合，绘制的图画是一种无源物体，用这 种方法生成的颜色称为相减色 在白光照射下，青色颜料能吸收红色而反射青色，黄色颜料吸收 蓝色而反射黄色，品红颜料吸收绿色而反射品红。也就是：

BMP文件头

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BMP文件格式-3

位图信息头

BMP位图信息头数据用于说明位图的尺寸等信息。
typedef struct tagBITMAPINFOHEADER{
DWORD biSize; // 本结构所占用字节数 LONG biWidth; // 位图的宽度，以像素为单位 LONG biHeight; // 位图的高度，以像素为单位 WORD biPlanes; // 目标设备的级别，必须为1 WORD biBitCount// 每个像素所需的位数，必须是1(双色), // 4(16色)，8(256色)或24(真彩色)之一 DWORD biCompression; // 位图压缩类型，必须是 0(不压缩), // 1(BI_RLE8压缩类型)或2(BI_RLE4压缩类型)之一 DWORD biSizeImage; // 位图的大小，以字节为单位 LONG biXPelsPerMeter; // 位图水平分辨率，每米像素数 LONG biYPelsPerMeter; // 位图垂直分辨率，每米像素数 DWORD biClrUsed;// 位图实际使用的颜色表中的颜色数 DWORD biClrImportant;// 位图显示过程中重要的颜色数 } BITMAPINFOHEADER;

灰度图像

每个像素由一个量化的灰度级来表示，一般为8bits的灰度级（0-255,0 为纯黑,255为纯白）

彩色图像

每个像素的信息由RGB三基色构成
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图像文件格式

图像文件格式是存储图形或图像数据的数据结构

数字图像有多种存储格式，每种格式一般由不同
的开发商支持。因此，要进行图像处理，必须了
《数字媒体技术基础》第二讲
数字彩色图像基础
注：本部分内容参考了林福宗《多媒体技术基础》第四、五、六章
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上一讲内容回顾

数字媒体导论

数字媒体的基本概念
数字媒体技术的原理 数字媒体标准简介 数字媒体的应用
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本讲内容提要

视觉系统对颜色的感知
图像的颜色模型
图像的基本属性 图像的种类 数字图像的描述 图像文件格式 作业2


白色-红色=青色 白色-绿色=品红 白色-蓝色=黄色

另外，如果把青色和黄色两种颜料混合，在白光照射下，由于颜料吸收了 红色和蓝色，而反射了绿色，对于颜料的混合我们表示如下：


颜料(黄色+青色)=白色-红色-蓝色=绿色
颜料(品红+青色)=白色-红色-绿色=蓝色 颜料(黄色+品红)=白色-绿色-蓝色=红色 以上的都是相减混色,相减混色就是以吸收三基色比例不同而形成不同的颜色的。所以 又把青色、品红、黄色称为颜料三基色。颜料三基色的混色在绘画、印刷中得到广泛应 用
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视觉系统对颜色的感知

视觉系统对颜色感知的特性

眼睛本质上是一个照相机

人的视网膜（human retina）通过神经元感知外部世界的颜色， 每个神经元是一个对颜色敏感的锥体（cone）

人的视网膜有对红、绿、蓝颜色敏感程度不同的三种锥体细胞

红、绿和蓝三种锥体细胞对不同频率的光的感知程度不 同，对不同亮度的感知程度也不同


颜色的特性及度量
颜色空间及其转换
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视觉系统对颜色的感知

人们获取的信息的70％来自视觉系统 颜色是什么

从物理学角度，颜色是视觉系统对可见光的感知结果


感知到的颜色由光波的频率决定的 光波是一种具有一定频率范围的电磁辐射，其波长覆盖的范围 很广 电磁辐射中只有一小部分能够引起眼睛的兴奋而被感觉，其波 长在380～780nm的范围里。 眼睛感知到的颜色和波长之间的对应关系如下图所示
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BMP文件格式-4

颜色表（调色板）

颜色表用于说明位图中的颜色，它有若干个表项，每一个表项是一 个RGBQUAD类型的结构，定义一种颜色。 RGBQUAD结构的定义如下: