4.3图像

图像是人对视觉感知的物质再现。在生活中，用语言和文字难以描述的事物可以用图像的方式来展现。图

4.3.1图像的基本概念及属性

1.图像信号的分类

一般情况下，在计算机中表达图形和图像的方法分别是矢量图法和位图法。

（1）矢量图

矢量图（Vector -based image）是用一系列计算机指令来描述和记录一幅图，这些指令是用来描述点、线、面等几何图形的大小、形状、及其位置、维数的集合，能够描绘出物体的轮廓、形状或外部的界限。

（2）位图

位图（Bit-mappedimage），是用像素点来描述或映射的图，也即位映射图。位图在内存中也就是一组计算机内存地址位（Bit）组成，这些位定义图像中每个像素点的颜色和亮度。位图一般也称为图像。

（3）矢量图与位图的比较，如表4-1所示。

表4-1矢量图与位图的比较

图像类型	文件内容	文件大小	显示速度	应用特点
矢量图	图形指令	与图的复杂程度有关，文件数据量小	图越复杂，显示越慢	易于编辑，适合“绘制”，但表现力弱
位图	图像点阵数据	与图的尺寸和颜色有关，文件数据量大	与图的内容有关	适合“获取”和“复制”。表现力强，但编辑比较复杂

 2.分辨率

（1）显示分辨率

显示分辨率是显示器在显示图像时的分辨率，分辨率是用点来衡量的，显示器上这个“点”就是指像素(pixel)。显示分辨率的数值是指整个显示器所有可视面积上水平像素和垂直像素的数量。

（2）图像分辨率

图像分辨率指图像中存储的信息量，是每英寸图像内有多少个像素点，分辨率的单位为PPI(Pixels Per Inch)，通常叫做：像素/每英寸。

（3）打印分辨率

打印机分辨率又称为输出分辨率，是指在打印输出时横向和纵向两个方向上每英寸最多能够打印的点数，通常以“点/英寸”即(Dots Per Inch, DPI)表示。

4.3.2图像的颜色构成

1.颜色的定义

美国的色度学委员会对颜色的定义：颜色是除了空间的和时间的不均匀性以外光的一种特性，即光的辐射能刺激视网膜而引起观察者通过视觉而获得的景象。

我国国家标准GB5698-85中，把颜色定义为：色是光作用于人眼引起除形象以外的视觉特性。

2.色彩三要素

每一种色彩都同时具有三种基本属性，即明度、色相和饱和度。它们是决定画面色彩的主要因素。

（1）明度

明度是指色彩的明暗程度。

（2）色相

色彩是由于物体上的物理性的光反射到人眼视神经上所产生的感觉。

（3）饱和度

是指颜色的纯度即掺入白光的程度，或音说是指颜色的深浅程度。

3.颜色深度

颜色深度简单说就是最多支持多少种颜色。一般是用“位”来描述的。

（1）黑白图像

指图像的每个像素只能是黑或者白，没有中间的过渡，故又称为二值图像。二值图像的颜色深度为1。

（2）灰度图像

指每个像素的信息由一个量化的灰度级来描述的图像，没有彩色信息，只有256级的明暗变化，颜色深度为8。

（3）彩色图像

指每个像素的信息由RGB三原色构成的图像，其中RGB是由不同的灰度级来描述的，颜色深度为24。

4.颜色的形成

（1）三基色

色光中存在着三种最基本的色光，它们的颜色分别为红色、绿色和蓝色。这三种色光既是白光分解后得到的主要色光，又是混合色光的主要成分，并且能与人眼视网膜细胞的光谱回应区间相匹配，符合人眼的视觉生理效应。这三种色光以不同比例混合，几乎可以得到自然界中的一切色光，混合色域最大；而且这三种色光具有独立性，其中一种原色光不能由另外的原色光混合而成，由此称红、绿、蓝为色光三原色。λR=700.0nm，λG=546.1nm，λB=435.8nm。

（2）相加混色

由两种或两种以上的色光相混合时，会同时或者在极短的时间内连续刺激人的视觉器官，使人产生一种新的色彩感觉。这种由两种以上色光相混合，呈现另一种色光的方法称为色光加色法。

C=α（R）+β（G）+γ（B）

（3）相减混色

凡是涂染后能够使无色的物体呈色、有色物体改变颜色的物质，均称为色料。能透过（或反射）光谱较宽的色料青、品红、黄三色，能匹配出更多的色彩。由青、品红、黄三色料以不同比例相混合，得到的色域最大，而这三色料本身却不能用其余两种原色料混合而成。因此，称青、品红、黄三色为色料的三原色。

所谓减色，是指加入一种原色色料就会减去入射光中的一种原色色光（补色光）。因此，在色料混合时，从复色光中减去一种或几种单色光，呈现另一种颜色的方法称为减色法。

5.颜色的类型

（1）真彩色

真彩色是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，这样产生的彩色称为真彩色。

（2）伪彩色

伪彩色图像的含义是，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（Color look-up table，CLUT）的表项入口地址，去查找一个显示图像时使用的R，G，B强度值，用查找出的R，G，B强度值产生的彩色称为伪彩色。

（3）直接色（Direct Color）

直接色也称为调配色，它的获取是通过将每个像素值分成R，G，B分量，每个分量作为单独的索引值做变换。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。它的特点是对每个基色进行变换。

6.颜色表示

颜色模型用来对颜色进行数字化的描述，通常的方法是依靠三原色分量的改变来完成。每种模型使用不同的方法和一组原色来描述颜色。最常用的颜色模型是RGB、CMYK、HSB等。

（1）RGB颜色模型

RGB模式主要应用于电视机和显示器。

（2）CMYK颜色模型

CMYK（Cyan, Magenta, Yellow）颜色空间应用于印刷工业，CMYK与RGB的关系印刷业通过青（C）、品（M）、黄（Y）三原色油墨的不同网点面积率的叠印来表现丰富多彩的颜色和阶调，这便是三原色的CMY颜色空间。

（3）HSV颜色模型

每一种颜色都是由色相（Hue，简H），饱和度（Saturation，简S）和明度（Value，简V）所表示的。

（4）HSI颜色模型

HSI色彩空间是从人的视觉系统出发，用色调（Hue）、饱和度（Saturation或Chroma）和亮度（Intensity或Brightness）来描述色彩。

（5）位图模式

位图模式的图像也叫做黑白图像，它包含的信息最少，因而图像也最小。

（6）灰度模式

    用单一色调表现图像，一共可表现从0到255之间的256阶（色阶）的灰色调（含黑和白），也就是256种明度的灰色。

（7）HSL颜色模型

HSL（Hue, Saturation, Lightness）颜色模型，这个颜色模型都是用户台式机图形程序的颜色表示，用六角形锥体表示自己的颜色模型。

（8）HSB颜色模型

HSB（Hue, Saturation, Brightness）颜色模型，这个颜色模型都是用户台式机图形程序的颜色表示，用六角形锥体表示自己的颜色模型。

（9）Ycc颜色模型

柯达发明的颜色模型，由于PhotoCd在存储图像的时候要经过一种模式压缩，所以 PhotoCd采用了Ycc颜色模型，Ycc空间将亮度作由它的主要组件，具有两个单独的颜色通道，采用Ycc颜色模型 来保存图像，可以节约存储空间。

（10）XYZ颜色模型

CIEXYZ颜色模型稍加变换就可得到Yxy色彩空间，其中Y取三刺激值中Y的值，表示亮度，x、y反映颜色的色度特性。

（11）Lab 颜色模型

Lab颜色模型是由CIE（国际照明委员会）制定的一种色彩模式。

（12）YUV颜色模型

在现代彩色电视系统中，通常采用三管彩色摄像机或彩色CCD(点耦合器件)摄像机，它把摄得的彩色图像信号，经分色、分别放大校正得到RGB，再经过矩阵变换电路得到亮度信号Y和两个色差信号R－Y、B－Y，最后发送端将亮度和色差三个信号分别进行编码，用同一信道发送出去。

4.3.3常用图像文件格式

1.BMP格式

 2.GIF格式

3.JPEG格式

4.TIFF格式

5.PSD格式

6.PNG格式

7.SVG格式

4.3.4数字图像处理的主要研究内容

图像处理(image processing)，用计算机对图像进行分析，以达到所需结果的技术，又称影像处理。

1.图像复原是利用退化过程的先验知识，去恢复已被退化图像的本来面目。

2.图像编码也称图像压缩，是指在满足一定质量（信噪比的要求或主观评价得分）的条件下，以较少比特数表示图像或图像中所包含信息的技术。

3.图像分割就是把图像分成若干个特定的、具有独特性质的区域并提出感兴趣目标的技术和过程。

4.图像分类根据各自在图像信息中所反映的不同特征，把不同类别的目标区分开来的图像处理方法。

5.图像重建通过物体外部测量的数据，经数字处理获得三维物体的形状信息的技术。