2022年图像视频处理基础知识总结.docx

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1、精品_精品资料_彩色图像基础学问普及篇 图像采集的原理数码相机, 摄像机等都是通过传感器来猎取图像的, 传感器阵列是由横竖两个方向密集排列的感光元件（ CCD 或 CMOS ）组成的一个二维矩阵,它收集入射能量并把它聚焦到一个图像平面上, 与焦点面相重合的传感器阵列产生与每一个传感器接收光总量成正比的输出. 数字或模拟电路扫描这些输出, 并把它们转换为信号,由成像系统的其他部分数字化. BAYER 矩阵传感器阵列的排列方式可以有很多种,现在最常用的是Bayer矩阵模式的排列方式,即每个 CCD 就对应一个像素.其中 R 感应红光、 G 感应绿光、 B 感应蓝光,而在 Bayer模式中 G 是

2、R 和 B 的两倍（由于我们的眼睛对绿色更敏锐） .以下是 Bayer阵列的一种排列方式：RGRGRGRGRGGBGBGBGBGBRGRGRGRGRG以中心绿色的 G 为例,此像素只有 G,缺少 R 与 B,R 就等于上下两个 R 的平均值, B 就等于左右两个 B 的平均值.其他的 R 与 B 都是一样的,每个像素补齐 RGB 三色就可以.此种插值算法是最简洁最高效的,当然在一些图像的边界之处其影像成效最会有一些折扣. 伽马校正数码相机拍照出的彩色图像,以及我们把一幅图像在显示器上显示出来都要进行相应的伽马校正. 数码 RAW 格式的拍照是采纳线性的 gamma 即 gamma 1.0 ,可

3、是人的眼睛对光的感应曲线却是一“非线性 ”的曲线.所以RAW Converter会在转换时都会应用一条 Gamma曲线到 Raw 数据上（简洁的懂得,就是相当于对原始数据进行一个fx 的变换,并且留意, fx 并不是一次的线性函数）,来产生更加接近人眼感应的色调.同理,显示器的强度Intensity 并非与输入讯号成正比 非线性关系 , 这种非线性特性称为 Gamma特性.各参数简述如下：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_ Image_gamma：为输入影像的 值,一般订为 NTSC=2.2 ,PAL=2.8 , RGB=1, MAC=1.8 . Display_gamma：因制

4、造技术的关系,每一制造厂生产出来的显示器值都会不一样,所以制造厂需供应显示器 值, 一般订为 CRT=2.5,LCD=1.6; Viewing_gamma：为最终我们用眼睛去看的结果,抱负状况为1,即为看到的影像为原始影像,一般会因外在环境的影响, 值从 1 至 1.5 变化. LUT_gamma：伽马参数的 LUT 表.输入讯号经 修正器与显示器后,最终期望看到的是与原输入影像一样的画面,即没有失真. RGB 和 YUV 图像在运算机中使用最多的RGB颜色空间,分别对应红、绿、蓝三种颜色.通过调配三个重量的比例来组成各种颜色. 一般可以使用1 、 2 、 4 、 8 、 16、24、 32位

5、来储备这三颜色,不过现在一个重量最大是用8 位来表示,最大值是 255,对于 32位的颜色,高 8 位是用来表示透亮度的.彩色图一般指16位以上的图.灰度图有一个特别之处就是组成颜色的三个重量相等.而一般灰度图是 8 位以下.在彩色电视机系统中,通常使用一种叫 YUV 的颜色空间,其中 Y 表示亮度信号,也就是这个 YUV 空间解决了彩色电视机和黑白电视机的兼容问题. 对于人眼来说, 亮度信号是最敏锐的, 假如将彩色图像转换为灰度图像, 仅仅需要转换储存亮度信号就可以.从 RGB 到 YUV 空间的 Y 转换公式为：Y = 0.299R+0.587G+0.114B在 WINDOWS中,表示 1

6、6位以上的图和以下的图有点不同.16位以下的图使用一个调色板来表示挑选详细的颜色,调色板的每个单元是4 个字节,其中一个透亮度.而详细的像素值储备的是索引,分别是1、 2、 4 、 8位.16位以上的图直接使用像素表示颜色. 彩色图转换为灰度图灰度图（ GrayScale）是指只含亮度信息,不含颜色信息的图像.灰度化处 理是把含有亮度和颜色的彩色图像变换成灰度图像的过程.灰度化处理在很多图像处理中是很重要的一步, 他的结果就是后续处理的基础. 所以, 寻求一种正确可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_有效的灰度化处理方法特别重要.那么如何将彩色图转换为灰度图了？ 常用的颜色系统有 R

7、GB 、YIQ 、YUV .1 ）YIQ 颜色系统属于 NTSC 电视广播制式系统. Y 是亮度,即图像的灰度值, I 和 Q 就是指色调.它与 RGB 的关系为：2 ）YUV 属于 PAL 电视广播制式系统. Y 也是亮度, U 和 V 也是色调.它与 RGB 的关系为：灰度图中有调色板, 第一需要确定调色板的详细颜色取值. 我们前面提到了, 灰度图的三个重量相等. 当转换为 8 位的时候, 调色板中有 256个颜色, 每个正好从 0 到 255个,三个重量都相等.当转换为4位的时候,调色板中 16个颜色, 等间隔平分 255个颜色值, 三个重量都相等. 当转换为 2位的时候,调色板中 4

8、个颜色, 等间隔平分 255个颜色, 三个重量相等. 当转换为 1 位的时候,调色板中两个颜色,是0 和 255,表示黑和白.将彩色转换为灰度时候,根据公式运算出对应的值,该值实际上是亮度的级别. 亮度从 0 到 255.由于不同的位有不同的亮度级别,所以Y 的详细取值如下：Y = Y/ 18-转换的位数 ;最终一点需要留意,得到Y 值存放方式是不同的.分别用对应的位数来储备对应的 Y 值.在运算Y 值的时候,使用的整数除法,这是有误差的,为了排除误差,需要采纳误差扩散的算法, 也就是将该误差值向其邻近的像素点扩散, 当然根据肯定的比例来安排.例如：整除之后,余数是5 ,采纳 3/2/3的策略

9、, 就是,右边像素和正下面的像素各占3/8,而右下角的像素占 2/8.2 图像格式转换的算法描述 BAYER 矩阵转换为 RGB 格式图像的算法描述我们通常采纳插值算法（ Interpolation）把 BAYER 矩阵中的像素的颜色值转换为一个像素的 RGB 的数值.我们通常以 33 的插值算法来运算 BAYER 矩阵的像素的 RGB 值,该插值算法中某个位置像素的RGB 重量的值只取决于以该像素为中心的 33 的邻域中同样重量的均值. RGB 格式图像转换为灰度图像的算法描述我们进行图像处理通常都是在微机上进行的,因此以微机的Windows系统可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料

10、_为例来介绍如何将 RGB 格式图像转换为灰度图像.Windows系统中使用的是设备无关位图（ DIB ）DIB 即 Device_Independent Bitmap.目前, Windows处理的 DIB 通常是以 BMP 文件存在. BMP 文件文件有如下的四个部分.1 ）位图头文件： BITMAPFILEHEADER,它是一个位图标志2位图信息头： BITMAINFOHEADER它定义了图像的大小,长宽等信息,长度固定为40 个字节.3） ）调色板（ Palette ）它用来存放位图的颜色, 假如是真彩色图, 就不需要调色板. 其定义为： 所谓调色板就是在 16 色或 256 色的显示系

11、统中,将图像中频率显现最高的16或 256 种颜色组成颜色表.对这些颜色按0 至 15 或 255 进行编号,每一个编号代表其中的一种颜色. 这种颜色编号就叫做颜色的索引号, 4 位或 8 位的索引号与 24 位颜色值的对应表叫做颜色查找表. 使用调色板的图像叫做调色板图像, 它们的象素值就是颜色在调色板查找表中的索引号.4） ）实际的图像数据对于用到调色板的位图, 图像数据就是该像素颜色在调色板中的索引值,对于真彩色图,图像数据就是实际上的红（R）、绿（ G）、蓝（ B）的值.由前面介绍的原理可知,知道图像某点的R、G、B 值,要得到亮度信息,就可由下式运算出： Y=0.299*R+0.58

12、7*G+0.114*B（1 ）而在用 BMP 表示的灰度图中,其红（ R）、绿（ G）、蓝（ B）三个重量的值相等,即有R=G=B2 式把（ 2）式代入（ 1 ）式中,可得： I=Q=0 ,即图像没有了颜色信息.同理,对 YUV 颜色空间也一样.为了把彩色图像转换为灰度图像,第一要找出彩色图像的颜色值： R、G、B.然后,通过（ 3 ）式运算,即可得出亮度值 Y.再令： R=G=B=Y ,就得到的新的图像,即灰度图像.对于 24 位或 32 位的真彩色图像而言,找出每点的RGB 值相对简洁.前面介绍了,24 位或 32 位真彩不需调色板, 它的图像数据就是实际的 RGB 的值.RGB 三个重量分别占有一个字节,即简洁取得RGB 的值.而对于 16 位位图言,它的一个点用两个字节来表示.它也不用调色板.要取得 RGB 的值,就需要明白 R、G、B 在这两个字节中的位置.它们所占的位置是这样的：R 占高 5 位, B 占低 5 位, G 占中间 6 位.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_取出相应的 RGB 值后,都转变为八位（低位补0 ）. 再通过（ 1 ）式,即可得到该点的亮度值 Y.然后,写回新的 256 色位图时, 令 R=G=B=Y,这样, 就得到了一个 256 级的灰度图像.可编辑资料 - - - 欢迎下载