第二講色彩模型與圖像文件演示教學(xué)

2023/2/71第二講色彩(sècǎi)模型與圖像文件基礎(chǔ)第一頁，共51頁。2023/2/72色彩模型(móxíng)與圖像文件基礎(chǔ)主要(zhǔyào)內(nèi)容色彩模型(móxíng)常見圖像文件格式BMP文件結(jié)構(gòu)BMP文件的讀寫與顯示第二頁，共51頁。2023/2/73色彩(sècǎi)模型我們是如何描述(miáoshù)色彩的？

RGBCMYKHSILAB為了正確有效地表達(dá)和使用色彩(sècǎi)信息，需要建立色彩(sècǎi)模型，即如何描述和重現(xiàn)圖像的色彩(sècǎi)。面向設(shè)備的色彩模型面向色彩感知的色彩模型第三頁，共51頁。2023/2/74色彩(sècǎi)模型RGB模型(móxíng)——面向輸出顯示設(shè)備RGB模型是基于仿生學(xué)原理，人的視網(wǎng)膜有三種細(xì)胞，分別對紅、綠、藍(lán)三種顏色敏感（其中綠色最敏感）。這三種顏色的光通過相加，可以混合出絕大部分肉眼能看到的顏色。使用最廣泛的色彩模型。非常適合在輸出(shūchū)顯示場合使用，如彩色電視機(jī)的顯像管、計(jì)算機(jī)的顯示器。

國際照度委員會規(guī)定3種基本色的波長為R:700nm，G:546.1nm，B:435.8nm。第四頁，共51頁。2023/2/75色彩(sècǎi)模型RGB模型(móxíng)舉例RGB(128,128,128)中性(zhōngxìng)灰RGB(255,0,0)高亮度、高飽和紅色RGB(128,0,0)低亮度、低飽和紅色RGB(255,128,128)高亮度、低飽和紅色第五頁，共51頁。2023/2/76色彩(sècǎi)模型RGB模型(móxíng)的應(yīng)用顯示器（3熒光(yíngguāng)物質(zhì)）

數(shù)碼相機(jī)（3濾片）

圖像處理軟件（3通道）第六頁，共51頁。2023/2/77色彩(sècǎi)模型RGB模型(móxíng)的擴(kuò)展-彩色電視模型(móxíng)彩色電視系統(tǒng)(xìtǒng)中所采用的色彩模型也是基于RGB的不同組合而成的。YIQ——北美電視系統(tǒng)YUV——?dú)W洲電視系統(tǒng)（我國）YCbCr——DVD等消費(fèi)類視頻產(chǎn)品第七頁，共51頁。2023/2/78色彩(sècǎi)模型YIQYIQ色彩系統(tǒng)通常被北美的電視系統(tǒng)所采用（NTSC系統(tǒng)）。其中Y值表示(biǎoshì)亮度分量，I對應(yīng)橙色和青色間的色彩，Q對應(yīng)綠色和紫色間的色彩。RGB與YIQ之間的對應(yīng)關(guān)系如下：第八頁，共51頁。2023/2/79色彩(sècǎi)模型YUVYUV色彩系統(tǒng)被歐洲的電視系統(tǒng)所采用（PAL系統(tǒng)），其中Y和上面的YIQ色彩系統(tǒng)中的Y相同，代表亮度分量，U和V代表色度分量，與I和Q的計(jì)算(jìsuàn)方式類似，但不完全相同。RGB與YUV之間的對應(yīng)關(guān)系如下：第九頁，共51頁。2023/2/710色彩(sècǎi)模型YCbCrYCbCr色彩系統(tǒng)是從YUV色彩系統(tǒng)衍生出來的。常見于DVD、攝像機(jī)、數(shù)字電視(shùzìdiànshì)等消費(fèi)類視頻產(chǎn)品中。其中Y還是指亮度分量，而Cb和Cr則是將U和V做少量調(diào)整而得到的。RGB與YCbCr之間的對應(yīng)關(guān)系如下：第十頁，共51頁。2023/2/711CMYK模型——面向輸出(shūchū)印刷設(shè)備CMYK色彩系統(tǒng)是一種用于印刷的模式，分別是指青（Cyan）、品紅（Magenta）、黃（Yellow）和黑（Black）。CMYK模式在本質(zhì)上與RGB顏色模式?jīng)]有什么區(qū)別，只是產(chǎn)生色彩的原理不同。RGB顏色合成是通過(tōngguò)顏色相加。而CMYK是通過(tōngguò)顏色相減產(chǎn)生其它顏色。RGB與CMYK沒有一一對應(yīng)的轉(zhuǎn)換關(guān)系，轉(zhuǎn)換過程會與顯示器設(shè)置、印刷油墨設(shè)置以及分色設(shè)置有關(guān)。色彩(sècǎi)模型第十一頁，共51頁。2023/2/712色彩(sècǎi)模型CMKY模型(móxíng)打印機(jī)（4種油墨(yóumò)）

圖像處理軟件（4通道）在處理圖像時，一般不采用CMYK模式，因?yàn)椋孩龠@種模式的圖像文件占用的存儲空間較大；②色域范圍比RGB小得多。第十二頁，共51頁。2023/2/713面向視覺感知(gǎnzhī)的色彩模型面向設(shè)備的色彩模型與人的視覺感知有一定距離，因此使用時不太方便。比如，描述一種顏色時，人很難描述出其中的R、G、B分量是多少。人總是(zǒnɡshì)從自身的視覺感知習(xí)慣出發(fā)，用亮度、色調(diào)和飽和度去描述一種顏色。比如：深紅、淡藍(lán)、淺灰等等。色彩(sècǎi)模型第十三頁，共51頁。2023/2/714亮度(liàngdù)亮度表示某種顏色在人眼(rényǎn)視覺上引起的明暗程度，它由光的強(qiáng)度（能量）決定：光的強(qiáng)亮越大，景物就越亮；光的強(qiáng)度越小，景物就越暗。對于灰度圖象而言，亮度就是圖像的灰度值。色彩(sècǎi)模型第十四頁，共51頁。2023/2/715色調(diào)(sèdiào)色調(diào)（色相）表示光的顏色，它由光的波長決定。例如自然界中的七色光就分別(fēnbié)對應(yīng)著不同的色調(diào)，每種色調(diào)分別(fēnbié)對應(yīng)著不同的波長。在通常的使用中，色調(diào)是由顏色名稱標(biāo)識的，比如紅、橙或綠色。色彩(sècǎi)模型第十五頁，共51頁。2023/2/716飽和度飽和度指顏色的純度（鮮艷程度），它由主波長的純光譜色與白光的比例(bǐlì)決定，也就是說，夾雜白光的多少。越接近光譜色、白光比例(bǐlì)越小，則飽和度越高，色彩越鮮艷醒目；距離光譜色越遠(yuǎn)、白光比例(bǐlì)越大，飽和度越低，色彩越平淡晦暗，越不鮮艷。如對白光來講，它的色飽和度為0（沒有色彩），純色的色飽和度是100%，指該彩色中不含白光。色彩(sècǎi)模型第十六頁，共51頁。2023/2/717HSI色彩(sècǎi)模型最直觀的色彩描述方法。用色調(diào)（Hue）、色飽和度（Saturation）和亮度（Intensity）來描述色彩。它與人類顏色視覺感知非常接近，但獨(dú)立于設(shè)備（設(shè)備造不出來，僅存在于軟件中）。這個模型有兩個特點(diǎn)：I分量與圖像的彩色信息無關(guān)；其二，H和S分量與人感受顏色的方式是緊密相連的。這些特點(diǎn)使得HSI模型比RGB色彩空間更符合(fúhé)人的視覺特性，非常適合于借助人的視覺系統(tǒng)來感知彩色特性的圖像處理算法。色彩(sècǎi)模型第十七頁，共51頁。2023/2/718HSI模型(móxíng)圖例色彩(sècǎi)模型第十八頁，共51頁。2023/2/719HSI與RGB的轉(zhuǎn)換(zhuǎnhuàn)公式HSI→RGBRGB→HSI色彩(sècǎi)模型演示(yǎnshì)第十九頁，共51頁。2023/2/720LAB色彩(sècǎi)模型一種能夠描述顏色感覺的標(biāo)準(zhǔn)語言，能夠用數(shù)學(xué)方法唯一精確定義顏色刺激所產(chǎn)生的感覺，這種模型就是LAB模型。L表示亮度，A賦予了從紅到綠的所有顏色，B賦予了從黃到藍(lán)的所有顏色，該模型覆蓋(fùgài)了全部的可見光色譜。該模型與設(shè)備無關(guān)（僅存在于數(shù)學(xué)/軟件中）。沒有提供直接顯示的格式，必須要轉(zhuǎn)換到其它色彩空間來顯示。色彩(sècǎi)模型第二十頁，共51頁。2023/2/721主要(zhǔyào)內(nèi)容色彩模型(móxíng)常見圖像文件格式BMP文件結(jié)構(gòu)BMP文件的讀寫與顯示色彩(sècǎi)模型與圖像文件基礎(chǔ)第二十一頁，共51頁。2023/2/722常見(chánɡjiàn)圖像文件格式BMP（.bmp）文件(wénjiàn)BMP（Bitmap位圖）是一種(yīzhǒnɡ)與設(shè)備無關(guān)（DIB）的圖像文件格式，是Windows環(huán)境中經(jīng)常使用的一種(yīzhǒnɡ)位圖格式。其特點(diǎn)是不進(jìn)行壓縮，包含的圖像信息豐富，但由此導(dǎo)致了占用磁盤空間過大的缺點(diǎn)。BMP在單機(jī)上非常流行，不受Internet網(wǎng)絡(luò)歡迎。采用的是RGB色彩系統(tǒng)。第二十二頁，共51頁。2023/2/723常見(chánɡjiàn)圖像文件格式GIF（.gif）文件(wénjiàn)GIF（GraphicsInterchangeFormat）是美國聯(lián)機(jī)服務(wù)商CompuServe針對當(dāng)時網(wǎng)絡(luò)傳輸帶寬的限制開發(fā)的圖像格式。其特點(diǎn)(tèdiǎn)是壓縮比高，磁盤空間占用較少，但不能存儲超過256色的圖像。在Internet上廣泛應(yīng)用：①它不僅可以存儲單幅靜止圖像，也可以同時存儲若干靜止圖像進(jìn)而形成連續(xù)的動畫；②指定透明區(qū)域；③漸顯方式。采用的是RGB色彩系統(tǒng)。第二十三頁，共51頁。2023/2/724常見(chánɡjiàn)圖像文件格式JPEG（.jpg）文件(wénjiàn)JPEG（JointPhotographicExpertsGroup）是利用JPEG方法(fāngfǎ)壓縮的圖像格式，有損壓縮、壓縮比非常高，但壓縮/解壓縮算法復(fù)雜、存儲和顯示速度慢。可以處理24位真彩色，適用于處理大幅的圖像。JPEG是Internet中最受歡迎的圖像格式。采用的是YCbCr色彩系統(tǒng)。第二十四頁，共51頁。2023/2/725常見(chánɡjiàn)圖像文件格式TIFF（.tif）文件(wénjiàn)TIFF（TagImageFileFormat）是一種獨(dú)立于操作系統(tǒng)和文件系統(tǒng)的格式，便于在軟件間進(jìn)行圖像數(shù)據(jù)交換。文件格式復(fù)雜，記錄的相關(guān)信息多（圖層、通道信息、多幅圖像）。該格式支持壓縮；支持單色、256色、24位真彩色、32位色、48位色等多種色彩位；同時(tóngshí)支持RGB、CMYK、YCbCr等多種色彩系統(tǒng)。

第二十五頁，共51頁。2023/2/726主要(zhǔyào)內(nèi)容色彩(sècǎi)模型常見圖像文件格式BMP文件結(jié)構(gòu)BMP文件的讀寫與顯示色彩(sècǎi)模型與圖像文件基礎(chǔ)第二十六頁，共51頁。2023/2/727BMP文件格式BMP文件(wénjiàn)的組成BMP文件(wénjiàn)可以分成四個部分：文件(wénjiàn)頭BITMAPFILEHEADER信息頭BITMAPINFOHEADER調(diào)色板Palette實(shí)際的位圖數(shù)據(jù)ImageDataWindows位圖BMP文件結(jié)構(gòu)示意圖

第二十七頁，共51頁。2023/2/728BMP文件格式文件(wénjiàn)頭BITMAPFILEHEADERtypedefstructtagBITMAPFILEHEADER{WORDbfType;//2個字節(jié)(zìjié)DWORDbfSize;//4個字節(jié)(zìjié)WORDbfReserved1;//2個字節(jié)(zìjié)WORDbfReserved2;//2個字節(jié)(zìjié)DWORDbfOffBits;//4個字節(jié)(zìjié)}BITMAPFILEHEADER;這個結(jié)構(gòu)的長度是固定的，為14個字節(jié)（WORD為無符號16位整數(shù)(zhěngshù)，DWORD為無符號32位整數(shù)(zhěngshù)），各個成員的說明如下：第二十八頁，共51頁。2023/2/729bfType指定文件類型，必須是0x424D，即字符串”BM”，也就是說所有.bmp文件的頭兩個字節(jié)都是”BM”bfSize指定文件大小，包括文件頭本身的14個字節(jié)bfReserved1，bfReserved2 為保留字，不用考慮bfOffBits 為從文件頭到實(shí)際的位圖數(shù)據(jù)的偏移字節(jié)數(shù)，即結(jié)構(gòu)(jiégòu)示意圖中前三個部分的長度之和。文件(wénjiàn)頭BITMAPFILEHEADERBMP文件格式第二十九頁，共51頁。2023/2/730BMP文件格式BMP文件(wénjiàn)的組成BMP文件可以分成(fēnchénɡ)四個部分：文件(wénjiàn)頭BITMAPFILEHEADER信息頭BITMAPINFOHEADER調(diào)色板Palette實(shí)際的位圖數(shù)據(jù)ImageDataWindows位圖BMP文件結(jié)構(gòu)示意圖

第三十頁，共51頁。2023/2/731信息(xìnxī)頭BITMAPINFOHEADERBMP文件格式typedefstructtagBITMAPINFOHEADER{DWORDbiSize;

LONGbiWidth;LONGbiHeight;WORDbiPlanes;WORDbiBitCount;DWORDbiCompression;DWORDbiSizeImage;

LONGbiXPelsPerMeter;

LONGbiYPelsPerMeter;

DWORDbiClrUsed;

DWORDbiClrImportant;

}BITMAPINFOHEADER;這個結(jié)構(gòu)的長度(chángdù)是固定的，為40個字節(jié)，各個成員的說明如下：第三十一頁，共51頁。2023/2/732信息(xìnxī)頭BITMAPINFOHEADERBMP文件格式biSize指定這個結(jié)構(gòu)的長度，固定(gùdìng)為40。biWidth指定圖像的寬度，單位是像素。biHeight指定圖像的高度，單位是像素。biPlanes必須是1，不用考慮。biBitCount指定表示顏色時要用到的位數(shù)，常用的值為1（黑白二色圖）,4（16色圖）,8（256色）,24（真彩色圖）。第三十二頁，共51頁。2023/2/733信息(xìnxī)頭BITMAPINFOHEADERBMP文件格式biCompression指定位圖是否壓縮。Windows位圖可以采用壓縮格式，但用的不多。我們只討論的不壓縮的情況，biCompression為BI_RGB（Windows定義好的常量）。biSizeImage位圖數(shù)據(jù)占用的字節(jié)數(shù)，可以通過圖像(túxiànɡ)的高度、寬度、顏色深度計(jì)算出來。如果biCompression為BI_RGB，則該項(xiàng)可以為零。第三十三頁，共51頁。2023/2/734信息(xìnxī)頭BITMAPINFOHEADERBMP文件格式biXPelsPerMeter指定目標(biāo)設(shè)備的水平分辨率，單位是每米的像素個數(shù)。biYPelsPerMeter指定目標(biāo)設(shè)備的垂直分辨率，單位同上。biClrUsed指定本圖象實(shí)際用到的顏色數(shù)（決定調(diào)色板數(shù)組元素的個數(shù)），如果該值為零，則用到的顏色數(shù)為2的biBitCount次方。biClrImportant指定本圖象中重要的顏色數(shù)，該值通常為零，即認(rèn)為(rènwéi)所有的顏色都是重要的。第三十四頁，共51頁。2023/2/735BMP文件格式BMP文件(wénjiàn)的組成BMP文件可以(kěyǐ)分成四個部分：文件(wénjiàn)頭BITMAPFILEHEADER信息頭BITMAPINFOHEADER調(diào)色板Palette實(shí)際的位圖數(shù)據(jù)ImageDataWindows位圖BMP文件結(jié)構(gòu)示意圖

第三十五頁，共51頁。2023/2/736什么(shénme)是調(diào)色板？為什么(shénme)要使用調(diào)色板？BMP文件格式先來看個簡單(jiǎndān)的例子：對一幅100x100的256色圖像，它共有10000個像素，如果每一個像素都用R、G、B三個分量表示，一個像素需要3個字節(jié)。圖像保存(bǎocún)下來的字節(jié)數(shù)為30000字節(jié)。

由于圖像最多有256種顏色，如果建立一個256行的顏色表，每一行記錄一種顏色的R、G、B值，這樣當(dāng)表示一個像素的顏色時，只需要指出顏色在第幾行。例如如果表中的第1行為RGB(255,0,0)，那么當(dāng)某個像素為紅色時，只需要表明1即可。通過顏色索引表來表示該圖象，256種顏色狀態(tài)可用1個字節(jié)表示，圖像數(shù)據(jù)只用100×100×1=10000字節(jié)，加上顏色表3×256，一共才10768字節(jié)。字節(jié)數(shù)大約只有前面法的1/3。第三十六頁，共51頁。2023/2/737為什么要使用(shǐyòng)調(diào)色板？BMP文件格式其實(shí)這張RGB表就是通常(tōngcháng)所說的調(diào)色板，它還有一個更確切的名稱“顏色查找表LUT（LookUpTable）”。引入調(diào)色板的目的是節(jié)約存儲空間。在Windows位圖中便使用到了調(diào)色板技術(shù)，不僅僅是Windows位圖，其他(qítā)許多圖像文件格式如“.gif”、“.tif”都用到了調(diào)色板。第三十七頁，共51頁。2023/2/738關(guān)于(guānyú)24位真彩色圖像的調(diào)色板BMP文件格式24位真彩圖象不需要(xūyào)調(diào)色板~！原因很簡單：如果使用調(diào)色板，表示一個像素顏色在調(diào)色板中的索引要用24位（因?yàn)楣灿?24種顏色，即調(diào)色板有224行），這和直接用R、G、B這3個分量表示用的字節(jié)數(shù)一樣，不但沒有(méiyǒu)節(jié)省任何空間，還要加上一個調(diào)色板所占的空間224×3個字節(jié)。第三十八頁，共51頁。2023/2/739調(diào)色板(Palette)

BMP文件格式調(diào)色板實(shí)際上是一個數(shù)組，共有biClrUsed個元素（如果該值為零，則有2的biBitCount次方個元素）。數(shù)組中每個元素的類型是一個RGBQUAD結(jié)構(gòu)，占4個字節(jié)，其定義如下：typedefstructtagRGBQUAD{BYTErgbBlue;//該顏色的藍(lán)色分量(fènliàng)BYTErgbGreen;//該顏色的綠色分量(fènliàng)BYTErgbRed;//該顏色的紅色分量(fènliàng)BYTErgbReserved;//保留值，不考慮}RGBQUAD;真彩色圖，不需要調(diào)色板的，BITMAPINFOHEADER后直接(zhíjiē)是位圖數(shù)據(jù)。第三十九頁，共51頁。2023/2/740關(guān)于(guānyú)灰度圖像的調(diào)色板BMP文件格式BMP格式的文件中并沒有灰度圖這個概念，但可以很容易地用BMP文件來表示灰度圖。方法是用256色的調(diào)色板，不過這個調(diào)色板有些特殊，每一項(xiàng)的RGB都相同。RGB值從(0,0,0)、(1,1,1)一直到(255,255,255)。(0,0,0)是全黑色，(255,255,255)是全白色。對于R=G=B的色彩，帶入YIQ或YUV色彩系統(tǒng)轉(zhuǎn)換公式(gōngshì)中可以看到只有亮度信息，顏色分量都是0，即沒有色彩信息。第四十頁，共51頁。2023/2/741BMP文件格式BMP文件(wénjiàn)的組成BMP文件可以分成(fēnchénɡ)四個部分：文件(wénjiàn)頭BITMAPFILEHEADER信息頭BITMAPINFOHEADER調(diào)色板Palette實(shí)際的位圖數(shù)據(jù)ImageDataWindows位圖BMP文件結(jié)構(gòu)示意圖

第四十一頁，共51頁。2023/2/742位圖數(shù)據(jù)(shùjù)BMP文件格式對于用到調(diào)色板的位圖，圖象數(shù)據(jù)就是該像素顏色在調(diào)色板中的索引(suǒyǐn)值，對于真彩色圖，圖象數(shù)據(jù)就是實(shí)際的R,G,B值。下面就2色，16色，256色位圖和真彩色位圖分別介紹。2色位圖，用1位就可以(kěyǐ)表示該像素的顏色（一般0表示黑，1表示白），一個字節(jié)可以(kěyǐ)表示8個像素。16色位圖，用4位可以(kěyǐ)表示一個像素的顏色，所以一個字節(jié)可以(kěyǐ)表示2個像素。256色位圖，一個字節(jié)表示1個像素。真彩色圖，三個字節(jié)表示1個像素。第四十二頁，共51頁。2023/2/743位圖數(shù)據(jù)(shùjù)——需要注意的兩點(diǎn)BMP文件格式①每一行的字節(jié)數(shù)必須是4的整倍數(shù)，如果不是，則需要補(bǔ)齊。②BMP文件的數(shù)據(jù)是從下到上，從左到右的。也就是說，從文件中最先讀到的是圖象最下面一行的左邊第一個像素，然后是左邊第二個像素。。。接下來是倒數(shù)第二行左邊第一個像素，左邊第二個像素。。。依次(yīcì)類推，最后得到的是最上面一行的最右一個像素。第四十三頁，共51頁。2023/2/744主要(zhǔyào)內(nèi)容色彩模型常見圖像文件(wénjiàn)格式BMP文件(wénjiàn)結(jié)構(gòu)BMP文件(wénjiàn)的讀寫與顯示色彩模型(móxíng)與圖像文件基礎(chǔ)第四十四頁，共51頁。2023/2/745顯示(xiǎnshì)位圖的WindowsAPI函數(shù)BMP文件(wénjiàn)的讀寫與顯示intStretchDIBits( HDChdc,//handletoDC intXDest,//x-coordofdestinationupper-leftcorner intYDest,//y-coordofdestinationupper-leftcorner intnDestWidth,//widthofdestinationrectangle intnDestHeight,//heightofdestinationrectangle intXSrc,//x-coordofsourceupper-leftcorner intYSrc,//y-coordofsourceupper-leftcorner intnSrcWidth,//widthofsourcerectangle intnSrcHeight,//heightofsourcerectangle

CONSTVOID

*lpBits,//bitmapbits

CONSTBITMAPINFO

*lpBitsInfo,//bitmapdata

UINTiUsage,//usageoptions DWORDdwRop//rasteroperationcode);第四十五頁，共51頁。2023/2/746顯示(xiǎnshì)位圖的關(guān)鍵BMP文件(wénjiàn)的讀寫與顯示文件(wénjiàn)頭BITMAPFILEHEADER信息頭BITMAPINFOHEADER調(diào)色板Palette實(shí)際的位圖數(shù)據(jù)ImageData指針1LPBITMAPINFOlpBitsInfo指針2VOID*lpBits指針2可由指針1獲得：LPVOIDlpBits=(LPVOID)&lpBitsInfo->bmiColors[lpBitsInfo->bmiHeader.biClrUsed];第四十六頁，共51頁。2023/2/747本講小結(jié)(xiǎojié)