第二讲色彩模型与图像文件

DigitalImageProcessing制作：刘晓翔暨南大学珠海学院《数字图像处理》2020/5/141第二讲色彩模型与图像文件基础JINANUniversityDigitalImageProcessing制作：刘晓翔暨南大学珠海学院《数字图像处理》2020/5/142色彩模型与图像文件基础主要内容色彩模型常见图像文件格式BMP文件结构BMP文件的读写与显示JINANUniversityDigitalImageProcessing制作：刘晓翔暨南大学珠海学院《数字图像处理》2020/5/143色彩模型我们是如何描述色彩的？RGBCMYKHSILAB为了正确有效地表达和使用色彩信息，需要建立色彩模型，即如何描述和重现图像的色彩。面向设备的色彩模型面向色彩感知的色彩模型JINANUniversityDigitalImageProcessing制作：刘晓翔暨南大学珠海学院《数字图像处理》2020/5/144色彩模型RGB模型——面向输出显示设备RGB模型是基于仿生学原理，人的视网膜有三种细胞，分别对红、绿、蓝三种颜色敏感（其中绿色最敏感）。这三种颜色的光通过相加，可以混合出绝大部分肉眼能看到的颜色。使用最广泛的色彩模型。非常适合在输出显示场合使用，如彩色电视机的显像管、计算机的显示器。国际照度委员会规定3种基本色的波长为R:700nm，G:546.1nm，B:435.8nm。JINANUniversityDigitalImageProcessing制作：刘晓翔暨南大学珠海学院《数字图像处理》2020/5/145色彩模型RGB模型举例RGB(128,128,128)中性灰RGB(255,0,0)高亮度、高饱和红色RGB(128,0,0)低亮度、低饱和红色RGB(255,128,128)高亮度、低饱和红色JINANUniversityDigitalImageProcessing制作：刘晓翔暨南大学珠海学院《数字图像处理》2020/5/146色彩模型RGB模型的应用显示器（3荧光物质）数码相机（3滤片）图像处理软件（3通道）JINANUniversityDigitalImageProcessing制作：刘晓翔暨南大学珠海学院《数字图像处理》2020/5/147色彩模型RGB模型的扩展-彩色电视模型彩色电视系统中所采用的色彩模型也是基于RGB的不同组合而成的。YIQ——北美电视系统YUV——欧洲电视系统（我国）YCbCr——DVD等消费类视频产品JINANUniversityDigitalImageProcessing制作：刘晓翔暨南大学珠海学院《数字图像处理》2020/5/148色彩模型YIQYIQ色彩系统通常被北美的电视系统所采用（NTSC系统）。其中Y值表示亮度分量，I对应橙色和青色间的色彩，Q对应绿色和紫色间的色彩。RGB与YIQ之间的对应关系如下：BGRQIY312.0523.0211.0322.0274.0596.0114.0587.0299.0QIYBGR703.1106.11647.0272.01621.0956.01JINANUniversityDigitalImageProcessing制作：刘晓翔暨南大学珠海学院《数字图像处理》2020/5/149色彩模型YUVYUV色彩系统被欧洲的电视系统所采用（PAL系统），其中Y和上面的YIQ色彩系统中的Y相同，代表亮度分量，U和V代表色度分量，与I和Q的计算方式类似，但不完全相同。RGB与YUV之间的对应关系如下：BGRVUY100.0515.0615.0437.0289.0148.0114.0587.0299.0VUYBGR0032.21581.0395.0114.101JINANUniversityDigitalImageProcessing制作：刘晓翔暨南大学珠海学院《数字图像处理》2020/5/1410色彩模型YCbCrYCbCr色彩系统是从YUV色彩系统衍生出来的。常见于DVD、摄像机、数字电视等消费类视频产品中。其中Y还是指亮度分量，而Cb和Cr则是将U和V做少量调整而得到的。RGB与YCbCr之间的对应关系如下：110001280813.04187.05000.01285000.03313.01687.001140.05870.02990.01BGRCCYrb12812807720.117141.03441.0104020.11rbCCYBGRJINANUniversityDigitalImageProcessing制作：刘晓翔暨南大学珠海学院《数字图像处理》2020/5/1411CMYK模型——面向输出印刷设备CMYK色彩系统是一种用于印刷的模式，分别是指青（Cyan）、品红（Magenta）、黄（Yellow）和黑（Black）。CMYK模式在本质上与RGB颜色模式没有什么区别，只是产生色彩的原理不同。RGB颜色合成是通过颜色相加。而CMYK是通过颜色相减产生其它颜色。RGB与CMYK没有一一对应的转换关系，转换过程会与显示器设置、印刷油墨设置以及分色设置有关。色彩模型JINANUniversityDigitalImageProcessing制作：刘晓翔暨南大学珠海学院《数字图像处理》2020/5/1412色彩模型CMKY模型打印机（4种油墨）图像处理软件（4通道）在处理图像时，一般不采用CMYK模式，因为：①这种模式的图像文件占用的存储空间较大；②色域范围比RGB小得多。JINANUniversityDigitalImageProcessing制作：刘晓翔暨南大学珠海学院《数字图像处理》2020/5/1413面向视觉感知的色彩模型面向设备的色彩模型与人的视觉感知有一定距离，因此使用时不太方便。比如，描述一种颜色时，人很难描述出其中的R、G、B分量是多少。人总是从自身的视觉感知习惯出发，用亮度、色调和饱和度去描述一种颜色。比如：深红、淡蓝、浅灰等等。色彩模型JINANUniversityDigitalImageProcessing制作：刘晓翔暨南大学珠海学院《数字图像处理》2020/5/1414亮度亮度表示某种颜色在人眼视觉上引起的明暗程度，它由光的强度（能量）决定：光的强亮越大，景物就越亮；光的强度越小，景物就越暗。对于灰度图象而言，亮度就是图像的灰度值。色彩模型JINANUniversityDigitalImageProcessing制作：刘晓翔暨南大学珠海学院《数字图像处理》2020/5/1415色调色调（色相）表示光的颜色，它由光的波长决定。例如自然界中的七色光就分别对应着不同的色调，每种色调分别对应着不同的波长。在通常的使用中，色调是由颜色名称标识的，比如红、橙或绿色。色彩模型JINANUniversityDigitalImageProcessing制作：刘晓翔暨南大学珠海学院《数字图像处理》2020/5/1416饱和度饱和度指颜色的纯度（鲜艳程度），它由主波长的纯光谱色与白光的比例决定，也就是说，夹杂白光的多少。越接近光谱色、白光比例越小，则饱和度越高，色彩越鲜艳醒目；距离光谱色越远、白光比例越大，饱和度越低，色彩越平淡晦暗，越不鲜艳。如对白光来讲，它的色饱和度为0（没有色彩），纯色的色饱和度是100%，指该彩色中不含白光。色彩模型JINANUniversityDigitalImageProcessing制作：刘晓翔暨南大学珠海学院《数字图像处理》2020/5/1417HSI色彩模型最直观的色彩描述方法。用色调（Hue）、色饱和度（Saturation）和亮度（Intensity）来描述色彩。它与人类颜色视觉感知非常接近，但独立于设备（设备造不出来，仅存在于软件中）。这个模型有两个特点：I分量与图像的彩色信息无关；其二，H和S分量与人感受颜色的方式是紧密相连的。这些特点使得HSI模型比RGB色彩空间更符合人的视觉特性，非常适合于借助人的视觉系统来感知彩色特性的图像处理算法。色彩模型JINANUniversityDigitalImageProcessing制作：刘晓翔暨南大学珠海学院《数字图像处理》2020/5/1418HSI模型图例色彩模型JINANUniversityDigitalImageProcessing制作：刘晓翔暨南大学珠海学院《数字图像处理》2020/5/1419HSI与RGB的转换公式RBIGHHSIRSIBH360coscos1,1120,0ooo，之间：在当GRIGHHSIRSIBH3180cos120cos1,1240,120oooo，之间：在当BGIGHHSIRSIBH3300cos240cos1,1360,240oooo，之间：在当HSI→RGBRGB→HSI2/122/arccos,,,min31,31BGBRGRBRGRHBGRBGRSBGRI色彩模型演示JINANUniversityDigitalImageProcessing制作：刘晓翔暨南大学珠海学院《数字图像处理》2020/5/1420LAB色彩模型一种能够描述颜色感觉的标准语言，能够用数学方法唯一精确定义颜色刺激所产生的感觉，这种模型就是LAB模型。L表示亮度，A赋予了从红到绿的所有颜色，B赋予了从黄到蓝的所有颜色，该模型覆盖了全部的可见光色谱。该模型与设备无关（仅存在于数学/软件中）。没有提供直接显示的格式，必须要转换到其它色彩空间来显示。色彩模型JINANUniversityDigitalImageProcessing制作：刘晓翔暨南大学珠海学院《数字图像处理》2020/5/1421主要内容色彩模型常见图像文件格式BMP文件结构BMP文件的读写与显示色彩模型与图像文件基础JINANUniversityDigitalImageProcessing制作：刘晓翔暨南大学珠海学院《数字图像处理》2020/5/1422常见图像文件格式BMP（.bmp）文件BMP（Bitmap位图）是一种与设备无关（DIB）的图像文件格式，是Windows环境中经常使用的一种位图格式。其特点是不进行压缩，包含的图像信息丰富，但由此导致了占用磁盘空间过大的缺点。BMP在单机上非常流行，不受Internet网络欢迎。采用的是RGB色彩系统。JINANUniversityDigitalImageProcessing制作：刘晓翔暨南大学珠海学院《数字图像处理》2020/5/1423常见图像文件格式GIF（.gif）文件GIF（GraphicsInterchangeFormat）是美国联机服务商CompuServe针对当时网络传输带宽的限制开发的图像格式。其特点是压缩比高，磁盘空间占用较少，但不能存储超过256色的图像。在Internet上广泛应用：①它不仅可以存储单幅静止图像，也可以同时存储若干静止图像进而形成连续的动画；②指定透明区域；③渐显方式。采用的是RGB色彩系统。JINANUniversityDigitalImageProcessing制作：刘晓翔暨南大学珠海学院《数字图像处理》2020/5/1424常见图像文件格式JPEG（.jpg）文件JPEG（JointPhotographicExpertsGroup）是利用JPEG方法压缩的图像格式，有损压缩、压缩比非常高，但压缩/