第3章数字图像图形表示与处理精选文档.ppt
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1、第3章数字图像图形表示与处理3多媒体技术基础及应用多媒体技术基础及应用1本讲稿第一页,共四十六页3多媒体技术基础及应用多媒体技术基础及应用2本章要点本章要点1.相关基本概念、数字图像采样与量化原相关基本概念、数字图像采样与量化原理;彩色空间及转换理;彩色空间及转换.2.图像文件及格式转换。图像文件及格式转换。本讲稿第二页,共四十六页3.1 彩色空间表示及其转换彩色空间表示及其转换多媒体技术基础及应用多媒体技术基础及应用33.1 彩色空间表示及其转换彩色空间表示及其转换学习内容:学习内容:n图象的数字化图象的数字化n颜色的基本概念颜色的基本概念n彩色空间表示彩色空间表示n彩色空间转换彩色空间转换
2、本讲稿第三页,共四十六页3.1 彩色空间表示及其转换彩色空间表示及其转换多媒体技术基础及应用多媒体技术基础及应用4颜颜 色色 的的 基基 本本 概概 念念n颜色是视觉系统对可见光的感知结颜色是视觉系统对可见光的感知结果;果;n可见光是波长在可见光是波长在380 nm780 nm之间的电磁波;之间的电磁波;n眼睛看到的大多数光不是单一波长眼睛看到的大多数光不是单一波长的光,而是许多不同波长的光的组的光,而是许多不同波长的光的组合;合;本讲稿第四页,共四十六页3.1 彩色空间表示及其转换彩色空间表示及其转换多媒体技术基础及应用多媒体技术基础及应用5人的视觉系统人的视觉系统n眼睛本质上是一个照相机;
3、眼睛本质上是一个照相机;n红、绿和蓝三种锥体细胞对不同红、绿和蓝三种锥体细胞对不同频率的光的感知程度不同;频率的光的感知程度不同;n对不同亮度的感知程度也不同。对不同亮度的感知程度也不同。因此,可使用数字图像处理技术降因此,可使用数字图像处理技术降低数据率而不致看起来图像质量太低数据率而不致看起来图像质量太差差本讲稿第五页,共四十六页3.1 彩色空间表示及其转换彩色空间表示及其转换多媒体技术基础及应用多媒体技术基础及应用6视觉系统对颜色和亮度的响应视觉系统对颜色和亮度的响应本讲稿第六页,共四十六页3.1 彩色空间表示及其转换彩色空间表示及其转换多媒体技术基础及应用多媒体技术基础及应用7颜色的基
4、本概念颜色的基本概念 自然界中的任何一种颜色都可以自然界中的任何一种颜色都可以由由R(red红红),G(green绿),绿),B(blue蓝)这蓝)这3种颜色值之和来确种颜色值之和来确定,它们构成一个定,它们构成一个3维的维的RGB矢量矢量空间。空间。这就是说,这就是说,R,G,B的数值不同混的数值不同混合得到的颜色就有所不同,也就是合得到的颜色就有所不同,也就是光波的波长不同。光波的波长不同。本讲稿第七页,共四十六页3.1 彩色空间表示及其转换彩色空间表示及其转换多媒体技术基础及应用多媒体技术基础及应用8产生波长不同的光所需要的三基色值产生波长不同的光所需要的三基色值本讲稿第八页,共四十六页
5、3.1 彩色空间表示及其转换彩色空间表示及其转换多媒体技术基础及应用多媒体技术基础及应用9彩色光的三个特性彩色光的三个特性n亮度亮度n色调色调n饱和度饱和度本讲稿第九页,共四十六页3.1 彩色空间表示及其转换彩色空间表示及其转换多媒体技术基础及应用多媒体技术基础及应用10亮亮 度度n亮度是光作用于人眼时所引起的亮度是光作用于人眼时所引起的明亮程度的感觉,它与被观察物体明亮程度的感觉,它与被观察物体的发光强度有关。的发光强度有关。n对同一物体照射的光越强,反射光对同一物体照射的光越强,反射光也越强(越亮);也越强(越亮);n对于不同的物体在相同照射情况下,对于不同的物体在相同照射情况下,反射越强
6、,则看起来越亮。反射越强,则看起来越亮。本讲稿第十页,共四十六页3.1 彩色空间表示及其转换彩色空间表示及其转换多媒体技术基础及应用多媒体技术基础及应用11色色 调调n色色调调是是人人眼眼对对的的光光的的彩彩色色感感觉觉,它它反反映映颜色的种类,是决定颜色的基本特性。颜色的种类,是决定颜色的基本特性。n某某一一物物体体的的色色调调,是是指指该该物物体体在在日日光光照照射射下下,反反射射的的各各光光谱谱成成分分作作用用于于人人眼眼的的综合效果综合效果n对对于于透透射射物物体体则则是是透透过过该该物物体体的的光光谱谱综综合作用的结果在人眼中的反应。合作用的结果在人眼中的反应。本讲稿第十一页,共四十
7、六页3.1 彩色空间表示及其转换彩色空间表示及其转换多媒体技术基础及应用多媒体技术基础及应用12饱和度饱和度n饱和度是指颜色的纯度即掺入白光的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,程度,或者说是指颜色的深浅程度,对于同一色调的彩色光,饱和度越深对于同一色调的彩色光,饱和度越深颜色越鲜明或说越纯。颜色越鲜明或说越纯。n饱和度还和亮度有关。饱和度还和亮度有关。本讲稿第十二页,共四十六页3.1 彩色空间表示及其转换彩色空间表示及其转换多媒体技术基础及应用多媒体技术基础及应用13亮度表示某彩色光的明亮亮度表示某彩色光的明亮程度,而色度则表示颜色程度,而色度则表示颜色的类别与深
8、浅程度。的类别与深浅程度。彩色光的三特性的小结彩色光的三特性的小结n亮度亮度 n色调、饱和度色调、饱和度合成合成色度色度本讲稿第十三页,共四十六页3.1 彩色空间表示及其转换彩色空间表示及其转换多媒体技术基础及应用多媒体技术基础及应用14三基色三基色n三基色原理三基色原理n三基色的选择并非唯一三基色的选择并非唯一n互相独立的颜色才能作为三基色互相独立的颜色才能作为三基色n红绿蓝红绿蓝应用最广的三基色应用最广的三基色本讲稿第十四页,共四十六页3.1 彩色空间表示及其转换彩色空间表示及其转换多媒体技术基础及应用多媒体技术基础及应用15三基色原理三基色原理n自然界常见的各种颜色光,都自然界常见的各种
9、颜色光,都可由红(可由红(R)、绿()、绿(G)、蓝)、蓝(B)三种颜色光按不同比例相配三种颜色光按不同比例相配而成;(图)而成;(图)n绝大多数颜色也可以分解成红、绝大多数颜色也可以分解成红、绿、蓝三种色光。绿、蓝三种色光。本讲稿第十五页,共四十六页3.1 彩色空间表示及其转换彩色空间表示及其转换多媒体技术基础及应用多媒体技术基础及应用16三基色原理示意图三基色原理示意图本讲稿第十六页,共四十六页3.1 彩色空间表示及其转换彩色空间表示及其转换多媒体技术基础及应用多媒体技术基础及应用17相加混色相加混色n把三种基色光按不同比例相加称把三种基色光按不同比例相加称之为相加混色。之为相加混色。由红
10、、绿、蓝三基色进行相加混色的情况:n 红色十绿色一红色十绿色一黄色黄色n 红色十蓝色一红色十蓝色一品红品红n 绿色十蓝色一绿色十蓝色一青色青色n 红色十绿色十蓝色一红色十绿色十蓝色一白色白色本讲稿第十七页,共四十六页3.1 彩色空间表示及其转换彩色空间表示及其转换多媒体技术基础及应用多媒体技术基础及应用18二次色和补色二次色和补色由于:由于:红色十青色红色十青色=绿色十品红绿色十品红=蓝色十黄色蓝色十黄色=白色白色称黄、品红和青色为称黄、品红和青色为相加二次色相加二次色通常称青色、品红和黄色分别是红、绿、蓝三色通常称青色、品红和黄色分别是红、绿、蓝三色的补色,由它们组成的色彩系统也称减法系统。
11、的补色,由它们组成的色彩系统也称减法系统。本讲稿第十八页,共四十六页3.1 彩色空间表示及其转换彩色空间表示及其转换多媒体技术基础及应用多媒体技术基础及应用19亮度公式亮度公式nNTSC制式(美欧制式):制式(美欧制式):nPAL制式(亚洲制式):制式(亚洲制式):亮度亮度Y=0.299R+0.587G+0.114B亮度亮度Y=0.222R+0.707G+0.071B本讲稿第十九页,共四十六页3.1 彩色空间表示及其转换彩色空间表示及其转换多媒体技术基础及应用多媒体技术基础及应用20彩色空间表示彩色空间表示 在多媒体计算机中,常常涉及到几种不同的色在多媒体计算机中,常常涉及到几种不同的色彩空间
12、表示颜色。如计算机显示时采用彩空间表示颜色。如计算机显示时采用RGB彩色空彩色空间;彩色印刷时采用间;彩色印刷时采用CMYK彩色空间;彩色全电视信彩色空间;彩色全电视信号数字化时采用号数字化时采用YUV彩色空间;为了便于色彩处理和彩色空间;为了便于色彩处理和识别,视觉系统又经常采用识别,视觉系统又经常采用HSI彩色空间、。彩色空间、。n计算机显视器计算机显视器RGB彩色空间彩色空间n彩色印刷彩色印刷CMYK彩色空间彩色空间n彩色电视彩色电视YUV和和YIQ彩色空间彩色空间n视觉系统的视觉系统的HSB彩色空间彩色空间本讲稿第二十页,共四十六页3多媒体技术基础及应用多媒体技术基础及应用21(1).
13、(1).计算机显视器计算机显视器RGBRGB彩色空间彩色空间 RGB RGB 彩色空间又称加色法系统彩色空间又称加色法系统。RGB RGB 彩色空间彩色空间采用三种基本颜色,即采用三种基本颜色,即 RGB(RGB(红,绿,蓝红,绿,蓝)。彩色显视器的输入需要彩色显视器的输入需要RGBRGB三个彩色分量,通过三三个彩色分量,通过三个分量的不同比例配合,在显示屏幕上合成所需要的任个分量的不同比例配合,在显示屏幕上合成所需要的任意颜色,三种颜色均无时显示黑色。意颜色,三种颜色均无时显示黑色。在在RGBRGB彩色空间,任意彩色光彩色空间,任意彩色光F F,其配色方程可写成:,其配色方程可写成:F=rR
14、+gG+bBF=rR+gG+bB其中,其中,r r、g g、b b为三色系数,为三色系数,rRrR、gGgG、bBbB为为F F色光的三色分量。任意一种色光,其色度可由相对色光的三色分量。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。色系数中的任意两个唯一的确定。本讲稿第二十一页,共四十六页3.1 彩色空间表示及其转换彩色空间表示及其转换多媒体技术基础及应用多媒体技术基础及应用22显示器产生颜色的原理显示器产生颜色的原理本讲稿第二十二页,共四十六页3多媒体技术基础及应用多媒体技术基础及应用23(2).(2).彩色印刷彩色印刷CMYKCMYK彩色空间彩色空间 CMYKCMYK彩色空间
15、又称减色法系统彩色空间又称减色法系统。彩色印。彩色印刷采用靛蓝、品红、黄色和黑色四种油墨印刷采用靛蓝、品红、黄色和黑色四种油墨印刷各种颜色,通常把这四种颜色简称刷各种颜色,通常把这四种颜色简称CMYKCMYK。靛蓝、品红、黄色三种颜色混合在一起时应靛蓝、品红、黄色三种颜色混合在一起时应呈黑色。呈黑色。在现实中,把等量的靛蓝、品红、黄色在现实中,把等量的靛蓝、品红、黄色油墨混合在一起产生不是黑色而是深棕色。油墨混合在一起产生不是黑色而是深棕色。因此又加入一些黑墨以打印真正的黑色。因此又加入一些黑墨以打印真正的黑色。本讲稿第二十三页,共四十六页3多媒体技术基础及应用多媒体技术基础及应用24(3).
16、(3).彩色电视彩色电视YUVYUV和和YIQYIQ彩色空间彩色空间现代彩色电视系统中,通常采用三管彩色现代彩色电视系统中,通常采用三管彩色摄像机或彩色电荷耦合器件摄像机,把摄得的摄像机或彩色电荷耦合器件摄像机,把摄得的彩色图像信号,经分色棱镜分成彩色图像信号,经分色棱镜分成R R0 0GG0 0B B0 0三个分三个分量的信号,分别经放大和校正得到了量的信号,分别经放大和校正得到了RGBRGB信号,信号,再经过矩阵变换电路得到亮度信号再经过矩阵变换电路得到亮度信号Y Y、色差信、色差信号号R-YR-Y和和B-YB-Y,最后发送端将,最后发送端将Y Y、R-YR-Y及及B-YB-Y三个三个信号
17、进行编码,用同一信道发送出去。这就是信号进行编码,用同一信道发送出去。这就是常用的常用的YUVYUV彩色空间彩色空间。本讲稿第二十四页,共四十六页3.1 彩色空间表示及其转换彩色空间表示及其转换多媒体技术基础及应用多媒体技术基础及应用25YUV彩色空间的优点彩色空间的优点1.1.亮亮度度信信号号Y Y解解决决了了彩彩色色电电视视机机与与黑黑白白电视机的兼容问题;电视机的兼容问题;2.2.可可以以利利用用人人眼眼的的特特性性来来降降低低数数字字彩彩色色图像所需要的存储容量。图像所需要的存储容量。YUVYUV色彩空间常用在色彩空间常用在PALPAL制式制式中,在多媒中,在多媒体计算机中也采用了这种
18、色彩空间,数字化后体计算机中也采用了这种色彩空间,数字化后通常为通常为YUV=844YUV=844或者是或者是YUV=YUV=822822。本讲稿第二十五页,共四十六页3.1 彩色空间表示及其转换彩色空间表示及其转换多媒体技术基础及应用多媒体技术基础及应用26实实 例例 一一幅幅彩彩色色图图像像的的大大小小为为640480640480像像素素,按按RGB=888RGB=888存存储储,即即R R、GG和和B B分分量量都都用用8 8位位 二二 进进 制制 数数 表表 示示,所所 需需 要要 的的 存存 储储 容容 量量 为为921600921600字字节节。如如果果用用Y:U:V=8:2:2Y
19、:U:V=8:2:2来来表表示示,Y Y分分量量仍仍然然为为640480640480,且且仍仍用用8 8位位表表示示,而而对对每每四四个个相相邻邻像像素素(22)(22)的的U U、V V值值分分别别用用相相同同的的一一个个值值表表示示,那那么么所所需需的的存存储储空空间间就就减减少少到到460800460800字节。字节。本讲稿第二十六页,共四十六页3多媒体技术基础及应用多媒体技术基础及应用27(4).HSB(4).HSB彩色空间彩色空间 在在HSIHSI彩色空间中,人们常用彩色空间中,人们常用H H、S S、B B参数描述颜色特性,其中参数描述颜色特性,其中HH表示色调,表示色调,S S表
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