課件1 chap4多媒體圖像處理

Chap4多媒體圖像處理Chap4多媒體圖像處理本章內(nèi)容：4.1視覺特性和視覺基礎(chǔ)4.2顏色模型和顏色空間4.3數(shù)字圖像處理技術(shù)4.4媒體表示和存儲(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)4.5靜態(tài)圖像壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)JPEG4.1視覺特性和視覺基礎(chǔ)多媒體中的視覺媒體元素及特征動(dòng)畫視頻圖形圖像視覺系統(tǒng)對(duì)顏色的感知

顏色?物體?顏色？視覺系統(tǒng)對(duì)顏色的感知視覺系統(tǒng)對(duì)顏色的感知特性：（1）眼睛本質(zhì)上是一個(gè)照相機(jī)；（2）紅、綠和藍(lán)三種錐體細(xì)胞對(duì)不同頻率、亮度的光的感知程度不同；（3）自然界中的任何一種顏色都可以由Red，Green，Blue這三種之和來確定。視覺系統(tǒng)對(duì)顏色的感知視覺系統(tǒng)對(duì)顏色和亮度的響應(yīng)特性曲線（各個(gè)波長(zhǎng)的光的強(qiáng)度相等）4.2顏色模型和顏色空間從人的主觀感覺角度，顏色包含三個(gè)要素：1、色調(diào)：色調(diào)反映顏色的類別，如紅色、綠色、藍(lán)色等。色調(diào)大致對(duì)應(yīng)光譜分布中的主波長(zhǎng)。2、飽和度 飽和度是指彩色光所呈現(xiàn)顏色的深淺或純潔程度。對(duì)于同一色調(diào)的彩色光，其飽和度越高，顏色就越深，或越純；而飽和度越小，顏色就越淺，或純度越低?？赏ㄟ^摻入白光而降低飽和度3、亮度

亮度是光作用于人眼時(shí)引起的明亮程度的感覺。 是視覺系統(tǒng)對(duì)可見物體輻射或者發(fā)光多少的感知屬性。大量試驗(yàn)表明，人的眼睛能分辨128種不同的色調(diào)，10－30種不同的飽和度，對(duì)亮度非常敏感。

顏色模型顏色模型

——是用來精確標(biāo)定和生成各種顏色的一套規(guī)則和定義。 某種顏色模型所標(biāo)定的所有顏色就構(gòu)成了一個(gè)顏色空間。顏色空間通常用三維模型表示，空間中的顏色通常使用代表三個(gè)參數(shù)的三維坐標(biāo)來指定。顏色模型三基色（RGB）原理

——自然界常見的各種顏色光，都可由紅（R）、綠（G）、藍(lán)（B）三種顏色按不同的比例相配而成。三基色的選擇不是唯一的！但必須遵循一條規(guī)律：任一種顏色都不能由其它兩種顏色合成。顏色模型對(duì)比

顏色空間(1).計(jì)算機(jī)顯視器RGB彩色空間RGB彩色空間又稱加色法系統(tǒng)，三種顏色均無時(shí)顯示黑色。在RGB彩色空間，任意彩色光F，其配色方程可寫成：

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).彩色印刷CMYK彩色空間彩色印刷采用青色、品紅、黃色和黑色四種油墨印刷各種顏色，通常把這四種顏色簡(jiǎn)稱CMYK。CMYK彩色空間又稱減色法系統(tǒng)。添加黑色？！相加色與相減色的關(guān)系RGB顏色000黑

001藍(lán)

010綠

011青

100紅

101品紅

110黃

111白相加色相減色青色品紅黃色000白

001黃

010品紅

011紅

100青

101綠

110藍(lán)

111黑(3).彩色電視YUV和YIQ彩色空間

現(xiàn)代彩色電視系統(tǒng)中，通常把攝得的彩色圖像信號(hào)，經(jīng)分色棱鏡分成R0G0B0三個(gè)分量的信號(hào)，再經(jīng)過矩陣變換電路得到亮度信號(hào)Y、色差信號(hào)R-Y和B-Y，這就是常用的YUV彩色空間。

Y信號(hào)分量構(gòu)成黑白灰度圖，U、V構(gòu)成另外兩幅單色圖。 優(yōu)點(diǎn)：解決黑白電視機(jī)和彩色電視機(jī)的兼容問題；可以利用人眼特性來降低數(shù)字彩色圖像所需的存儲(chǔ)容量，大面積涂色。

美國(guó)、日本等國(guó)采用的NTSC制，選用了YIQ彩色空間，Y仍為亮度信號(hào)，I、Q仍為色差信號(hào)（它們與U、V不同）。 通過一定的變換，I對(duì)應(yīng)于人眼最敏感的色度，而Q對(duì)應(yīng)于人眼最不敏感的色度。(4).HSL彩色空間在HSL彩色空間中，人們常用色調(diào)（H）、飽和度（S）、亮度（L）描述顏色特性。HSL彩色空間能夠減少彩色圖像處理的復(fù)雜性，而且更接近人對(duì)色彩的認(rèn)識(shí)和解釋。RGB模型和CMYK模型主要是面向設(shè)備的，而HSL模型更容易被人理解和控制。顏色的輸入4.3數(shù)字圖像處理技術(shù)1、數(shù)字圖像的分類

根據(jù)圖像表達(dá)方式不同矢量圖點(diǎn)位圖根據(jù)圖像色彩不同灰度圖彩色圖矢量圖與點(diǎn)位圖1）矢量圖

用一系列計(jì)算機(jī)指令來表示一幅圖，如畫點(diǎn)、畫線、畫曲線、畫圓、畫矩形等。

優(yōu)點(diǎn)是：（1）縮放、旋轉(zhuǎn)、移動(dòng)時(shí)圖像不會(huì)失真。（2）存儲(chǔ)和傳輸時(shí)數(shù)據(jù)量較小。缺點(diǎn)是：（1）圖像顯示時(shí)花費(fèi)時(shí)間比較長(zhǎng)。（2）真實(shí)世界的彩色圖像難以轉(zhuǎn)化為矢量圖。矢量圖

看到繪圖過程管理每一小塊圖像構(gòu)造圖庫(kù)不適用于復(fù)雜圖2）點(diǎn)位圖

——是將一副圖像在空間上離散化，即將圖像分成許許多多的像素，每個(gè)象素用若干個(gè)二進(jìn)制位來指定該像素的顏色或灰度值。優(yōu)點(diǎn)是：（1）顯示速度快。

（2）真實(shí)世界的圖像可以通過掃描儀、數(shù)碼相機(jī)、攝像機(jī)等設(shè)備方便的轉(zhuǎn)化為點(diǎn)位圖。缺點(diǎn)是：（1）存儲(chǔ)和傳輸時(shí)數(shù)據(jù)量比較大。

（2）縮放、旋轉(zhuǎn)時(shí)算法復(fù)雜且容易失真。點(diǎn)位圖

×8矢量圖放大后會(huì)怎樣？矢量圖點(diǎn)位圖灰度圖與彩色圖標(biāo)準(zhǔn)單色圖標(biāo)準(zhǔn)灰度圖300KB37.5KB(640X480)彩色圖256色標(biāo)準(zhǔn)圖像24位標(biāo)準(zhǔn)圖像（真彩色）16777216種顏色2、圖像的基本屬性采用像素矩陣（位圖）來表示，每個(gè)像素用若干個(gè)二進(jìn)制位來指定該像素的顏色、亮度和屬性。圖像處理時(shí)要考慮的基本屬性：分辨率圖像深度圖像文件大小真/偽彩色分辨率顯示分辨率：

指顯示屏上能夠顯示的像素?cái)?shù)目；圖像分辨率： 數(shù)字化圖像的大小，即該圖像的水平與垂直方向的像素個(gè)數(shù)。顯示分辨率圖像分辨率圖像深度

圖像深度（也稱圖像灰度、顏色深度）表示位圖圖像中每個(gè)像素上用于表示顏色的二進(jìn)制數(shù)字位數(shù)。顏色深度與顯示的顏色數(shù)目顏色深度顏色總數(shù)圖像名稱12單色圖像416索引16色圖像8256索引256色圖像1665536HI—Color

圖像2416672216TrueColor

圖像真彩色、偽彩色與直接色真彩色：彩色圖像的每個(gè)像素值中，有R，G，B三個(gè)基色分量，每個(gè)基色分量直接決定顯示設(shè)備的基色強(qiáng)度，這樣產(chǎn)生的彩色稱為真彩色。偽彩色：把像素值當(dāng)作彩色查找表的表項(xiàng)入口地址，去查找一個(gè)顯示圖像時(shí)使用的R，G，B強(qiáng)度值，用查找出的R，G，B強(qiáng)度值產(chǎn)生的彩色稱為偽彩色。直接色：每個(gè)像素值分成R，G，B分量，每個(gè)分量作為單獨(dú)的索引值對(duì)它做變換，用變換后得到的R，G，B強(qiáng)度值產(chǎn)生的彩色稱為直接色。圖像文件大小用字節(jié)表示圖像文件大小時(shí)，一幅未經(jīng)壓縮的數(shù)字圖像的數(shù)據(jù)量大小計(jì)算如下： 圖像數(shù)據(jù)量大小=像素總數(shù)×圖像深度÷8

例如：一幅640×480像素的256色圖像大?。?/p>

640×480×8／8=307200字節(jié)比較:寬度：271高度：300顏色：2大小：10.2KB寬度：271高度：300顏色：4大?。?0.3KB比較:寬度：271高度：300顏色：256大小：81.3KB寬度：271高度：300顏色：真彩色大?。?43.9KB伽馬(

)校正一個(gè)圖像系統(tǒng)中一般包含輸入設(shè)備（掃描儀、攝像機(jī)、數(shù)碼相機(jī)）、存儲(chǔ)設(shè)備（膠片、磁盤）和輸出設(shè)備三大模塊。各種涉及到光電轉(zhuǎn)換的設(shè)備的輸入輸出特性曲線一般是非線性的，且表現(xiàn)為冪函數(shù)的形式：y＝xn

輸出＝(輸入)γ

（按照慣例，“輸入”和“輸出”都縮放到0-1之間）。所以整個(gè)圖像系統(tǒng)的傳遞函數(shù)是一個(gè)冪函數(shù)。

＝

1×2×…×

n一個(gè)圖像系統(tǒng)追求的目標(biāo)：真實(shí)的再現(xiàn)原始場(chǎng)景。明亮環(huán)境，使圖像系統(tǒng)γ＝1； 暗淡環(huán)境，γ

1.25；黑暗環(huán)境，γ

1.5。實(shí)際圖像系統(tǒng)的

值并非符合我們要求的

值，且是不能隨意改變的。為了在不同場(chǎng)景觀看到“原始場(chǎng)景”，可在適當(dāng)?shù)胤郊尤胍粋€(gè)中間環(huán)節(jié)來校正整個(gè)系統(tǒng)的

值，即伽馬（

）校正。

Photoshop中提供的Gamma校正功能4.4媒體表示和存儲(chǔ)格式圖像及圖像文件格式

圖像是由一些排成行和列的點(diǎn)組成的，通常稱為位圖或點(diǎn)陣圖。 圖像文件在計(jì)算機(jī)中的存儲(chǔ)格式有多種，如”.BMP”、”.PCX”、”.TIF”、”.TGA”、“.GIF”、”.JPG”等。1．BMP格式

BMP是標(biāo)準(zhǔn)的WINDOWS和OS/2的圖形和圖像的基本位圖格式，有壓縮（RLE）和非壓縮之分。BMP支持黑白圖像、16色和256色的偽彩色圖像以及RGB真彩色圖像。2．

GIF格式

GIF是壓縮圖像存儲(chǔ)格式，它使用LZW壓縮方法，壓縮比較高，文件長(zhǎng)度較小。支持黑白圖像、16色和256色的彩色圖像。3．JPG格式

JPG使用JPEG方法進(jìn)行圖像數(shù)據(jù)壓縮。這種格式的最大特點(diǎn)是文件非常小。它是一種有損壓縮的靜態(tài)圖像文件存儲(chǔ)格式。支持灰度圖像、RGB真彩色圖像和CMYK真彩色圖像。4．TIF格式

TIF格式是工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)格式，支持所有圖像類型。文件分成壓縮和非壓縮兩大類。5．PCX格式 是使用行程長(zhǎng)度編碼（RLE）方法進(jìn)行壓縮的圖像文件格式文件。支持黑白圖像、16色和256色的偽彩色圖像、灰度圖像以及RGB真彩色圖像。6．PCD格式

PCD格式是Photo-CD的專用存儲(chǔ)格式，文件中含有從專業(yè)攝影照片到普通顯示用的多種分辨率的圖像，所以數(shù)據(jù)量都非常大。

比較：Einstein.bmp顏色：真彩色大?。?39.1KB壓縮比：1.0Einstein.gif顏色：256大?。?1.4KB壓縮比：1.3Einstein.jpg顏色：真彩色大?。?1.1KB壓縮比：21.4Einstein.tif顏色：真彩色大小：238.4KB壓縮比：1.0比較：4.5靜態(tài)圖像壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)JPEGJPEG(Joint

PhotographicExpertsGroup，聯(lián)合圖像專家小組)由ISO和CCITT（國(guó)際電報(bào)電話咨詢委員會(huì)）兩個(gè)組織機(jī)構(gòu)聯(lián)合負(fù)責(zé)制定；國(guó)際上通用的靜態(tài)數(shù)字圖像數(shù)據(jù)壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)；適用范圍很廣，既可用于灰度圖像又可用于彩色圖像；不僅適于靜止圖像的壓縮，電視圖像的幀內(nèi)圖像的壓縮編碼也常采用此算法；JPEG標(biāo)準(zhǔn)還可以大范圍地調(diào)節(jié)圖像壓縮率及其保真度。JPEG專家組開發(fā)了兩種基本的壓縮算法： -以離散余弦變換(DCT)為基礎(chǔ)的有損壓縮算法；

基于有損算法時(shí)，在25:1的壓縮比情況下，壓縮還原后的圖像與原始圖像差異極小，非圖像專家很難察覺，因此得到廣泛應(yīng)用。 -以預(yù)測(cè)技術(shù)為基礎(chǔ)的DPCM無損壓縮算法。

BMP/2.81MJPEG/124KJPEG編碼標(biāo)準(zhǔn)

譯碼或者叫做解壓縮的過程與壓縮編碼過程正好相反。JPEG算法主要步驟第1步：分塊并正向離散余弦變換（FDCT）

對(duì)每個(gè)單獨(dú)的彩色圖像分量，把整個(gè)分量圖像分成8×8的圖像塊，如圖所示，并作為兩維離散余弦變換DCT的輸入。通過DCT變換，把能量集中在少數(shù)幾個(gè)系數(shù)上。第2步：量化

對(duì)經(jīng)過