《數(shù)字圖像處理技術(shù)》ppt課件-文庫吧

【正文】 真彩色：真彩色是指圖像中的每個(gè)像素值都分成 R、 G、 B三個(gè)基色分量，每個(gè)基色分量直接決定基色的強(qiáng)度，這樣產(chǎn)生的色彩稱為真彩色。 上一頁 下一頁 返回首頁 偽彩色：每個(gè)像素值實(shí)際上是一個(gè)索引值或代碼，該代碼值作色色彩查拉表（ Color LookUp Table）中某一項(xiàng)的入口地址，根據(jù)該地址可查找出包含實(shí)際 R、 G、 B的強(qiáng)度值。用這種發(fā)生產(chǎn)生的色彩本身是真的，不過它不一定反映原圖的色彩。 上一頁 下一頁 返回首頁 偽彩色一般用于 65K以下是顯示方式中，標(biāo)準(zhǔn)的調(diào)色板是在 256K色譜中按色調(diào)均勻地選取 16種或 256種色彩。一般應(yīng)用中，有的圖像往往偏向于某一種或幾種色調(diào)，此時(shí)如果采用標(biāo)準(zhǔn)調(diào)色板，則色彩失真較多。因此同一幅圖像采用不同的調(diào)色板顯示，可能出現(xiàn)不同的色彩效果。 上一頁 下一頁 返回首頁 索引顏色圖像是單通道圖像（ 8位／像素），使用 256種顏色。當(dāng)轉(zhuǎn)換為索引顏色時(shí)， Photoshop會(huì)構(gòu)建一個(gè)顏色查照表，如圖所示，它存放并索引圖像中的顏色。如果原圖像中的一種顏色沒有出現(xiàn)在查照表中，程序會(huì)選取已有顏色中最相近的顏色或使用已有顏色模擬該種顏色。因此索引顏色可以大大減小文件大小，同時(shí)保持視覺上的品質(zhì)不變。這個(gè)性質(zhì)對(duì)多媒體動(dòng)畫或網(wǎng)頁制作很有用。但在這種模式中只提供有限的編輯。如果要進(jìn)一步編輯，應(yīng)臨時(shí)轉(zhuǎn)換為 RGB模式。 索引顏色模式的圖像 上一頁 下一頁 返回首頁 調(diào)配色：獲取每個(gè)像素點(diǎn)的 R、 G、 B分量分別作為單獨(dú)的索引值進(jìn)行變換，經(jīng)相應(yīng)的色彩變換表找出各自的基色深度，用變換后的 R、 G、 B強(qiáng)度值產(chǎn)生的色彩。 上一頁 下一頁 返回首頁 三個(gè)之間的異同點(diǎn) 調(diào)配色與偽彩色相比 調(diào)配色與真彩色相比 上一頁 下一頁 返回首頁 上一頁 下一頁 返回首頁 顯示深度與圖像深度之間的關(guān)系 顯示深度大于圖像深度 顯示深度等于圖像深度 顯示深度小于圖像深度 上一頁 下一頁 返回首頁 RGB顏色模式 上一頁 下一頁 返回首頁 ? Lab顏色是由 RGB三基色轉(zhuǎn)換而來的，它是由RGB模式轉(zhuǎn)換為 HSB模式和 CMYK模式的橋梁。該顏色模式由一個(gè)發(fā)光率 (Luminance)和兩個(gè)顏色 (a,b)軸組成。它由顏色軸所構(gòu)成的平面上的環(huán)形線來表示顏色的變化，其中徑向表示色飽和度的變化，自內(nèi)向外，飽和度逐漸增高；圓周方向表示色調(diào)的變化，每個(gè)圓周形成一個(gè)色環(huán)；而不同的發(fā)光率表示不同的亮度并對(duì)應(yīng)不同環(huán)形顏色變化線。它是一種具有 “ 獨(dú)立于設(shè)備 ” 的顏色模式，即不論使用任何一種監(jiān)視器或者打印機(jī)， Lab的顏色不變。 Lab模型 上一頁 下一頁 返回首頁 Lab顏色模式的圖像 上一頁 下一頁 返回首頁 Lab模型 上一頁 下一頁 返回首頁 HSB顏色模型 ?HSB色彩空間是從人的視覺系統(tǒng)出發(fā)，用色調(diào)、色飽和度和亮度來描述色彩。 1) 色調(diào) Hue: 光線所呈現(xiàn)的顏色，如紅、綠、黃 … 2) 飽和度 Saturation:指色彩的濃淡程度 3) 亮度 Brightness:指由于彩色刺激而使人眼感覺到的明暗程度 上一頁 下一頁 返回首頁 HSB顏色模式 ? 它是由 RGB三基色轉(zhuǎn)換為 Lab模式，再在 Lab模式的基礎(chǔ)上考慮了人對(duì)顏色的心理感受這一因素而轉(zhuǎn)換成的。因此這種顏色模式比較符合人的視覺感受，讓人覺得更加直觀一些。它可由底與底對(duì)接的兩個(gè)圓錐體立體模型來表示，其中軸向表示亮度，自上而下由白變黑；徑向表示色飽和度，自內(nèi)向外逐漸變高；而圓周方向，則表示色調(diào)的變化，形成色環(huán)。 上一頁 下一頁 返回首頁 HSB顏色模型 上一頁 下一頁 返回首頁 HSB顏色模型 上一頁 下一頁 返回首頁 HSB顏色模型 ?HSB色彩空間和 RGB色彩空間只是同一物理量的不同表示法，因而它們之間存在著轉(zhuǎn)換關(guān)系，如公式所示： 其中 上一頁 下一頁 返回首頁 HSB顏色模型 ?人的視覺系統(tǒng)經(jīng)常采用 HSB色彩空間，它比RGB色彩空間更符合人的視覺特性。 ?在圖像處理和計(jì)算機(jī)視覺中大量算法都可在HSB色彩空間中方便地使用，它們可以分開處理而且是相互獨(dú)立的。因此，在 HSB色彩空間可以大大簡化圖像分析和處理的工作量。 上一頁 下一頁 返回首頁 CMYK顏色模型 ? 在理論上說，任何一種顏色都可以用青色（ Cyan）、品紅（ Magenta）和黃色（ Yellow）三種基本顏料按一定比例混合得到，通常寫成CMY，稱為 CMY模型 ? 由于彩色墨水和顏料的化學(xué)特性，用等量的三種基本顏色得到的黑色不是真正的黑色，因此在印刷術(shù)中常加一種真正的黑色（ Black ink） 上一頁 下一頁 返回首頁 CMYK顏色模型 ?彩色打印機(jī)、印刷彩色圖片 ?實(shí)際應(yīng)用中，一幅圖像在計(jì)算機(jī)中用 RGB 模型顯示；用 RGB或 HSB模型編輯處理；打印輸出時(shí)要轉(zhuǎn)換成 CMYK模型； 上一頁 下一頁 返回首頁 YUV模型 ? 彩色電視信號(hào)傳輸時(shí)，將 R,G,B改成亮度信號(hào)和色度信號(hào)。 PAL制式將 RGB三色信號(hào)改組成 Y、 U、 V信號(hào)，其中 Y信號(hào)表示亮度， U、 V信號(hào)是色差信號(hào) ? 采用 YUV色彩空間的重要性是它的亮度信號(hào) Y和色度信號(hào) U、 V是分離的。如果只有 Y信號(hào)分量而沒有 U、 V分量，那么這樣表示的圖就是黑白灰度圖。彩色電視采用 YUV空間正是為了用亮度信號(hào)Y解決彩色電視機(jī)與黑白電視機(jī)的兼容問題，使黑白電視機(jī)也能接收彩色信號(hào)。 上一頁 下一頁 返回首頁 CMYK顏色模式的圖像 上一頁 下一頁 返回首頁 YUV模型 ?YUV色彩空間與 RGB色彩空間的轉(zhuǎn)換關(guān)系如下： ? 如果要由 YUV空間轉(zhuǎn)化成 RGB空間，只要進(jìn)行相反的逆運(yùn)算即可。 上一頁 下一頁 返回首頁 總結(jié) 為了科學(xué)地定量描述和使用顏色，人們提出了各種顏色模型。目前常用的顏色模型按用途可分為三類： – 一類面向諸如視頻監(jiān)視器、彩色攝像機(jī)之類的硬件設(shè)備；面向硬件設(shè)備的最常用彩色模型是 RGB模型； – 一類面向以彩色處理為目的的應(yīng)用，如動(dòng)畫中的彩色圖形，面向彩色處理的最常用模型是 HSB模型； – 此外，在印刷工業(yè)上和電視信號(hào)傳輸中，經(jīng)常使用 CMYK和 YUV色彩系統(tǒng)； 上一頁 下一頁 返回首頁 ? 圖像數(shù)據(jù)壓縮的主要依據(jù) 有兩個(gè)：一是圖像數(shù)據(jù)中有許多重復(fù)的數(shù)據(jù)，使用數(shù)學(xué)方法來表示這些重復(fù)數(shù)據(jù)就可以減少數(shù)據(jù)量；另一個(gè)依據(jù)是人眼睛對(duì)圖像細(xì)節(jié)和顏色的辨認(rèn)有一個(gè)極限，把超過極限的部分去掉，這也就達(dá)到了數(shù)據(jù)壓縮的目的。 ? 有損壓縮技術(shù)和無損壓縮技術(shù) 基于數(shù)據(jù)冗余的壓縮技術(shù)是無損壓縮技術(shù)，而基于人眼視覺特性的壓縮技術(shù)是有損壓縮技術(shù)。實(shí)際上，圖像壓縮技術(shù)是各種有損和無損壓縮技術(shù)的綜合實(shí)現(xiàn)。 上一頁 下一頁 返回首頁 這是序列圖像（電視圖像、運(yùn)動(dòng)圖像）表示中經(jīng)常包含的冗余。圖像序列中兩幅相鄰的圖像有較大的相關(guān)，這反映為時(shí)間冗余。 上一頁 下一頁 返回首頁 1）空間冗余 例 : 圖像中的 “ A”是一個(gè)規(guī)則物體。光的亮度、飽和度及顏色都一樣，因此，數(shù)據(jù) A有很大的冗余。 A 上一頁 下一頁 返回首頁 2）時(shí)間冗余 以下面的視頻連續(xù)畫面為例，它的每一幀畫面是由若干個(gè)像素組成的，因?yàn)閯?dòng)態(tài)圖像通常反映的是一個(gè)連續(xù)的過程，它的相鄰的幀之間存在著很大的相關(guān)性，從一幅畫面到下一幅畫面，背景與前景就可以沒有太多的變化。也就是說，連續(xù)多幀畫面在很大程度上是相似的，而這些相似的信息 (或稱作冗余信息 )為數(shù)據(jù)的壓縮提供了基礎(chǔ)。 上一頁 下一頁 返回首頁 上一頁 下一頁 返回首頁 信息熵一般定義會(huì)一組數(shù)據(jù)所表示的信息量。例如 26個(gè)英文字母出現(xiàn)頻率不一樣。漢字出現(xiàn)頻率也很不一樣。 上一頁 下一頁 返回首頁 l 信息量： 指從 N個(gè)相等的可能事件中選出一個(gè)事件所需要的信息度量和含量。 l 信息熵：指一團(tuán)數(shù)據(jù)所帶的信息量，平均信息量就是信息熵（ entropy）。 例如 :從 64個(gè)數(shù)中選出某一個(gè)數(shù) ,可先問 “ 是否大于32?”消除半數(shù)的可能 ,這樣只要 6次就可選出某數(shù)。這是因?yàn)槊刻釂栆淮味紩?huì)得到 1比特的信息量。因此，在 64個(gè)數(shù)中選定某一數(shù)所需的信息量是 log2 64=6(bits) 。 設(shè)從 N個(gè)數(shù)中選任意一個(gè)數(shù) X的概率為 P(x)，假定選定任意一個(gè)數(shù)的概率都相等， P(x)= 1/N，因此定義信息量： I(x)=log2N= log2(1/N)= log2P(x)=I[P(x)] 上一頁 下一頁 返回首頁 v 圖象有非常強(qiáng)的紋理結(jié)構(gòu)。 v 如草席圖結(jié)構(gòu)上存在冗余。 上一頁 下一頁 返回首頁 q 圖像的理解與某些基礎(chǔ)知識(shí)有關(guān)。 q 例 :人臉的圖像有同樣的結(jié)構(gòu)：嘴的上方有鼻子，鼻子上方有眼睛，鼻子在中線上 …… 有些圖像的理解與某些知識(shí)有相當(dāng)大的相關(guān)性。例如：狗的圖像有固定的結(jié)構(gòu)，比如，狗有四條腿，頭部有眼、鼻、耳朵，有尾巴等。這類規(guī)律性的結(jié)構(gòu)可由先驗(yàn)知識(shí)和背景知識(shí)得到，我們稱此類冗余為知識(shí)冗余。 上一頁 下一頁 返回首頁 216。 視覺冗余是非均勻、非線性的。 216。 人類視覺系統(tǒng)的一般分辨能力估計(jì)為 26灰度等級(jí)，而一般圖像的量化采用的是 28的灰度等級(jí)。像這樣的冗余，我們稱之為視覺冗余。 上一頁 下一頁 返回首頁 ? 數(shù)據(jù)壓縮方法 – 無損壓縮： ? 利用數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)冗余進(jìn)行壓縮，可完全恢復(fù)原始數(shù)據(jù)而不引入任何失真，但壓縮率受到統(tǒng)計(jì)冗余度理論限制，一般為 2： 1到 5： 1。 ? 多媒體應(yīng)用中經(jīng)常使用的無損壓縮方法主要是基于統(tǒng)計(jì)的編碼方案，如游程編碼 (run length)、Huffman編碼、算術(shù)編碼和 LZW編碼等等。 ? 常用工具： WinRar、 WinZip、 ARC等 上一頁 下一頁 返回首頁 ? 數(shù)據(jù)壓縮方法 –有損壓縮： ? 利用了人類視覺和聽覺器官對(duì)圖像或聲音中的某些頻率成分不敏感的特性，允許在壓縮過程中損失一定的信息；雖然不能完全恢復(fù)原始數(shù)據(jù)，但是所損失的部分對(duì)理解原始圖像或聲音的影響較小，卻換來了大得多的壓縮比。有損壓縮廣泛應(yīng)用于語音、圖像和視頻數(shù)據(jù)的壓縮。 ? 常用的有損壓縮方法有： PCM(脈沖編碼調(diào)制 )、預(yù)測(cè)編碼、變換編碼 (主要是離散余弦變換方法 )、插值和外推法 (空域亞采樣、時(shí)域亞采樣、自適應(yīng) )等等。 ? 常用工具： JPEG、 MPEG等 上一頁 下一頁 返回首頁 ? 衡量一種數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)的好壞有三個(gè)指標(biāo) –壓縮比 對(duì)壓縮前后的文件大小和數(shù)據(jù)量進(jìn)行比較，作為壓縮率的衡量指標(biāo)。人們普遍希望壓縮的倍數(shù)越高越好，壓縮的速度越快越好，并且希望壓縮所耗費(fèi)的資源、時(shí)間對(duì)用戶來講是透明的。但同時(shí)人們又希望確保數(shù)據(jù)壓縮的精度，即壓縮完了以后，解壓縮的數(shù)據(jù)和原來的數(shù)據(jù)最好沒有什么差別，沒有什么數(shù)據(jù)損失。然而追求壓縮比率和追求精度往往是矛盾的，因此就需要在這兩者之間權(quán)衡取舍。 上一頁 下一頁 返回首頁 – 圖像質(zhì)量或音質(zhì) 雖然有損壓縮可獲得較大的壓縮比，但壓縮比過高，還原后的圖像質(zhì)量就可能降低。圖像質(zhì)量的評(píng)估法常采用客觀評(píng)估和主觀評(píng)估兩種方法。客觀評(píng)估則是通過一種具體的算法來統(tǒng)計(jì)多媒體數(shù)據(jù)壓縮結(jié)果的損失。例如采用純誤差測(cè)度，即原始圖像與恢復(fù)圖像之間的簡單數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)差別。盡管這種方法將誤差量化表達(dá)，但并不能反映觀察者對(duì)誤差的視覺感知。主觀評(píng)估基于人的視覺感知，因?yàn)橛^察者作為最終視覺信宿，他們能對(duì)恢復(fù)圖像的質(zhì)量作出直觀的判斷。方法之一是進(jìn)行主觀測(cè)試，讓觀察者通過觀測(cè)一系列恢復(fù)圖像，并與原圖像進(jìn)行比較，再根據(jù)損傷的可見程度進(jìn)行評(píng)級(jí)，以判斷哪種壓縮方法的失真少 上一頁 下一頁 返回首頁 – 算法的復(fù)雜性和運(yùn)算速度 壓縮和解壓縮的速度是壓縮系統(tǒng)的兩項(xiàng)單獨(dú)的性能度量。在有些應(yīng)用中，壓縮和解壓縮都需要實(shí)時(shí)進(jìn)行，如電視會(huì)議的圖像傳輸。在有些應(yīng)用中，壓縮可以用非實(shí)時(shí)壓縮，而只要解壓縮是實(shí)時(shí)的，這種