1、第四章多媒体彩色数字图像基础,4.1 视觉系统对颜色的感觉,色彩感觉可见光是波长在380-780nm之间的电磁波。光的波长决定颜色的色调。物体受光照射后，产生光的分解现象，一部分光被吸收，其余的被反射或透射出来。人眼的视网膜上有两种光感受器：视杆细胞和视锥细胞。在较暗的环境亮度下主要是杆细胞的活动，称暗视觉；在明亮的环境中则主要是视锥细胞的活动，称明视觉：在中等亮度范围，两种感光细胞均参与视觉称间视觉。这就是视觉的二元说。,人眼的视网膜上有两种光感受器：视杆细胞和视锥细胞。在较暗的环境亮度下主要是杆细胞的活动，称暗视觉；在明亮的环境中则主要是视锥细胞的活动，称明视觉：在中等亮度范围，两种感光细
2、胞均参与视觉称间视觉。这就是视觉的二元说。,4.1 视觉系统对颜色的感觉,4.2 视觉系统对颜色的感觉,视觉系统的感知特性眼睛本质上是一个照相机。视觉系统对颜色和亮度的响应特性如下图所示：,4.2 视觉系统对颜色的感觉,4.2 视觉系统对颜色的感觉,自然界中的任何一种颜色都可以用RGB这三种颜射值之和来确定。他们构成一个三维的RGB矢量空间。,4.2 视觉系统对颜色的感觉,色彩的基本概念色彩的色调、亮度和饱和度 色调：当人眼看到一种或多种波长的光时所产生的彩色感觉； 亮度：色彩的明亮程度； 饱和度：颜色的深浅程度,4.2 视觉系统对颜色的感觉,色彩的混合与互补 光的三基色：红(R )、绿（G）
3、、蓝（B）； 色光的混合：自然界中的任何一种颜色都可以由RGB这3种颜色值之和来确定； 互补色：凡两种色光相混合而成白光，这两种色光互为补色；,4.2 图像的颜色模型,一个能发出光波的物体称为有源物体，它的颜色由发出的光波决定，使用RGB相加混色模型；一个不发光的物体称为无源物体，它的颜色由该物体吸收或者反射哪些光波决定，用CMY相见混色模型：,4.2 视觉系统对颜色的感觉,4.2 图像的颜色模型,某一种颜色和三基色之间的关系可如下描述： 颜色=R（红色的百分比）+ G（绿色的百分比）+ B（蓝色的百分比）当三基色等量相加时，得到白色；等量的红绿相加而蓝为0值时得到黄色；等量的红蓝相加而绿为0
4、时得到品红色；等量的绿蓝相加而红为0时得到青色。这些三基色相加的结果如图所示：,4.2 图像的颜色模型,4.2.1 显示彩色图像用RGB相加混色模型1. RGB 色彩空间CRT是一个有源物体，所以相加混色是计算机中应用定义颜色的基本方法。CRT使用3个电子枪分别产生红、绿和蓝三种波长的光，并以各种不同的相对强度综合起来产生颜色，如图所示。,4.2 图像的颜色模型,图像由像素点组成，其像素值表示特定颜色的强度。一个像素值往往用R、G、B三个分量表示。例如：每个像素的每个颜色分量用二进制的1位来表示，那末每个颜色的分量只有“1”和“0”这两个值。这也就是说，每种颜色的强度是100%，或者是0%。在
5、这种情况下，每个像素所显示 的颜色是8种可能出现的颜色之一，如下表所示：,4.2 图像的颜色模型,4.2 图像的颜色模型,对于标准VGA适配卡的16种标准颜色，其对应的R、G、B值如下表所示。在Microsoft公司的Windows中，用代码0-15表示。在表中，代码1-8表示的颜色比较暗，它们是用最大光强值得一半产生的颜色；9-15是用最大光强值产生的。,4.2 图像的颜色模型,4.2 图像的颜色模型,RGB色彩空间优点：物理意义很清楚，适合彩色显象管工作；缺点：不适应人的视觉特点。,4.2 图像的颜色模型,4.2.1 显示彩色图像用RGB相加混色模型2. HSL 色彩空间定义：HSL色彩空
6、间从人的视觉系统出发，用色调、色饱和度和亮度来描述色彩；优点：比RGB空间更适合人的视觉特性，在图像处理和计算机视觉中的大量算法都可在HSL色彩空间中方便地使用，可大大简化分析和处理的工作量。,4.2 图像的颜色模型,4.2.2 打印彩色图像用CMY相减混色模型用彩色墨水或颜料进行混合，这样得到的颜色成为相减色（减少了为视觉系统识别颜色所需要的反射光）。因为CNY空间正好与RGB空间互补，也即用白色减去RGB空间中的某一色彩值就等于同样色彩在CMY空间中的值。在理论上说，任何一种颜色都可以用三种基本颜料按一定比例混合得到。这三种颜色是青色（Cyan）、品红（Magenta）和黄色（Yellow
7、）。通常写出CMY，称为CMY模型或CMY色彩空间。,4.2 图像的颜色模型,4.2.2 打印彩色图像用CMY相减混色模型在相减混色中，当三基色等量相减时得到黑色；等量黄色（Y）和品红（M）相减而青色（C）为0时，得到红色（R）；等量青色（C）和品红（M）相减而黄色（Y）为0时，得到蓝色（B）；等量黄色（Y）和青色（C）相减而品红（M）为0时，得到绿色（G）。,4.2 图像的颜色模型,4.2.2 打印彩色图像用CMY相减混色模型由于彩色墨水和颜料的化学特性，用等量的三基色得到的黑色不是真正的黑色，因此在印刷术中常加一种真正的黑色（Black ink），所以CMY又写成CMYK。彩色打印机采用的
8、就是这种原理，印刷彩色图片也是采用这种原理，所以实际应用中，一幅图像在计算机中用RGB空间显示；用RGB或HSL空间编辑处理；打印输出时要转换成CMY空间，如果要印刷，则要转换成CMYK四幅印刷分色图，用于套印彩色印刷品。,4.2 图像的颜色模型,4.2.3 YUV色彩空间在PAL彩色电视机制式中使用YUV色彩空间，而在NTSC制式中使用YIQ色彩空间，其中Y表示亮度，UV或IQ表示色彩的两个分量；重要性：亮度信号（Y）和色度信号（UV）是相互独立的，即Y信号分量构成的黑白灰度图与用U、V信号构成的另外两幅单色图是相互独立的；优点：亮度信号Y使得黑白电视机能够接收彩色电视信号，可以利用人眼的特
9、性来降低数字彩色图像所需要的存储容量。,4.2 图像的颜色模型,例如，要存储RGB8：8：8的彩色图像，即R、G和B分量都用8位二进制数表示，图像的大小为640*480像素，那么所需要的存储容量为921600字节。如果用YUV来表示同一幅彩色图像，并且Y分量任然用8位表示，面对每四个相邻像素（2*2）的U、V值分别用相同的一个值（8位）表示，那么存储同样的一幅图像所需的存储空间就减少到460800字节，这实际上也是图像压缩技术的一种方法。无论是用YIQ、YUV还是用HSL模型来表示彩色图像，由于现在所有的显示器都采用RGB值来驱动，这就要求在显示每个像素之前，需要把彩色分量值转换 成RGB值。
10、这种转换需要花费大量的计算时间。,4.2 图像的颜色模型,4.2.4 色彩空间的转换YUV与RGB彩色空间变换YUV色彩空间与RGB色彩空间的转换关系如下：,如果要由YUV空间转化成RGB空间，只要进行相反的逆运算即可。,4.2 图像的颜色模型,4.2.4 色彩空间的转换2. HSL与RGB彩色空间变换HSL色彩空间与RGB色彩空间的转换关系如下：,4.2 图像的颜色模型,4.2.4 色彩空间的转换3. CMY与RGB彩色空间变换CMY色彩空间与RGB色彩空间存在着互补关系，如下：,4.3 图像的三个基本属性,4.3.1 分辨率显示分辨率显示分辨率是指显示屏上能够显示出的像素数目；光点之间的距
11、离称为点距：电视机用的CRT的平均分辨率为0.76mm，而标准SVGA显示器的分辨率为0.28mm。最大分辨率：由显示器的物理参数及显卡决定；当前分辨率: 当前设置的参数决定,4.3 图像的三个基本属性,4.3.1 分辨率2. 图像分辨率组成一幅图像的像素数目；对同样大小的一幅图，如果组成该图的图像像素数目越多，则说明图像的分辨率越高，看起来就越逼真，相反，图像显得越粗糙。DPI：每英寸像素点数，用于扫描时度量图像质量；,4.3 图像的三个基本属性,4.3.1 分辨率图像分辨率与显示分辨率的区别：图像分辨率是确定组成一幅图像的像素数目，而显示分辨率是确定显示图像的区域大小。如果显示屏的分辨率为
12、640*480，那么一幅320*240的图像只占据显示屏的1/2，相反，2400*3000的图像在这个显示屏上就不能显示一个完整的画面。,4.3 图像的三个基本属性,3. 像素深度指存储每个像素所用的位数，像素深度决定彩色图像的每个像素可能有的颜色数，或者确定灰度图像的每个像素可能有的灰度级数；用二进制数表示彩色图像的像素时，除G、R、B分量用固定位数表示外，往往还增加1位或几位作为属性位，例如，在CD系统中，用RGB5：5：5表示的像素共16位，其最高位（b15）用作属性位，并把它称为透明位，记为T。,4.3 图像的三个基本属性,又如：在用32位表示一个像素时，若R、G、B分别用8位表示，剩下的8位常称为a通道位，它的用法可用一个预乘a通道的例子说明。假如一个像素（A、R、G、B）的四个分量都用归一化的数值表示， （A、R、G、B） 为（1，1，0，0）时显示红色，当像素为（0.5,1,0,0）时，预乘的结果就变成（0.5,0.5,0,0），这表示原来该像素显示的红色的强度为1，而现在显示的红色的强度降了一半。,结束,
