05彩色數(shù)字圖像基礎(chǔ)

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1、第五章彩色數(shù)字圖像基礎(chǔ)本章學(xué)習(xí)目標(biāo)掌握彩色數(shù)字圖像的基本知識了解顏色度量體系、顏色空間變換掌握J(rèn)PEG壓縮標(biāo)準(zhǔn)和圖像文件存儲(chǔ)格式統(tǒng)計(jì)資料：認(rèn)為人們獲取的信息的70％來自視覺系統(tǒng)，實(shí)際就是圖像和電視。圖像數(shù)字化之后的數(shù)據(jù)量非常大，在因特網(wǎng)上傳輸時(shí)很費(fèi)時(shí)間。數(shù)據(jù)壓縮了解人的視覺系統(tǒng)如何認(rèn)識彩色、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中如何表示彩色圖像。研究必要性5.1、彩色數(shù)字圖像基礎(chǔ)視覺媒體研究的必要性面臨的問題解決方案前提條件研究線路5.1、彩色數(shù)字圖像基礎(chǔ)圖像數(shù)據(jù)壓縮依據(jù)圖像數(shù)據(jù)中有許多重復(fù)的數(shù)據(jù)——數(shù)學(xué)方法2.人的眼睛對圖像細(xì)節(jié)

2、和顏色的辨認(rèn)有一個(gè)　　極限——去掉超過極限的部分無損壓縮技術(shù)有損壓縮技術(shù)顏色：視覺系統(tǒng)對可見光的感知結(jié)果。視覺系統(tǒng)對顏色的感知特性：眼睛本質(zhì)上是一個(gè)照相機(jī)紅綠藍(lán)三種錐體細(xì)胞對不同頻率的光的感知程度不同，對不同亮度的感知程度也不同，故可以使用數(shù)字圖像處理技術(shù)來降低表示圖像的數(shù)據(jù)量而不使人感到圖像質(zhì)量明顯下降自然界中任何一種顏色都可以由R、G、B這三種顏色之和來確定，它們構(gòu)成一個(gè)三維的RGB矢量空間視覺系統(tǒng)對顏色的感知5.1、彩色數(shù)字圖像基礎(chǔ)絕大部分可見光譜可用紅、綠和藍(lán)(RGB)三色光按不同比例和強(qiáng)度的混合

3、來表示。在顏色重疊的位置，產(chǎn)生青色、洋紅和黃色。因?yàn)镽GB顏色合成產(chǎn)生白色，它們也叫作加色。將所有顏色加在一起產(chǎn)生白色──就是說，所有光被反射回眼睛。加色用于光照、視頻和顯示器。例如，顯示器通過紅、綠和藍(lán)熒光粉發(fā)射光線產(chǎn)生彩色。圖像的顏色模型5.1、彩色數(shù)字圖像基礎(chǔ)RGB相加混色模型CMYK模型以打印在紙張上油墨的光線吸收特性為基礎(chǔ)，白光照射到半透明油墨上時(shí)，部分光譜被吸收，部分被反射回眼睛。理論上，青色(Cyan)、洋紅(Magenta)和黃色(Yellow)色素能合成吸收所有顏色并產(chǎn)生黑色。由于這個(gè)原

4、因，這些顏色叫作減色。因?yàn)樗写蛴∮湍紩?huì)包含一些雜質(zhì)，這三種油墨實(shí)際上產(chǎn)生一種土灰色，必須與黑色(blacK)油墨混合才能產(chǎn)生真正的黑色。將這些油墨混合產(chǎn)生顏色叫作四色印刷。圖像的顏色模型5.1、彩色數(shù)字圖像基礎(chǔ)CMY相減混色模型圖像的顏色模型相加色與相減色的關(guān)系5.1、彩色數(shù)字圖像基礎(chǔ)圖像的三個(gè)基本屬性5.1、彩色數(shù)字圖像基礎(chǔ)分辨率：顯示分辨率、圖像分辨率像素深度：存儲(chǔ)每個(gè)像素所用的位數(shù)真彩色、偽彩色、直接色標(biāo)準(zhǔn)單色圖標(biāo)準(zhǔn)灰度圖圖像的種類5.1、彩色數(shù)字圖像基礎(chǔ)256色標(biāo)準(zhǔn)圖像24位標(biāo)準(zhǔn)圖像圖像的種類

5、5.1、彩色數(shù)字圖像基礎(chǔ)256色標(biāo)準(zhǔn)圖像轉(zhuǎn)換成的灰度圖24位標(biāo)準(zhǔn)圖像轉(zhuǎn)換成的灰度圖圖像的種類5.1、彩色數(shù)字圖像基礎(chǔ)y＝xn?輸出＝(輸入)γγ的概念光電轉(zhuǎn)換特性都是非線性的：冪函數(shù)特性(power-law)按照慣例，“輸入”和“輸出”都縮放到0～1之間。整個(gè)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)是一個(gè)冪函數(shù)：它的指數(shù)γ等于所有單個(gè)部件的γ的乘積。真實(shí)地再現(xiàn)原始場景明亮環(huán)境γ＝1暗淡環(huán)境γ?1.25黑暗環(huán)境γ?1.5Γ校正5.1、彩色數(shù)字圖像基礎(chǔ)γ校正CRT顯示設(shè)備γ?2.5NTSC電視標(biāo)準(zhǔn)需要攝象機(jī)具有γ＝0.45的冪函數(shù)，現(xiàn)

6、在采納γ＝0.5的冪函數(shù)。PAL和SECAM電視標(biāo)準(zhǔn)指定攝象機(jī)需要具有γ＝0.36的冪函數(shù)，實(shí)際的攝象機(jī)可能會(huì)設(shè)置成γ＝0.45或者0.5。適合“暗淡環(huán)境”。可引入γ值非線性轉(zhuǎn)換函數(shù)的環(huán)節(jié)：camera_gamma：攝象機(jī)中圖像傳感器的γencoding_gamma：編碼器編碼圖像文件時(shí)引入γdecoding_gamma：譯碼器讀圖像文件時(shí)引入γLUT_gamma：圖像幀緩存查找表中引入γCRT_gamma：CRT的γ(通常γ＝2.5)Γ校正5.1、彩色數(shù)字圖像基礎(chǔ)RGB彩色空間和CMY彩色空間的表示法顏

7、色模型的空間表示5.2、顏色度量體系、顏色空間變換顏色模型的關(guān)系示意圖5.2、顏色度量體系、顏色空間變換基于人類對顏色的感覺，HSL模型描述顏色的三個(gè)基本特征：色相是從物體反射或透過物體傳播的顏色。在0到360度的標(biāo)準(zhǔn)色輪上，色相是按位置度量的。在通常的使用中，色相是由顏色名稱標(biāo)識的，比如紅、橙或綠色。飽和度，是指顏色的強(qiáng)度或純度。飽和度表示色相中灰成分所占的比例，用從0%（灰色）到100%（完全飽和）的百分比來度量。在標(biāo)準(zhǔn)色輪上，從中心向邊緣飽和度是遞增的。亮度是顏色的相對明暗程度，通常用從0%（黑）到

8、100%（白）的百分比來度量。HSL顏色模型5.2、顏色度量體系、顏色空間變換L*a*b顏色模型是在1931年國際照明委員會(huì)（CIE）制定的顏色度量國際標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上建立的。1976年，這種模型被重新修訂并命名為CIEL*a*b。L*a*b顏色設(shè)計(jì)為與設(shè)備無關(guān)；不管使用什么設(shè)備（如顯示器、打印機(jī)、計(jì)算機(jī)或掃描儀）創(chuàng)建或輸出圖象，這種顏色模型產(chǎn)生的顏色都保持一致。L*a*b顏色由亮度或光亮度分量(L)和兩個(gè)色度分量組成；兩個(gè)分量即