第4章静态图像信息处理 学习目标 了解多媒体数据压缩编码的重要性和分类 ●掌握图像数据压缩编码常用算法的基本原理 了解常用图形、图像文件的基本格式及特点 ●理解静态图像压缩标准JPEG的工作原理和实现技术 ●了解图像信息获取的基本原理和方法 ●掌握用 Photoshop处理图像的基本方法
第4章 静态图像信息处理 学习目标 l 了解多媒体数据压缩编码的重要性和分类 l 掌握图像数据压缩编码常用算法的基本原理 l 了解常用图形、图像文件的基本格式及特点 l 理解静态图像压缩标准JPEG的工作原理和实现技术 l 了解图像信息获取的基本原理和方法 l 掌握用Photoshop处理图像的基本方法
第4章静态图像信息处理 ◆图像处理就是将客观世界中的物体映射成数字化图像, 然后用数学方法通过编程在计算机中进行处理、存储 和显示。与数字音频类似,数字图像的数据量一般都 比较大,在存储时会占用大量的空间,因此需要对图 像进行压缩编码。本章主要介绍色彩的基本概念和表 示方法、图像数据压缩的基本算法、图像的存储和编 辑处理的基本方法
第4章 静态图像信息处理 图像处理就是将客观世界中的物体映射成数字化图像， 然后用数学方法通过编程在计算机中进行处理、存储 和显示。与数字音频类似，数字图像的数据量一般都 比较大，在存储时会占用大量的空间，因此需要对图 像进行压缩编码。本章主要介绍色彩的基本概念和表 示方法、图像数据压缩的基本算法、图像的存储和编 辑处理的基本方法
4.1彩色空间表示及其转换 ◆4110须色的基本概念 ◆1.亮度、色调和饱和度 彩色可用亮度、色调和饱和度来描述,人眼看到任意彩色 光都是这三个特性的综合效果 ◆亮度是发射光或物体反射光明亮度程度的量度 色调是由于某种波长的颜色光使观察者产生的颜色感觉, 每个波长代表不同的色调。它反映颜色的种类,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 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
4.1 彩色空间表示及其转换 4.1.1 颜色的基本概念 1．亮度、色调和饱和度 彩色可用亮度、色调和饱和度来描述，人眼看到任意彩色 光都是这三个特性的综合效果。 亮度是发射光或物体反射光明亮度程度的量度 色调是由于某种波长的颜色光使观察者产生的颜色感觉， 每个波长代表不同的色调。它反映颜色的种类，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 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
1.亮度、色调和饱和度 ◆饱和度是颜色强度的度量。对于同一色调的彩色光,饱和度 越深颜色越鲜明或者越纯。例如红色和粉红色的区别,虽然 这两种颜色有相同的主波长,但一种也许是混合了更多的白 色在里面,因此显得不太饱和。 饱和度还与亮度有关,因为若在饱和的彩色光中增加白光的 成分,这增加了光能,因而变得更亮了,但它的饱和度却降 低了。 ◆通常把色调、饱和度统称为色度,上述内容总结为亮度表示 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
1．亮度、色调和饱和度 饱和度是颜色强度的度量。对于同一色调的彩色光，饱和度 越深颜色越鲜明或者越纯。例如红色和粉红色的区别，虽然 这两种颜色有相同的主波长，但一种也许是混合了更多的白 色在里面，因此显得不太饱和。 饱和度还与亮度有关，因为若在饱和的彩色光中增加白光的 成分，这增加了光能，因而变得更亮了，但它的饱和度却降 低了。 通常把色调、饱和度统称为色度，上述内容总结为亮度表示 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
2. 三基色(RGB)原理 ◆自然界常见的各种颜色光,都可由红(R)、绿(G)、 蓝(B)三种颜色按不同的比例相配而成,这就是色度学 中最基本的原理 基色原理。 ◆三基色的选择必须遵循一条规律:任一种颜色都不能由其 他两种颜色合成。因为人的眼睛对红、绿、蓝这三种色光 最敏感,因此,以这三种颜色作为基色相配来获得彩色得 到了最为广泛的应用
2．三基色（RGB）原理 自然界常见的各种颜色光，都可由红（R）、绿（G）、 蓝（B）三种颜色按不同的比例相配而成，这就是色度学 中最基本的原理——三基色原理。 三基色的选择必须遵循一条规律：任一种颜色都不能由其 他两种颜色合成。因为人的眼睛对红、绿、蓝这三种色光 最敏感，因此，以这三种颜色作为基色相配来获得彩色得 到了最为广泛的应用
◆把三种基色光按不同的比例相加称之为相加混色 某种颜色和这三种颜色之间的关系可用下面的式子来描述: R(红色的百分比)+G(绿色的百分比)+B(蓝色的百分比)=颜色 用公式表达如下: 红色(100%)+绿色(100%)+蓝色(0%)=黄色 红色(100%)+蓝色(100%)+绿色(0%)=品红 绿色(100%)+蓝色(100%)+红色(0%)=青色 红色(100%)+绿色(100%)+蓝色(100%)=白色 红/黄 绿 我们称青色丶、品红和黄色为红 白 绿丶蓝三色的补色,从图41中 品红 青 还可以看出: 红色+青色=绿色+品红=蓝色+ 蓝 黄色=白色 相加混色之三基色及其补色
把三种基色光按不同的比例相加称之为相加混色。 某种颜色和这三种颜色之间的关系可用下面的式子来描述： R（红色的百分比）＋G（绿色的百分比）＋B（蓝色的百分比）＝颜色 用公式表达如下： 红色（100%）+绿色（100%）+蓝色（0%）= 黄色 红色（100%）+蓝色（100%）+绿色（0%）= 品红 绿色（100%）+蓝色（100%）+红色（0%）= 青色 红色（100%）+绿色（100%）+蓝色（100%）= 白色 我们称青色、品红和黄色为红、 绿、蓝三色的补色，从图4-1中 还可以看出： 红色+青色=绿色+品红= 蓝色+ 黄色= 白色
4.1.2色彩的空间表示 ◆在多媒体系统中常涉及到用几种不同的色彩空间表示图形 和图像的颜色,如计算机显示时采用RGB彩色空间或色彩 模型;在彩色全电视数字化时使用YUV色彩模型;彩色印 刷时采用CMYK模式等。不同的彩色空间对应不同的应用场 ,在图像的生成、存储、处理及显示时对应不同的彩色 空间,需要做不同的处理和转换
4.1.2 色彩的空间表示 在多媒体系统中常涉及到用几种不同的色彩空间表示图形 和图像的颜色，如计算机显示时采用RGB彩色空间或色彩 模型；在彩色全电视数字化时使用YUV色彩模型；彩色印 刷时采用CMYK模式等。不同的彩色空间对应不同的应用场 合，在图像的生成、存储、处理及显示时对应不同的彩色 空间，需要做不同的处理和转换
1.RGB彩色空间 ◆由于某种颜色可以由红(R)、绿(G)、蓝(B)三种色光按不 同的比例相加混色来得到,如果将R、G、B看成三个变量,就形 成RGB三维彩色空间。在多媒体计算机中,用的最多的是RGB彩 色空间。不管其中采用什么形式的彩色空间表示方法,多媒体系 统最终的输出一定要转换成RGB空间表示 ◆对任意彩色光F,其配色方程可写成 ◆F=r[R]+g[G]+b[B] g 510 2.0 其中r、g、b为三色系数r[R],q[G,b[B] 为F色光的三色分量。任意一种色光,其 530 色度可由相对色系数中的任意两个唯一的 550 确定。因此,各种彩色的色度可以用二维 函数表示。用r和g作为直角坐标系中两个 0.5 直角坐标所画的各种色度的平面图形,就 -1.5-1.00.546 叫RGB色度图,如右图 0.2
1．RGB彩色空间 由于某种颜色可以由红（R）、绿（G）、蓝（B）三种色光按不 同的比例相加混色来得到，如果将R、G、B看成三个变量，就形 成RGB三维彩色空间。在多媒体计算机中，用的最多的是RGB彩 色空间 。不管其中采用什么形式的彩色空间表示方法，多媒体系 统最终的输出一定要转换成RGB空间表示。 对任意彩色光F，其配色方程可写成： F=r[R]+g[G]+b[B] 其中r、g、b为三色系数r[R]，g[G]，b[B] 为F色光的三色分量。任意一种色光，其 色度可由相对色系数中的任意两个唯一的 确定。因此，各种彩色的色度可以用二维 函数表示。用r和g作为直角坐标系中两个 直角坐标所画的各种色度的平面图形，就 叫RGB色度图，如右图
2.HSI色彩空间 ◆HS色彩空间指从人的视觉系统出发, 用色调(hue)、色饱和度 ( saturation或 chroma)和亮度 ( intensity或 brightness)来描述色 彩。HsI色彩空间可以用一个圆锥空间 模型来描述,其中以亮度工为纵轴,色 颜色立体图 白 调H为绕着圆锥截面度量的色环,色饱 和度S为穿过中心的半径横轴。亮度值 是沿着圆锥的轴线度量的,沿着圆锥轴 线上的点表示完全不饱和的颜色。按照 蓝 红 不同的灰度等级,最亮点为纯白色,最 绿黄 暗点为纯黑色。圆锥截面的圆周一圈上 的颜色为完全饱和的纯颜色。 色立体图
2．HSI色彩空间 HSI色彩空间指从人的视觉系统出发， 用色调（hue）、色饱和度 （saturation或chroma）和亮度 （intensity或brightrless）来描述色 彩。HSI色彩空间可以用一个圆锥空间 模型来描述，其中以亮度I为纵轴，色 调H为绕着圆锥截面度量的色环，色饱 和度S为穿过中心的半径横轴。亮度值 是沿着圆锥的轴线度量的，沿着圆锥轴 线上的点表示完全不饱和的颜色。按照 不同的灰度等级，最亮点为纯白色，最 暗点为纯黑色。圆锥截面的圆周一圈上 的颜色为完全饱和的纯颜色
◆人的视觉对亮度的敏感程度远强于对颜色浓淡的敏感程度,当图像亮度有变化 时视觉反应明显,而当颜色浓淡有变化时视觉往往没有反应 ◆由于HSI色彩空间更接近人对色彩的认识和解释,因此采用HSI方式能够减少彩 色图像处理的复杂性,提高处理速度。 ◆在图像处理和计算机视觉中大量算法都可在HSI色彩空间中方便地使用,它们可 以分开处理而且是相互独立的。因此,用HSI色彩空间可以大大简化图像分析和 处理的工作量。 ◆HSI色彩空间和RGB色彩空间只是同一物理量的不同表示法,因而它们之间存在 着转换关系,如公式(4-1)所示。彩色图像的获取可采用RGB空间,图像的编 辑可采用HSI空间。 36d90- arctan(=)+(0G>B,180,G<B) 其中: F 2R-g-B G-B S=1-min(R, G, B) r+gtB (4 3
人的视觉对亮度的敏感程度远强于对颜色浓淡的敏感程度，当图像亮度有变化 时视觉反应明显，而当颜色浓淡有变化时视觉往往没有反应。 由于HSI色彩空间更接近人对色彩的认识和解释，因此采用HSI方式能够减少彩 色图像处理的复杂性，提高处理速度。 在图像处理和计算机视觉中大量算法都可在HSI色彩空间中方便地使用，它们可 以分开处理而且是相互独立的。因此，用HSI色彩空间可以大大简化图像分析和 处理的工作量。 HSI色彩空间和RGB色彩空间只是同一物理量的不同表示法，因而它们之间存在 着转换关系，如公式（4-1）所示。彩色图像的获取可采用RGB空间，图像的编 辑可采用HSI空间。 ) (0, ;180, )] 3 [90 arctan( 360 1 G B G B F H = − + 其中： 3 min( , , ) 1 G - B 2R - G - B F R G B I I R G B S + + = = − = （4-1）