数字图形图像技术课件

《数字图形图像技术课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《数字图形图像技术课件（73页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、多媒体技术与应用,第3章 数据压缩技术 第4章 数据存储技术 第5章 数字音频技术 第6章 数字图形图像技术 第7章 数字视频技术 第8章 网络多媒体技术 第9章 多媒体操作系统,第6章 数字图形图像技术,在多媒体技术领域中，图形（graphics）和图像（image或picture等）的概念是有区别的：图形一般指用计算机绘制（draw）的画面，如直线、圆、圆弧、矩形、任意曲线和图表等；而图像则是指由摄像机或扫描仪等输入设备捕捉的实际场景画面，或是以数字化形式存储的任意画面。,6.1 视觉媒体及其特性,视觉是人类最丰富的信息来源之一，从图形、图像、文字到可观察到的种种现象、形体动作等，都是通过

2、视觉来传递的，人类接受的信息约有70来自视觉。而所谓视觉媒体，就是指通过视觉传递信息的媒体，视觉媒体在多媒体技术中占有重要的位置。,6.1 视觉媒体及其特性,视觉媒体概括起来有以下几类。 1）位图，又称点阵图像：是一种对视觉信号进行直接量化的媒体形式，它以数字化的形式对构成图像的每一点上的颜色、亮度等相关信息进行描述和存储。根据量化后使用的二进制数的位数不同，又分为二值和灰度（彩色）图像两大类。 2）矢量图形：是一种抽象化了的图像，是对图像依据某个标准进行分析而产生的结果，它不直接描述数据的每一点，而是描述产生这些点的过程，并以指令集合的形式存储。,6.1 视觉媒体及其特性,3）动态图像：是由

3、多帧连续的静态画面（图形或图像）序列在时间轴上不断变化所形成的动态视觉感受。当每帧画面是实时获取的自然景物人物图像时，称其为动态影像视频，简称动态视频或视频；如果每帧画面是人工或计算机产生的图形时，称为动画；如果每帧画面是计算机产生的真实感图像时，称为三维真实感动画或三维动画。 4）符号：是对信息进行抽象的结果。符号可以表示数值，表示事物或事件，也可以表示语言。文本就是具有上下文相关特性的符号流。 5）其他：许多其他类型的信息也可转换为视觉的形式，如音乐可转换为乐谱，数值可转换为曲线图形等。,6.1 视觉媒体及其特性,视觉媒体具有准确、直观、具体、生动、高效、应用广泛、信息容量大等诸多优点，它

4、的参与使得多媒体技术的发展和应用更加广泛和诱人，使得交互式电视、可视电话、视频会议、视频点播等应用得以实现，向人们展示了全新的信息服务。视觉媒体数字化后的数据量非常大，对计算机的运算、存储、传输和处理等能力都提出了更高的要求。,6.2 彩色空间表示,离散化一幅彩色图像，是连续函数f（x, y）在空间坐标和彩色幅度上进行的。空间坐标x，y的离散化通常取128，256，512或1 024等值，而彩色幅度的离散化取决于所使用的彩色空间表示。,6.2.1 彩色的基本概念,彩色可用亮度（brightness）、色调（hue）和饱和度（saturation）来描述，称为彩色的三要素，人眼所看到的任一彩色光

5、都是这三个特性的综合效果。 亮度是光作用于人眼时所引起的对明亮程度的感觉，它与被观察物体的发光强度有关。显然，如果彩色光的强度降到使人看不到时，在亮度标尺上它应与黑色对应；同样，如果其强度变得很大，那么亮度等级应与白色对应。,6.2.1 彩色的基本概念,对于同一物体照射的光越强，反射光也越强，也称为越亮；对于不同的物体在相同照射情况下，反射越强者看起来越亮。此外，亮度感还与人类视觉系统的视敏函数有关，即便强度相同，不同颜色的光在照射同一物体时也会产生不同的亮度。 色调是当人眼看到一种或多种波长的光时所产生的彩色感觉，它反映颜色的种类，是决定颜色的基本特性，例如红色、棕色等都是指色调。某一物体的

6、色调，是指该物体在日光照射下所反射的各光谱成分作用于人眼的综合效果；对于透射物体，则是透过该物体的光谱综合作用的结果。,6.2.1 彩色的基本概念,饱和度是指颜色的纯度，即掺入白光的程度，或者说是指颜色的深浅程度。对于同一色调的彩色光，饱和度越深颜色越鲜明或者说越纯。例如，当红色加进白光之后冲淡为粉红色，其基本色调还是红色，但饱和度降低；换句话说，淡色的饱和度比鲜色要低一些。饱和度还和亮度有关，因为若在饱和的彩色光中增加白光的成分，增加了光能，因而变得更亮了，但是它的饱和度却降低了。如果在某色调的彩色光中，掺入别的彩色光，则会引起色调的变化，只有掺入白光时仅引起饱和度的变化。 通常把色调和饱和

7、度通称为色度，即：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。,6.2.1 彩色的基本概念,自然界常见的各种颜色光，都可由红（R）、绿（G）、蓝（B）三种颜色光按不同比例相配而成。同样，绝大多数颜色光也可以分解成红、绿、蓝三种色光。这就是色度学中最基本的原理三基色（RGB）原理。当然，三基色的选择并不是唯一的，也可以选择其他三种颜色作为三基色。但三种颜色必须相互独立，即任何一种颜色都不能由其他两种颜色合成。由于人眼对红、绿、蓝三种色光最敏感，因此，由这三种颜色相配所得的彩色范围也最广，一般都选这三种颜色作为基色。,6.2.1 彩色的基本概念,把三种基色光按不同比例相加称之为相

8、加混色，由红、绿、蓝三基色进行相加混色的情况如下：红色 + 绿色 = 黄色绿色 + 蓝色 = 青色红色 + 蓝色 = 品红红色 + 绿色 + 蓝色 = 白色 称黄、品红和青色为相加二次色。此外还可以看出：红色 + 青色 = 绿色 + 品红 = 蓝色 + 黄色 = 白色 称青色、品红和黄色分别是红、绿、蓝三色的补色。,6.2.1 彩色的基本概念,由于人眼对于相同程度单色光的主观亮度感觉不同，所以，用相同亮度的三基色混色时，如果把混色后所得色光亮度定义为100的话，那么人的主观感觉是绿光仅次于白光，是三基色中最亮的；红光次之，亮度约占绿光的一半；蓝光最弱，亮度约占红光的1/3。当白光的亮度用Y来表

9、示时，它和红、绿、蓝三色光的关系可以用如下的方程描述： Y = 0. 299R + 0.587G + 0.114B 这就是常用的亮度公式，它是根据美国国家电视制式委员会的NTSC制式推导得到的。,6.2.1 彩色的基本概念,如果采用PAL电视制式，白光的亮度公式将作如下改动： Y = 0.222R + 0.707G + 0.071B 两个公式不同的原因，是由于所选取的显示三基色不同。,6.2.2 彩色空间,在一个典型的多媒体计算机系统中，常常会涉及到用几种不同的彩色空间来表示图形和图像的颜色，如显示时采用RGB彩色空间，彩色全电视信号数字化时采用YUV彩色空间，为了便于彩色处理和识别，视觉系统

10、又常采用HSI彩色空间等。,6.2.2 彩色空间,1. RGB彩色空间 在多媒体技术中，用得最多的是RGB彩色空间表示，因为计算机彩色监视器的输入需要RGB的彩色分量，通过三个分量的不同比例，在显示屏幕上合成所需要的任意颜色。所以在多媒体系统中，不管中间过程采用什么形式的彩色空间表示，最后的输出一定要转换成RGB彩色空间表示。,6.2.2 彩色空间,2. YUV彩色空间 研究表明，人的视觉对亮度细节的敏感程度远大于对颜色细节的敏感程度，因此RGB体制并不适合人类的视觉特征。为此，在现代彩色电视系统中，通常采用三管彩色摄像机或彩色CCD摄像机，把摄得的彩色图像信号，经分色棱镜分成R0G0B0三个

11、分量的信号，分别进行放大和校正得到RGB，再经过矩阵变换电路得到亮度信号Y、色差信号R-Y和B-Y，最后发送端将这三个信号进行编码，用同一信道发送出去，这就是常用的YUV彩色空间。,6.2.2 彩色空间,3. HSI彩色空间 HSI彩色空间为多媒体计算机和计算机视觉彩色图像实时处理提供了有效的方法。HSI彩色空间的三个帧存储器的数据在处理彩色图像时是相互独立的，分别提供对解释彩色图像非常有用的信息。,6.2.2 彩色空间,采用HSI彩色空间能够减少彩色图像处理的复杂性，它更接近人对彩色的认识和解释。例如亮度是非彩色属性，它描述亮还是暗，彩色图像中的亮度对应于黑白图像中的灰度。在图像处理中常用的

12、算术操作或算法，例如作为边缘检测或边缘增强的卷积运算算子，只要对HSI彩色空间的亮度信号进行操作就可获得良好效果，而在RGB彩色空间要作上述运算就很不方便。在图像处理和计算机视觉中的大量算法都可在HSI彩色空间中方便地使用，它们可以分开处理而且是相互独立的。因此，在HSI彩色空间可以大大简化图像分析和处理的工作量。,6.2.2 彩色空间,4. 其他彩色空间表示 彩色空间表示还有很多种，如NTSC制式采用的YIQ彩色空间，CIE（国际照明委员会）制定的CIE XYZ、CIE LAB彩色空间，CCIR（Consultative Committee International Radio）制定的CC

13、IR601-2YCbCr彩色空间等。彩色空间的表示是可以相互转换的，例如YUV、YIQ和RGB之间的转换，HSI空间和RGB空间的转换等。,6.3 图像及其特征,图像通常是指人类视觉系统所感知的信息形式或人们心目中的有形想象，是图与像的总称，这里的图是指用描绘或摄影等方法得到的外在景物的相似物，而像则是指直接或间接的视觉印象。事实上，文字、图形、动态图像等多种媒体形式最终都是以图像的形式出现的。点阵图像即为最基本的一种图像形式。,6.3 图像及其特征,点阵图是指在空间和亮度上已经离散化了的图像。可以把点阵图考虑为一个矩阵，矩阵中的每个元素对应于图像中的一点，而元素的值对应于该点经量化后的灰度（

14、或颜色）等级。这个矩阵中的元素就称为像素，存放于显示器缓冲区中，与显示器上的显示点一一对应，故又称之为位图映射图像，简称位图。因此，点阵图像是以数字化的形式对构成图像的各个像素点的颜色和亮度等相关信息进行描述和存储。当点阵图像中的灰度（颜色）值仅为两个等级时，称之为二值图像，否则称之为灰度（彩色）图像。显然，灰度（彩色）等级越高，图像就越逼真。,6.3 图像及其特征,位图适合于表现层次和色彩比较丰富，包含大量细节，具有复杂的颜色、灰度或形状变化的图像，并可直接、快速地在屏幕上显示。与矢量图相比，位图占用的存储空间较大，一般需要对其进行数据压缩，其所需的存储空间可用下面的公式计算：文件的字节数

15、=（位图高度宽度深度）/ 8 其中，高度和宽度分别是位图图像垂直和水平方向上的像素个数；深度是存储图像像素点颜色信息的位数。例如，一幅640480的256色原始图像（未压缩）的数据量为： （640像素480像素8位）/ 8 = 307, 200个字节,6.3.1 分辨率,分辨率是指组成一幅图像的像素密度的度量方法，是决定图像质量的主要因素之一，有屏幕分辨率和图像分辨率之分。屏幕分辨率是屏幕上的最大显示区域，即水平与垂直方向的像素个数。屏幕分辨率与显示模式有关，例如，标准VGA图形卡的最高屏幕分辨率为640像素（水平）480像素（垂直）；图像分辨率是指数字图像的尺寸，即该图像的水平与垂直方向的像

16、素个数。例如，若一幅图像的分辨率为320240，计算机屏幕的分辨率为640480，则该图像在屏幕上显示时只占据了屏幕的四分之一。,6.3.1 分辨率,图像分辨率与屏幕分辨率相同时，所显示的图像正好占满整个屏幕区域；图像分辨率大于屏幕分辨率时，屏幕上只能显示出图像的一部分。尽管图像分辨率与屏幕分辨率是不同的概念，但通常由上下文能够判断出所指的是哪种分辨率。此外，在桌面出版等一些特定的应用场合，还可能使用其他度量单位（如英寸或厘米等）来确定分辨率。,6.3.1 分辨率,图像分辨率实际上决定了位图图像的显示质量。对于那些在扫描时采用低分辨率得到的图像，即使提高屏幕分辨率，也无法改善图像质量，因为这种方法仅仅是将一个像素的信息扩展成了几个像素的信息，并没有从根本上增加像素的数量。此外，出版业（他们更关心印在纸上的图像效果）也经常使用打印分辨率的概念，即dpi（每英寸点数），以衡量将图像打印在纸上的大小。,6.3.2 颜色深度,位图图像中每个像素的颜色（或灰度）信息被量化后将用若干数据位来表示，这些数的位数称为图像的颜色深度（也称为图像深度、颜