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图像,颜色表和色彩空间  

2010-06-02 20:22:46|  分类: 图像知识 |  标签: |举报 |字号 订阅

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今天读到一本书,一些基本概念讲的很好,留之~

1.1.1  图像

组成数字图像的基本单位是像素(Pixel),也就是说,数字图像是像素的集合。如图1-1所示,图中每个格点代表一个像素,该图是一个白色背景下包含灰色矩形的图像。

数字图像通常存放在计算机的外存储器设备中,例如硬盘、光盘等,在需要进行显示和处理时才被调入内存的数组中。从本质上讲,图像数据在计算机内存或硬盘中是以字符型数据存在的,这与其他整型数据或者浮点型数据没有任何区别,都是一种数字表达符号,当把它在计算机屏幕上显示出来时,才是我们人眼看到的真正有意义的数字图像。普通的显示器屏幕也是由许多点(像素)构成的,显示时,电子枪每次从左到右、从上到下进行扫描,为每个像素着色,利用人眼的视觉暂留效应就可以显示出一屏完整的图像。比如,我们常说的屏幕分辨率为1024?768,刷新率为80Hz,意思是说屏幕上每行像素为1024个,共768行,而且每秒重复扫描80次。目前的显示设备的刷新率都在80Hz以上,一般屏幕刷新频率大于80Hz时,人眼感受不到屏幕刷新而产生的闪烁,这种显示器被称为位映像设备。所谓位映像,即是指一个二维的像素矩阵,而位图就是采用位映像方法显示和存储的图像。一幅图像的显示就是将图像的像素映射到屏幕的像素上并显示一定的颜色。

图1-1所示是一个灰度图像的例子,当一幅图像的像素由彩色表示时就是我们通常所说的彩色图像了。对于彩色图像的表达,将在调色板和彩色空间两部分内容中谈到。

1.1.2  图像的矩阵表示

数字图像数据可以用矩阵来表示,因此可以采用矩阵理论和矩阵算法对数字图像进行分析和处理。最典型的例子是灰度图像,如图1-2所示。灰度图像的像素数据就是一个矩阵,矩阵的行对应图像的高(单位为像素),矩阵的列对应图像的宽(单位为像素),矩阵的元素对应图像的像素,矩阵元素的值就是像素的灰度值。

由于数字图像可以表示为矩阵的形式,所以在计算机数字图像处理程序中,通常用二维数组来存放图像数据,参见图1-3。二维数组的行对应图像的高,二维数组的列对应图像的宽,二维数组的元素对应图像的像素,二维数组元素的值就是像素的灰度值。采用二维数组来存储数字图像,符合二维图像的行列特性,同时也便于程序的寻址操作,使得计算机图像编程十分方便。

1.1.3  颜色表

图像的位图数据是一个二维数组(矩阵),矩阵的每一个元素对应了图像的一个像素,当保存一幅图像时,不但要保存图像的位图数据矩阵,还要将每个像素的颜色保存下来,颜色的记录是利用颜色表来完成的。

颜色表,也叫颜色查找表,是图像像素数据的颜色索引表。以一个4色位图为例,则其颜色表有4个表项,表中每一行记录一种颜色的R、G、B值,这样,当表示一个像素的颜色时,只需要指出该颜色在第几行,即该颜色在表中的索引值即可。假设该4色位图的颜色表如表1-1所示,并假设该4色位图大小为8行8列,其图像数据阵列如图1-4所示。

该位图有4种颜色(最多也只能有4种颜色),对于位图矩阵中第3行第4列的像素,该像素的值为2,则其颜色由颜色表第3行决定(索引值从0开始),该行的颜色为绿色(0,255,0)。

为了简单起见,上面颜色表的例子每一个记录只有3个分量——R、G、B,实际上,真正一幅BMP图像其颜色表的每一个记录是由4个分量组成的,这在1.2.1节“BMP文件结构”中有详细介绍。

有一个特例,对于真彩色图像,每个像素占存储空间3个字节(24位),分别对应R、G、B三个分量,每个像素的值已经将该像素的颜色记录下来了,不再需要颜色表,因此24位真彩色位图没有颜色表。

 

1.1.5  灰度图像和彩色图像

计算机上显示的图像经常有二值图像、灰度图像、伪彩色图像及真彩色图像等不同格式类型。而灰度和彩色格式是数字图像处理中最常用到的类型,本书所涉及的各种图像处理算法都是以这两种类型图像为处理对象的。

1.灰度图像

灰度图像是数字图像的最基本形式,灰度图像可以由黑白照片数字化得到,或从彩色图像进行去色处理得到。灰度图像只表达图像的亮度信息而没有颜色信息,因此,灰度图像的每个像素点上只包含一个量化的灰度级(即灰度值),用来表示该点的亮度水平,并且通常用1个字节(8个二进制位)来存储灰度值。

如果灰度值用1个字节表示,则可以表示的正整数范围是0~255,也就是说,像素灰度值取值在0~255之间,灰度级数为256级。注意到人眼对灰度的分辨能力通常在20~60级,因此,灰度值存储以字节为单位既保证了人眼的分辨能力,又符合计算机数据寻址的习惯。在特殊应用中,可能需要采用更高的灰度级数,例如CT图像的灰度级数高达数千,需要采用12位或16位二进制位存储数据,但这类图像通常都采用专用的显示设备和软件来进行显示和处理。

2.彩色图像

彩色图像的数据不仅包含亮度信息,还包含颜色信息。彩色的表示方法是多样化的,最常见的是三基色模型,例如RGB(Red / Green / Blue,红绿蓝)三基色模型,利用RGB三基色可以混合成任意颜色。因此,RGB模型在各种彩色成像设备和彩色显示设备中使用,常规的彩色图像也都是用RGB三基色来表示的,每个像素包括RGB三基色数据,每个基色用1个字节(8位二进制位)表示,则每个像素的数据为3个字节(即24位二进制位),这就是人们常说的24位真彩色。

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