多媒體應用技術5-圖像知識

本節(jié)內(nèi)容圖像信息處理彩色空間表示及其轉換

顏色的基本概念色彩的三要素

三基色

色彩模型圖形圖像處理基礎

數(shù)字圖像的種類

位圖圖像的重要參數(shù)圖像的獲取和處理圖像文件格式4.1彩色空間表示及其轉換4.1.1顏色的基本概念色彩是通過光被感知的，實際上就是視覺系統(tǒng)對可見光的感知結果。眼睛感知到的顏色和光波長之間的對應關系如圖所示。0.005nm0.01nm5nm350nm750nm0.4nm10kmY射線X射線紫外線可見光紅外線無線電波波長電磁波譜黃綠350400500600700波長（nm）紫紫藍藍藍綠綠黃橙橙紅紅可見光譜光：紫外線、紅外線、可見光統(tǒng)稱單色光：光譜中不能再分解的光復色光：由單色光混合而成的光4.1.2色彩的三要素黑白系列：白色、淺灰、灰色、深灰、黑色彩色系列：黑白系列以外的各種顏色1．色調（Hue）：色調是指物體反射的光線中以哪種波長占優(yōu)勢來決定的，色調是顏色的重要的特征。例如：一幅圖片雖然用了多種顏色，但總體有一種傾向，是偏藍或偏紅。這種顏色上的傾向就是色調。4.1.2色彩的三要素2．亮度（Luminance）是用來描述光作用于人眼所引起的視覺明亮程度的感覺，它與被觀察物體的發(fā)光強度有關。亮度反映了輻射的強度或輻射的功率。亮度越大則其顏色越接近于白色，亮度越小則其顏色越接近于黑色。3．飽和度（Saturation）是指彩色光所呈現(xiàn)顏色的深淺或純潔程度，通常是按各種顏色混入白色光的比例來表示的。對于同一色調的彩色光，加入白色光越少，其飽和度越高，顏色純度越高；加入白色光越多，飽和度越小，顏色就越淺，或純度越低。例：綠光+白光->淺綠色色調沒變，飽和度降低顏色飽和度下降4.1.3三基色1.基色常見光都可由紅、綠、藍三色混合而成，而其本身不能由其他顏色合成，所以選擇紅色、綠色和藍色為三基色。三基色原理是根據(jù)人眼對彩色視覺的特性，在色彩復制過程中，并不要求回復原來景物光的光譜成分，而重要的是應獲得與原景物相同的色彩感覺。相加混色法：顏色=R的百分數(shù)+G的百分數(shù)+B的百分數(shù)黃青品紅紅綠白藍相減混色法——在彩色印刷、彩色膠片中采用黃(Yellow)、品紅(Magenta)、青(Cyan)稱為減色法三基色。用等量的CMY得到的顏色不是真正的黑色所以印刷和打印時加上一種真正的黑色，相減混色也稱為CMYK。在印刷業(yè)中，CMYK即是代表青、洋紅、黃、黑四種印刷專用的油墨顏色，通過控制青、洋紅、黃、黑四色油墨在紙張上的相疊印刷來產(chǎn)生色彩的，它的顏色種數(shù)少于RGB色。CMYK也是Photoshop軟件中四個通道的顏色。2.互補色：在光學上，任何兩種色光相加后如能產(chǎn)生白光，這兩種色光就互稱補色光(互補色)。黃與藍互為補色，青與紅互為補色，品紅與綠互為補色。加色法混合和減色法混合差別：加色法是用三個基色相合再現(xiàn)色彩。減色法是用三個補色的透明色素相疊成顏色混合時，減去相應的原色再現(xiàn)色彩。4.1.4色彩模型用來精確標定和生成各種顏色的一套規(guī)則和定義。通常用三維模型表示1.RGB色彩模型通過這三個色彩分量的不同比例，相加混和成需要的任意顏色。F＝r[R]+g[G]+b[B]其中：r、g、b為三色系數(shù)，r[R]+g[G]+b[B]為F色光的三色分量。2.YUV和YIQ色彩模型在彩色電視制式中，圖像通過色差模式來描述，這里Y表示亮度信號，UV或IQ表示色差信號。好處：亮度信號Y和色差信號U、V是相互獨立的，Y信號分量可以構成黑白灰度圖，解決了彩色電視機和黑白電視機的兼容問題。彩色電視用亮度信號傳送細節(jié)，用色差信號進行大面積涂色，可以減小信號帶寬，降低存儲所需空間。YVU模型和RGB彩色空間模型的對應關系可用近似的方程式表示：Y=0.299R+0.587G+0.114BU=-0.147R-0.289G+0.436BV=0.615R-0.515G-0.100B或者用矩陣形式表示：YIQ模型和RGB彩色空間模型的對應關系可用下面近似的方程式表示：Y=0.299R+0.587G+0.114BI=0.596R-0.275G-0.321BQ=0.212R-0.523G+0.311B或者用矩陣形式表示：

3.HSI色彩模型HSI色彩模型是指直接使用顏色三要素色調、飽和度和亮度來描述色彩。H用來表示顏色的頻率或波長，S用來表示純色中摻入白光的程度，I用來表示顏色的明暗程度。用色調、飽和度和亮度描述彩色光更符合人的視覺特性。HSI色彩模型和RGB色彩模型之間的轉換關系：其中ú?ùê?é<>+-=},;180;,0{)3arctan(903601BGBGFH4.CMY色彩模型彩色打印機和彩色印刷系統(tǒng)都采用CMY色彩模型。CMY混合的色彩稱為相減混色。因為CMY色彩模型正好與RGB色彩模型互補，也即用白色減去RGB色彩模型中的某一色彩值就等于同樣色彩在CMY色彩模型中的值。5.YCrCb彩色空間YCrCb色彩模型是由YUV色彩空間派生出來的，主要用于數(shù)字電視系統(tǒng)，其中Y為亮度，是通過RGB輸入信號來創(chuàng)建的。Cr反映了RGB輸入信號紅色部分與RGB信號亮度值之間的差異。Cb反映的是RGB輸入信號藍色部分與RGB信號亮度值之間的差異。

4.2圖形圖像處理基礎4.2.1圖形圖像基本概念多媒體計算機系統(tǒng)中所能處理圖像是數(shù)字圖像，即直接量化的原始圖像信號。利用圖形繪制技術可以將圖形變成圖像，也可以利用模式識別技術從圖像數(shù)據(jù)中提取幾何數(shù)據(jù)，把圖像轉化成圖形。4.2.2數(shù)字圖像的種類1.矢量圖矢量圖，由具有方向和長度的矢量表示，如點、線、曲線以及圓形、矩形等，比較適合于描述能夠用數(shù)學方式表示出來的圖形優(yōu)點：需要占用很小的存儲空間。缺點：不宜制作色調豐富或者色彩變化太多的圖像，而且繪制出來的圖形不是很逼真。2.位圖位圖圖像是通過像素點的顏色和亮度來反映原始圖像的效果，一般也稱為圖像，常用的文件格式為BMP格式。特點：比較適合于表現(xiàn)細膩、層次和色彩比較豐富，包括大量細節(jié)的圖像，如照片、繪畫等。缺點：所需的磁盤空間比較大，尤其是使用真彩色時更是如此。位圖矢量圖3.矢量圖形和位圖圖像的區(qū)別顯示位圖圖像比顯示矢量圖要快。位圖圖像占用的二進制位數(shù)越多，圖像顏色數(shù)量越大，數(shù)據(jù)量也越大。而矢量圖顏色數(shù)目與文件的大小無關。矢量圖側重于“繪制”，而位圖偏重于“獲取”。位圖圖像放大若干倍后有可能會產(chǎn)生顆粒狀，即馬賽克現(xiàn)象。而矢量圖形在放大、縮小和旋轉等操作后不會產(chǎn)生失真。4.2.3位圖圖像的重要參數(shù)1.分辨率⑴屏幕分辨率：指計算機屏幕上最大顯示區(qū)域水平和垂直方向上的像素個數(shù)，即水平和垂直方向的像素個數(shù)，如800×600。⑵圖像分辨率：指圖像數(shù)字化時，在水平、垂直方向上的像素個數(shù)。⑶像素分辨率：指一個像素點的長和寬的比例。2.顏色深度顏色深度指表示一個像素的二進制位數(shù)，以bit為單位對于彩色圖像來說，顏色深度決定了該圖像可以用的最多顏色數(shù)目。對于灰度圖像來說，顏色深度決定了該圖像可以使用的亮度級別數(shù)目。顏色深度越高，顯示的圖像越豐富，畫面越自然逼真，但數(shù)據(jù)量也會猛增。3.圖像數(shù)據(jù)量圖像數(shù)據(jù)量：即圖像文件的大小，是指磁盤上存儲整幅圖像所占的字節(jié)數(shù)。圖像的分辨率越高、顏色深度越深，則數(shù)字化后的圖像效果越逼真、圖像數(shù)據(jù)量越大。圖像數(shù)據(jù)大小可用下面的公式來估算：圖像數(shù)據(jù)量＝圖像分辨率（寬×高）×顏色深度/8(Byte)4.2.4圖像的獲取與處理1.圖像獲取——方法有：⑴利用計算機產(chǎn)生彩色圖形、靜態(tài)圖像和動態(tài)圖像⑵用彩色掃描儀掃描輸入彩色圖形和靜態(tài)圖像⑶用視頻信號數(shù)字化儀將彩色全電視信號數(shù)字化后，輸入到多媒體計算機中，獲得靜態(tài)和動態(tài)圖像⑷視頻抓幀⑸購買現(xiàn)成的圖像庫2.圖像顯示——方式有以下幾種：單色圖像：通常每個像素用一個字節(jié)來表示?；叶葓D像：表示像素的灰度范圍，比如是8位灰度；如果是RGB色彩模式，只要當R=G=B，這個顏色就屬于灰度。彩色圖像：包括16色、256色和真彩色等。單色圖像灰度圖像彩色圖像4.3圖像文件格式1.BMP文件Windows系統(tǒng)下的標準圖像文件格式，后綴名為BMP。采用位映射存貯格式，有壓縮和不壓縮兩種形式。支持RGB、索引顏色、灰度和位圖顏色模式，并可指定圖像的位深度。缺點：所占用的空間非常大。2.GIF文件采用LZW的壓縮方法，最大8位顏色深度特點：壓縮比高、磁盤空間占用少、圖像文件短小、下載速度快等。

3.JPEG文件其擴展名為JPG，具有24bit的RGB彩色深度，支持CMYK、RGB和灰度顏色模式。壓縮比約為1:5至1:50，甚至更高。4.TIFF文件是一種通用的位映射圖像文件格式，支持從單色到32位真彩色的所有圖像；圖像格式復雜、存貯信息多；適用于多種操作平臺和多種機器，如PC機和Macintosh機；具有多種數(shù)據(jù)壓縮存儲方式。。5.PSD文件Photoshop軟件的專用格式，在Photoshop所支持的各種圖像格式中，PSD的存取速度比其他格式都快，功能也很強大，可以存儲成RGB或CMYK模式，也能自定顏色數(shù)目儲存。6.TGA文件結構比較簡單，最高支持的顏色深度可達32位，屬于一種圖形、圖像數(shù)據(jù)的通用格式。7.PCX文件用于IBMPC兼容機上，支持RGB、索引顏色、灰度和位圖顏色模式，支持RLE壓縮方式，占用磁盤空間較少。8.PNG文件特點：第一：存貯形式豐富，采用無損壓縮方式來減少文件大小。第二：能把圖像文件壓縮到極限以利于網(wǎng)絡傳輸。第三：顯示速度非?？臁５谒模篜NG支持透明圖像的制作。缺點：不支持動畫應用效果。9.WMF文件屬于矢量文件格式，具有文件小、圖案造型化的特點。10.DXF文件是AutoCAD中矢量文件格式，以ASCII碼方式存儲。11.CDR格式

是繪圖軟件CorelDraw的專用圖形文件格式，可以記錄文件的屬性、位置和分頁等，兼容度差，只能在CorelDraw應用程序中使用。12.EMF格式

是為了彌補WMF的不足而開發(fā)的一種格式，屬于矢量文件格式，其目的是使圖元文件更加容易接受。13.EPS文件是用P