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1、多媒体技术基础 Fundamentals of Multimedia第 5 章 彩色数字图像基础 (2) Chapter 5 Fundamentals of Digital Color Image (2)赵 进 复旦大学计算机科学技术学院 http:/ 2009 INFO130130复旦大学 计算机科学技术学院多媒体技术基础2内容大纲图像的颜色模型 图像的基本属性 图像的分类 伽玛校正 JPEG 图像文件复旦大学 计算机科学技术学院多媒体技术基础3回顾图像的基本属性 4分辨率 (DPI)4像素深度 ( bits per pixel)4真/伪彩色 4表示法复旦大学 计算机科学技术学院多媒体技术基
2、础4像素深度与颜色像素深度是指位图中记录每个像素点所占的位 数，它决定了彩色图像中可出现的最多颜色数 ，或者灰度图像中的最大灰度等级数。图像的颜色需用三维空间来表示，如RGB颜 色空间，而颜色的空间表示法又不是惟一的， 所以每个像素点的像素深度的分配还与图像所 用的颜色空间有关。以最常用的RGB颜色空间为例，图像深度与 颜色的映射关系主要有真彩色、伪彩色和直接 色。 复旦大学 计算机科学技术学院多媒体技术基础5真彩色True Color 真彩色：指在组成一幅彩色图像的每个像 素值中，有R，G，B三个基色分量，每 个基色分量直接决定显示设备的基色强 度。【例1】用RGB 555表示的彩色图像，
3、R，G，B各用5位，用R，G，B分量大 小的值直接确定三个基色的强度，这样 得到的彩色是真实的原图彩色。复旦大学 计算机科学技术学院多媒体技术基础6真彩色【例2】如果用RGB 8:8:8方式表示一幅彩色图 像，就是R，G，B都用8位来表示，每个基色 分量占一个字节，可生成的颜色数就是224 16 777 216种。 用3个字节表示的真彩色图像所需要的存储空 间很大，而人的眼睛是很难分辨出这么多种颜 色的 因此在许多场合往往用RGB 5:5:5来表示，每 个彩色分量占5个位，再加1位显示属性控制位 ，共2个字节，生成的真颜色数目为215 = 32K 。 全彩色(full color)图像：特指R
4、GB 8:8:8，即图 像的颜色数为224。复旦大学 计算机科学技术学院多媒体技术基础7例子How many different colors can you see in 4a 640 480 pixel image?qOf course at most 640x480 4your window desktop?qDepends on resolution and size (e.g. 1024x768)A 24-bit system allows us to describe 224 = 16,777,216 different colors. In many cases, such a
5、high color resolution is not needed.复旦大学 计算机科学技术学院多媒体技术基础8如何节省空间分析图像中所有可能的颜色 假设为n种，通常 n 224 为每个色分配一个代码每个代码对应有RGB值 每个颜色的bit数为 log2n 例如：图像最多有1000种色，那么用于 表示一种颜色的bit数为 log21000 =10复旦大学 计算机科学技术学院多媒体技术基础9伪彩色Pseudo color4每个像素的颜色不是由每个基色分量的数值直接决定，而是 把像素值当作彩色查找表CLUT(color look-up table)的表项入 口地址，去查找一个显示图像时使用的R
6、，G，B强度值。 彩色查找表CLUT4也称为：colormap（颜色图）, palette（调色板）4是一个事先做好的表，表项入口地址也称为索引号，根据该 索引号可查找出包含实际R、G、B的强度值。4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。复旦大学 计算机科学技术学院多媒体技术基础10CLUT彩色图像本身的像素数值和彩色查找表的索引 号有一个变换关系，这个关系可以使用 Windows 95/98定义的变换关系，也可以使用 你自己定义的变换关系。 使用查找得到的数值显示的彩色本身是真的， 但由于CLUT可能没有完全包含原图的所有可 能彩色，故不一定反映图像原来真正的
7、颜色在VGA显示系统中，调色板就相当于颜色查 找表复旦大学 计算机科学技术学院多媒体技术基础1116色标准VGA调色板 代码 R G B 颜色名称 效果 0 0 0 0 黑(Black) 1 0 0 128 深蓝(Navy) 2 0 128 0 深绿(Dark Green) 3 0 128 128 深青(Dark Cyan) 4 128 0 0 深红(Maroon) 5 128 0 128 紫(Purple) 6 128 128 0 橄榄绿(Olive) 7 192 192 192 灰白(Light gray) 8 128 128 128 深灰(Dark gray) 9 0 0 255 蓝(
8、blue) 10 0 255 0 绿( green) 11 0 255 255 青(cyan) 12 255 0 0 红( red) 13 255 0 255 品红( magenta) 14 255 255 0 黄(Yellow) 15 255 255 255 白(white) 绿色 伪彩色值=10真彩色值=0 255 0复旦大学 计算机科学技术学院多媒体技术基础12真彩色和伪彩色图像之间的差别复旦大学 计算机科学技术学院多媒体技术基础13调色板的选取伪彩色一般用于65K色以下的显示方式 中。标准的调色板是在256K色谱中按色 调均匀地选取16种或256种颜色。一般应用中，有的图像往往偏向于某
9、一 种或几种色调，此时如果采用标准调色 板，则颜色失真较多。因此，同一幅图像，采用不同的调色板 显示可能会出现不同的颜色效果 复旦大学 计算机科学技术学院多媒体技术基础14例子 (调色板色彩数为16x16)真彩色显示，无需调色板 调色板与图像 原有颜色匹配 ，故颜色偏差 很小 调色板与原图 不匹配，图像 出现色偏 复旦大学 计算机科学技术学院多媒体技术基础15CLUTUsing the CLUT approach,4We waste space for storing the CLUT.4We save space by using fewer bits for each pixel.4Usu
10、ally the latter factor outweighs the first.复旦大学 计算机科学技术学院多媒体技术基础16直接色Direct Color 每个像素值分成R，G，B分量，每个分 量作为单独的索引值对它做变换。也就 是通过相应的彩色变换表找出基色强度 ，用变换后得到的R，G，B强度值产生 的彩色称为直接色。复旦大学 计算机科学技术学院多媒体技术基础17真彩色与直接色的比较l 相同之处是都采用R，G，B分量决定 基色强度 l 不同之处是前者的基色强度直接用R ，G，B决定，而后者的基色强度由R ，G，B经变换后决定。产生的颜色有 差别。 l 试验结果表明，使用直接色在VGA
11、显 示器上显示的彩色图像看起来真实、 很自然，虽然只有256色。复旦大学 计算机科学技术学院多媒体技术基础18直接色与伪彩色的比较相同之处是都采用查找表 不同之处是前者对R，G，B分量分别 进行变换，后者是把整个像素当作查 找表的索引值进行彩色变换。复旦大学 计算机科学技术学院多媒体技术基础19图像的分类矢量图与点位图4生成的图形图像的方法 灰度图与彩色图4颜色复旦大学 计算机科学技术学院多媒体技术基础20矢量图vector based image用一系列计算机指令来表示一幅图，如 画点、画线、画曲线、画圆、画矩形等 。 这种方法实际上是数学方法来描述一幅 图，然后变成许多的数学表达式，再编
12、程，用语言来表达。 在计算显示图时，也往往能看到画图的 过程。绘制和显示这种图的软件通常称 为绘图程序(draw programs)。复旦大学 计算机科学技术学院多媒体技术基础21矢量图特点矢量图的优点是： （1）缩放、旋转、移动时图像不会失真 （2）存储和传输时数据量较小。矢量图的缺点是： （1）图像显示时花费时间比较长。 （2）真实世界的彩色图像难以转化为矢 量图。常见矢量图的格式是ai(adobe illustrator), cdr(CORELDRAW) wmf eps swf 复旦大学 计算机科学技术学院多媒体技术基础22点位图bit mapped image 把一幅彩色图分成许多像素
13、，每个像素 用若干二进制位来指定该像素的颜色、 亮度和属性。 一幅图由许多描述每个像素的数据组成 ，这些数据通常称为图像数据，存储到 图像文件。复旦大学 计算机科学技术学院多媒体技术基础23点位图特点点位图的优点是： （1）显示速度快。 （2）真实世界的图像可以通过扫描仪、 数码相机、摄像机等设备方便的转化为 点位图。点位图的缺点是： （1）存储和传输时数据量比较大。 （2）缩放、旋转时算法复杂且容易失真 。复旦大学 计算机科学技术学院多媒体技术基础24矢量图与点位图矢量图与点位图矢量图点位图复旦大学 计算机科学技术学院多媒体技术基础25影响点位图文件大小的因素 1. 图像分辨率：分辨率越高，
14、组成一幅图的像 素越多，则图像文件越大。1. 像素深度：像素深度越深，表达单个像素颜 色和亮度的位数越多，图像文件就越大。而矢 量图文件的大小则主要取决图的复杂程度。矢量图侧重于绘制、创造；点位图偏重于获取 、复制复旦大学 计算机科学技术学院多媒体技术基础26灰度图与彩色图灰度图(gray-scale image)：按照灰度等 级的数目来划分。如果每个像素的像素 值用一个字节表示，灰度值级数就等于 256级，每个像素可以是0255之间的 任何一个值 单色图(monochrome image)：只有黑 白两种颜色的图像。每个像素值用1位存 储，值只有“0”或“1” 。复旦大学 计算机科学技术学院
15、多媒体技术基础27标准单色图 标准灰度图256色标准图像转换成的灰度图 复旦大学 计算机科学技术学院多媒体技术基础28黑白图象的表示Black and white image复旦大学 计算机科学技术学院多媒体技术基础29灰度图象的表示Gray scale image复旦大学 计算机科学技术学院多媒体技术基础30彩色图可按照颜色的数目来划分，例如256色图 像和真彩色(22416 777 216种颜色)等。256色标准图像24位标准图像复旦大学 计算机科学技术学院多媒体技术基础31彩色图象的表示彩色图象的表示R componentG componentB component复旦大学 计算机科学技术学院多媒体技术基础32伽马(gamma)校正一个图像系统中一般包含输入设备（扫 描仪、摄像机、数码相机）、存储设备 （胶片、磁盘）和输出设备三大模块。 各种涉及到光电转换的设备的输入输出 特性曲线一般是非线性的 4例如：CRT发射光的强度与输入电压不成正比复旦大学 计算机科学技术学院多媒体技术基础33复旦大学 计算机科学技术学院多媒体技术基础34这些非线性部件都有一个能够反映各自 特性的幂函数： 4 yxn 输出(输入) 4式中的(gamma)是幂函数的指数，它用来衡量非 线性部件的转换特性。这种特性称为幂-律
